材料單向靜拉伸的力學(xué)性能

1、 材料的力學(xué)性能：指材料的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性材料的力學(xué)性能：指材料的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性 及壽命，是材料與力量對(duì)話的結(jié)果。及壽命，是材料與力量對(duì)話的結(jié)果。 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 靜拉伸：室溫和軸向加載條件下，在應(yīng)變速率靜拉伸：室溫和軸向加載條件下，在應(yīng)變速率10-1/s 的情況下進(jìn)行的，由于這種應(yīng)變速率較低，所以俗稱的情況下進(jìn)行的，由于這種應(yīng)變速率較低，所以俗稱 靜拉伸試驗(yàn)。靜拉伸試驗(yàn)。 第一節(jié)第一節(jié) 力力伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線

2、 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 一、力一、力伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線 低碳鋼的力低碳鋼的力伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線 F L Fp Fe Fb 0 Fs Fk 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 其它幾種典型材料的力其它幾種典型材料的力伸長(zhǎng)曲線圖伸長(zhǎng)曲線圖 F L 0 淬火淬火+高溫回火高碳鋼高溫回火高碳鋼 16Mn 陶瓷、玻璃 黃銅 鑄鐵 橡膠 工程塑料 A F 外力外力，單位單位 ； 應(yīng)力應(yīng)力，單位單位 ； 面積面積，單位單位 . 定義：名義應(yīng)力：定義：名義應(yīng)力： 0 0 A F 材料受力前的初始面積材料受力前的初始面積 0 A

3、F A Pa m 2 kg 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 1.應(yīng)力的基本概念：應(yīng)力的基本概念： 單位面積上所受的內(nèi)力單位面積上所受的內(nèi)力 0001 )(LLLLL 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 l4、應(yīng)變、應(yīng)變 l應(yīng)變是用來(lái)描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移。應(yīng)變是用來(lái)描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)位移。 l（1）正應(yīng)變）正應(yīng)變 2. 剪應(yīng)變剪應(yīng)變 定義：定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾物體內(nèi)部一體積元上的二個(gè)面元之間的夾 角的變化。角的變化。

4、形變未發(fā)生時(shí)線元形變未發(fā)生時(shí)線元 及及 之間的夾角之間的夾角 形變后為形變后為 ，則，則 間的剪應(yīng)變定義為：間的剪應(yīng)變定義為： xy BOA OAOBAOB yx, 注意：卸載曲線與加載曲線的區(qū)別注意：卸載曲線與加載曲線的區(qū)別 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 0 e p s b k g gt 為什么？為什么？ 低碳鋼的應(yīng)力低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 假設(shè)材料在拉伸過(guò)程中是等體積變化，試推假設(shè)材料在拉伸過(guò)程中是等體積變化，試推 導(dǎo)出真應(yīng)力與工程應(yīng)力的關(guān)系：導(dǎo)出真應(yīng)力與工程應(yīng)力的關(guān)系：S=(1+ ) 1 0 0 0 0 0 0

5、0 L LL L L A A A F A F S ALLA 1lnln 0 0l l l dl dee l l 顯然，真應(yīng)力總是大于工程應(yīng)力，真應(yīng)變總顯然，真應(yīng)力總是大于工程應(yīng)力，真應(yīng)變總 是小于工程應(yīng)變。是小于工程應(yīng)變。 第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力 力 伸伸 長(zhǎng)長(zhǎng) 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 一、彈性變形的本質(zhì)一、彈性變形的本質(zhì) 1.特點(diǎn)：可逆的（不一定呈線性）特點(diǎn)：可逆的（不一定呈線性） 2.本質(zhì)：材料產(chǎn)生本質(zhì)：材料產(chǎn)生是是構(gòu)成材料的原子構(gòu)成材料的原子 （離子）或分子

6、自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。 例：金屬、陶瓷晶體：處于晶格結(jié)點(diǎn)的離子在力的作例：金屬、陶瓷晶體：處于晶格結(jié)點(diǎn)的離子在力的作 用下在其平衡位置附近產(chǎn)生微小位移。用下在其平衡位置附近產(chǎn)生微小位移。 橡膠類材料：呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過(guò)橡膠類材料：呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過(guò) 鏈段的運(yùn)動(dòng)沿受力方向產(chǎn)生的伸展。鏈段的運(yùn)動(dòng)沿受力方向產(chǎn)生的伸展。 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 二、彈性模數(shù)二、彈性模數(shù) 拉伸時(shí)拉伸時(shí) =E 剪切時(shí)剪切時(shí) =G E、 G彈性模數(shù)（或彈性系數(shù)、彈性模量）彈性模

7、數(shù)（或彈性系數(shù)、彈性模量） 比彈性模數(shù)（比剛度）：材料的彈性模數(shù)與其密度比彈性模數(shù)（比剛度）：材料的彈性模數(shù)與其密度 的比值。的比值。 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 三、影響材料彈性模數(shù)的因素三、影響材料彈性模數(shù)的因素 1、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)鍵合方式和原子結(jié)構(gòu) a、以、以共價(jià)健、離子鍵、金屬鍵共價(jià)健、離子鍵、金屬鍵結(jié)合的材料有結(jié)合的材料有較高較高 的彈性模量。的彈性模量。 如無(wú)機(jī)非金屬材料，金屬材料。如無(wú)機(jī)非金屬材料，金屬材料。 b、以、以分子鍵分子鍵結(jié)合的材料，彈性模量結(jié)合的材料，彈性模量較低較低。 如高分子材料（橡膠態(tài)）。如高

8、分子材料（橡膠態(tài)）。 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) c 原原 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) （a）非過(guò)渡金屬）非過(guò)渡金屬 （b）過(guò)渡族金屬）過(guò)渡族金屬 m r k E 原子半徑較小，且原子半徑較小，且d層電子引起較大的原層電子引起較大的原 子間結(jié)合力，彈性模數(shù)較高。且當(dāng)子間結(jié)合力，彈性模數(shù)較高。且當(dāng)d層電層電 子等于子等于6時(shí)，時(shí)，E有最大值有最大值 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 2 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) a、單晶體材料單晶體材料， 由于在不同的方由于在不同的方 向上原子排列的

9、向上原子排列的 密度不同，故呈密度不同，故呈 。 體心立方晶格：體心立方晶格： 沿沿111晶向晶向 面心立方晶格：面心立方晶格： 沿沿110晶向晶向 彈彈 性性 模模 量量 高高 沿此晶向原子排列最緊密。沿此晶向原子排列最緊密。 b、多晶體材料，、多晶體材料，E為各晶粒的統(tǒng)計(jì)平均值，為各晶粒的統(tǒng)計(jì)平均值， 。 C、非晶態(tài)材料彈性模量、非晶態(tài)材料彈性模量。 3、 化學(xué)成分化學(xué)成分 彈性模量彈性模量 改變改變 引起原子間距或引起原子間距或 鍵合方式的變化鍵合方式的變化 （1）純金屬純金屬主要取決于主要取決于 （2）固溶體合金固溶體合金：主要取決于：主要取決于 ，彈性模，彈性模 量變化不大量變化不大

10、 （3）兩相合金兩相合金：與：與 有關(guān)。有關(guān)。 （4）高分子高分子：對(duì)對(duì)E影響很大。影響很大。 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 4 微微 觀觀 組組 織織 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 金金 屬屬 微觀組織對(duì)彈性模量的影響較微觀組織對(duì)彈性模量的影響較 小小,晶粒大小對(duì)晶粒大小對(duì)E無(wú)影響；無(wú)影響； 第二相對(duì)第二相對(duì)E值影響，可按兩相混合值影響，可按兩相混合 物體積比例的平均值計(jì)算。物體積比例的平均值計(jì)算。 E=x1E1+x2E2， 陶陶 瓷瓷 工程陶瓷彈性模數(shù)與相的種類、

11、粒工程陶瓷彈性模數(shù)與相的種類、粒 度、分布、比例、氣孔率等有關(guān)。度、分布、比例、氣孔率等有關(guān)。 其中，氣孔率的影響較大。其中，氣孔率的影響較大。 E=E0（1-1.9+0.92）。）。 復(fù)復(fù) 合合 材材 料料 增強(qiáng)相為顆粒狀，彈性模數(shù)隨增增強(qiáng)相為顆粒狀，彈性模數(shù)隨增 強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大 單向纖維增單向纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)復(fù)合材料 E1 =EfVf +EmVm 1/E2 = Vf /Ef +Vm /Em 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 5、溫度溫度 a、溫度升高溫度升高，原子振動(dòng)加劇，體積膨脹，原子間距，

12、原子振動(dòng)加劇，體積膨脹，原子間距 增大，結(jié)合力減弱，增大，結(jié)合力減弱，材料的彈性模量降低材料的彈性模量降低。如碳鋼，。如碳鋼， 每升高每升高100，E值下降值下降35%（軟化）。（軟化）。 b、當(dāng)溫度變化、當(dāng)溫度變化引起材料的固態(tài)相變引起材料的固態(tài)相變時(shí)，彈性模數(shù)時(shí)，彈性模數(shù) 顯著變化。如碳鋼的奧氏體、馬氏體相變。顯著變化。如碳鋼的奧氏體、馬氏體相變。 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) a、 加載方式（多向應(yīng)力），加載速率和負(fù)荷持續(xù)時(shí)加載方式

13、（多向應(yīng)力），加載速率和負(fù)荷持續(xù)時(shí) 間對(duì)金屬、陶瓷類材料的彈性模數(shù)幾乎沒(méi)有影響。間對(duì)金屬、陶瓷類材料的彈性模數(shù)幾乎沒(méi)有影響。 陶瓷材料的陶瓷材料的壓縮壓縮彈性模數(shù)高于彈性模數(shù)高于拉伸拉伸彈性模數(shù)彈性模數(shù) （與金屬不同）。（與金屬不同）。 四、比例極限與彈性極限四、比例極限與彈性極限 1、比例極限比例極限p：是保證材料的彈性變形是保證材料的彈性變形符合虎克符合虎克 定律定律的最大應(yīng)力的最大應(yīng)力。p=Fp/Ao 2、彈性極限彈性極限e：材料材料不發(fā)生塑性變形不發(fā)生塑性變形的應(yīng)力最高的應(yīng)力最高 限。限。e=Fe/Ao，應(yīng)力超過(guò)，應(yīng)力超過(guò)e，開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。 0 e p s b k

14、g gt 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) p0.01非比例伸長(zhǎng)率非比例伸長(zhǎng)率0.01%時(shí)的應(yīng)力。時(shí)的應(yīng)力。 p0.05非比例伸長(zhǎng)率非比例伸長(zhǎng)率0.05%時(shí)的應(yīng)力。時(shí)的應(yīng)力。 因此，因此，p、e沒(méi)有質(zhì)的區(qū)別沒(méi)有質(zhì)的區(qū)別 。 3、 p、e工程意義工程意義 p彈簧秤的設(shè)計(jì)依據(jù)。彈簧秤的設(shè)計(jì)依據(jù)。 e不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件的設(shè)計(jì)不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件的設(shè)計(jì) 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能

15、 指指 標(biāo)標(biāo) 五、彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能）五、彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能） 1、定義：是指材料在彈性變形過(guò)程中吸收變形功的、定義：是指材料在彈性變形過(guò)程中吸收變形功的 能力（即材料彈性變形達(dá)到彈性極限時(shí)，單位體積能力（即材料彈性變形達(dá)到彈性極限時(shí)，單位體積 吸收的彈性變形功）。吸收的彈性變形功）。 彈性比功是衡量材料彈性彈性比功是衡量材料彈性 好壞的重要指標(biāo)。好壞的重要指標(biāo)。 E e eee 22 1 2 0 e e 第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈 彈 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 2、影響材料彈性比功的因素、影響材料彈性比功的因素 E e eee 22 1

16、 2 對(duì)于大多數(shù)工程材料，對(duì)于大多數(shù)工程材料，E不易改變（尤其金屬材料）；不易改變（尤其金屬材料）； 要提高彈性比功要提高彈性比功 ，常采用，常采用提高材料彈性極限提高材料彈性極限e的的 方法。方法。 ee e E .2 .1 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗 彈彈 性性 理想理想 彈性彈性 非理想非理想 彈性彈性 應(yīng)變對(duì)于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的應(yīng)變對(duì)于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的 應(yīng)力應(yīng)變同相位（同步）應(yīng)力應(yīng)變同相位（同步） 應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù) 滯彈性滯彈性 粘彈性粘彈性 偽彈性偽彈性 包

17、申格效應(yīng)包申格效應(yīng) 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 一、滯彈性一、滯彈性 1、定義：材料在、定義：材料在快速快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng) 而產(chǎn)生附加彈性變形的性能。而產(chǎn)生附加彈性變形的性能。 即應(yīng)變與應(yīng)力不同步（相位），應(yīng)變滯后即應(yīng)變與應(yīng)力不同步（相位），應(yīng)變滯后 。 2 分分 類類 （1）正彈性后效：）正彈性后效：加載加載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng) 力的現(xiàn)象，而與時(shí)間有關(guān)的滯彈性力的現(xiàn)象，而與時(shí)間有關(guān)的滯彈性稱為稱為 正彈性后效（彈性蠕變）。正彈性后效（彈性蠕變）。 (蠕變：變形隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化的現(xiàn)象蠕變：

18、變形隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變化的現(xiàn)象）。）。 （2）反彈性后效：）反彈性后效：卸載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng) 力的現(xiàn)象，成為反彈性后效。力的現(xiàn)象，成為反彈性后效。 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 二、粘彈性二、粘彈性 1、定義：是指材料在外力作用下變形機(jī)理，既表現(xiàn)、定義：是指材料在外力作用下變形機(jī)理，既表現(xiàn) 出粘性流體又表現(xiàn)出彈性固體兩者的特性，彈性和出粘性流體又表現(xiàn)出彈性固體兩者

19、的特性，彈性和 粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在（時(shí)間效應(yīng)）。粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在（時(shí)間效應(yīng)）。 2、特征：應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時(shí)完成的，、特征：應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時(shí)完成的， 應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系與時(shí)間有關(guān)，但卸載后，應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系與時(shí)間有關(guān)，但卸載后， 應(yīng)變恢復(fù)，應(yīng)變恢復(fù)，無(wú)殘余變形無(wú)殘余變形。 0 t t 0 0 0 恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛恒應(yīng)力下的蠕變恒應(yīng)力下的蠕變 4、應(yīng)用：高分子材料、應(yīng)用：高分子材料 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 3、 分類：分類： 恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛 恒應(yīng)力下的蠕變。恒應(yīng)力下的蠕變

20、。 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 1.定義：是指在一定的溫度條件下，當(dāng)定義：是指在一定的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力應(yīng)力達(dá)到一達(dá)到一 定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變, 從而產(chǎn)生從而產(chǎn)生大幅度的彈性變形大幅度的彈性變形的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 3.應(yīng)用：形狀記憶合金應(yīng)用：形狀記憶合金 常規(guī)彈性變形常規(guī)彈性變形 相變開(kāi)始應(yīng)力相變開(kāi)始應(yīng)力 馬氏體相變結(jié)束馬氏體相變結(jié)束 馬氏體彈性變形階段馬氏體彈性變形階段 逆向相變開(kāi)始應(yīng)力逆向相變開(kāi)始應(yīng)力 卸載卸載 馬氏體逆向相變馬氏體逆向相變 完全恢復(fù)為初始組織完全恢復(fù)為初

21、始組織 初始組織的彈性恢復(fù)階段初始組織的彈性恢復(fù)階段 無(wú)殘留變形無(wú)殘留變形 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 四、包申格效應(yīng)（四、包申格效應(yīng)（Bauschinger） 1.定義：是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變定義：是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變 形（殘余應(yīng)變小于形（殘余應(yīng)變小于4%），然后再），然后再同向加載規(guī)定殘同向加載規(guī)定殘 余伸長(zhǎng)應(yīng)力（余伸長(zhǎng)應(yīng)力（0.01）增加）增加；反向加載，規(guī)定殘余反向加載，規(guī)定殘余 伸長(zhǎng)應(yīng)力（伸長(zhǎng)應(yīng)力（0.01）降低）降低的

22、現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 2.產(chǎn)生原因：包申格效應(yīng)是多晶體金屬的普遍現(xiàn)象產(chǎn)生原因：包申格效應(yīng)是多晶體金屬的普遍現(xiàn)象 與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力變化有關(guān)，因此冷變形金屬，與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力變化有關(guān)，因此冷變形金屬， 工作載荷相反時(shí)，需考慮包申格效應(yīng)（強(qiáng)度下降工作載荷相反時(shí)，需考慮包申格效應(yīng)（強(qiáng)度下降 15%20%）。）。 （2）加工過(guò)程中，可使板材通過(guò)軋輥時(shí)交替的承）加工過(guò)程中，可使板材通過(guò)軋輥時(shí)交替的承 受反向應(yīng)力，以降低材料的變形抗力。受反向應(yīng)力，以降低材料的變形抗力。 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非 理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 第一章第一章 第第 三三 節(jié)節(jié) 非 非

23、理理 想想 彈彈 性性 與與 內(nèi)內(nèi) 耗耗 五、內(nèi)耗五、內(nèi)耗 1.彈性滯后環(huán)：在非理想彈性的情況下，應(yīng)力與應(yīng)變彈性滯后環(huán)：在非理想彈性的情況下，應(yīng)力與應(yīng)變 不同步，使加載與卸載線不重合，而形成封閉回線不同步，使加載與卸載線不重合，而形成封閉回線 彈性滯后環(huán)。彈性滯后環(huán)。 2.內(nèi)耗：這部分內(nèi)耗：這部分在變形過(guò)程中被吸收的功在變形過(guò)程中被吸收的功稱為材料的稱為材料的 內(nèi)耗。內(nèi)耗。 其大小用滯后環(huán)面積度量：其大小用滯后環(huán)面積度量：面積越大，內(nèi)耗越大面積越大，內(nèi)耗越大。 3.應(yīng)用：應(yīng)用： （1）消振材料：灰鑄鐵，消振性好，內(nèi)耗大）消振材料：灰鑄鐵，消振性好，內(nèi)耗大 （2）追求音響效果的元件：循環(huán)韌性?。?/p>

24、追求音響效果的元件：循環(huán)韌性小 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標(biāo)塑性變形及其性能指標(biāo) 塑性變形塑性變形:指在足夠大的外力作用下，材料能發(fā)生指在足夠大的外力作用下，材料能發(fā)生 不可逆的永久變形，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。不可逆的永久變形，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。 塑性大小就是指材料在斷裂前能承受的變形能力。塑性大小就是指材料在斷裂前能承受的變形能力。 一、塑性變形機(jī)理一、塑性變形機(jī)理 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 1 金金 屬材屬材 料的料

25、的 塑性塑性 變形變形 （1）滑移：這種由大量位錯(cuò)移動(dòng)而導(dǎo)致晶體）滑移：這種由大量位錯(cuò)移動(dòng)而導(dǎo)致晶體 的一部分相對(duì)于另一部分，沿著某一定晶面和的一部分相對(duì)于另一部分，沿著某一定晶面和 晶向做相對(duì)的移動(dòng)，就是晶體的塑性變形的滑晶向做相對(duì)的移動(dòng)，就是晶體的塑性變形的滑 移機(jī)制。移機(jī)制。 （2）孿生：在切應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形時(shí)，）孿生：在切應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形時(shí)， 晶體的一部分沿一定的晶面（成為孿晶面或?qū)\晶體的一部分沿一定的晶面（成為孿晶面或?qū)\ 生面）和一定的晶向（稱為孿生方向）相對(duì)于生面）和一定的晶向（稱為孿生方向）相對(duì)于 另一部分晶體作均勻的切變另一部分晶體作均勻的切變 （3）滑移時(shí)兩部分晶

26、體的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)倍）滑移時(shí)兩部分晶體的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)倍 滑移變形具有以下特點(diǎn)滑移變形具有以下特點(diǎn) （1）滑移在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生）滑移在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生 （2）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生 滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系 一般滑移系越多，塑性越好；一般滑移系越多，塑性越好； 與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)；與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)； 與同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（與同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（ k）。）。 多晶體金屬材料的塑性變形的特點(diǎn)：多晶體金屬材料的塑性變形的特點(diǎn)： （1） 各晶粒變形的不同時(shí)性和不均

27、勻性各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性 （2） 各晶粒變形的相互制約與協(xié)調(diào)性各晶粒變形的相互制約與協(xié)調(diào)性 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 2 陶陶 瓷材瓷材 料的料的 塑性塑性 變形變形 鍵和方式鍵和方式: 彈性模量大彈性模量大 共價(jià)鍵具有方向性和飽和性共價(jià)鍵具有方向性和飽和性 離子鍵：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅要離子鍵：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅要 受到密排面和密排方向的限受到密排面和密排方向的限 制，而且要受到靜電作用力制，而且要受到靜電作用力 的限制。的限制。 （2）晶體的滑移系少）晶體的滑移系少 （3）位錯(cuò)寬度小，柏氏矢量大）位錯(cuò)寬度小，柏氏矢量大 b

28、 wG m 2 exp 1 2 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 二、屈服現(xiàn)象與屈服強(qiáng)度二、屈服現(xiàn)象與屈服強(qiáng)度 1、屈服現(xiàn)象：在外力不增加或上下波動(dòng)的情況下，、屈服現(xiàn)象：在外力不增加或上下波動(dòng)的情況下， 試樣可以繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。試樣可以繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。 2、屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）：材料屈服或產(chǎn)生微量塑性、屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）：材料屈服或產(chǎn)生微量塑性 變形時(shí)的應(yīng)力值，變形時(shí)的應(yīng)力值，s或或0.2 反映材料抵抗起始塑性變形或微量塑性變形反映材料抵抗起始塑性變形或微量塑性變形 的能力。的能力。 第一章第一章 第第

29、四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 條件屈條件屈 服強(qiáng)度：服強(qiáng)度： 表示殘余伸長(zhǎng)達(dá)到原始標(biāo)距的百分之表示殘余伸長(zhǎng)達(dá)到原始標(biāo)距的百分之 幾時(shí)的應(yīng)力如：幾時(shí)的應(yīng)力如：r0.05、r0.1、r0.2 表示總伸長(zhǎng)（彈性表示總伸長(zhǎng)（彈性+塑性）達(dá)到原塑性）達(dá)到原 始標(biāo)距的百分之幾時(shí)的應(yīng)力始標(biāo)距的百分之幾時(shí)的應(yīng)力 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力r 規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力t 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 產(chǎn)生產(chǎn)生 屈服屈服 的原的原 因：因： （1）從試驗(yàn)機(jī)看：）從試驗(yàn)機(jī)看： （2）從材料方面考慮：

30、）從材料方面考慮： : b v 塑性應(yīng)變速率：可動(dòng)位錯(cuò)密度b:柏氏矢量 0 0 w m v 為沿滑移面的切應(yīng)力 為位錯(cuò)以單位速率運(yùn)動(dòng)所需的切應(yīng)力 m為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)力敏感系數(shù)，表明位錯(cuò)速度對(duì)應(yīng)力的依賴程度 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 四、影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素四、影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素 1、純金、純金 屬的屈屬的屈 服強(qiáng)度服強(qiáng)度 1 2 exp 1 2 a w b wG Np Gb Gb （1） 點(diǎn)陣阻力點(diǎn)陣阻力 （a）平行位錯(cuò)間交互）平行位錯(cuò)間交互 作用產(chǎn)生的阻力作用產(chǎn)生的阻力 （b）運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與林位）運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與林位 錯(cuò)

31、（穿過(guò)滑移面的位錯(cuò)）錯(cuò)（穿過(guò)滑移面的位錯(cuò)） 交互作用產(chǎn)生的阻力交互作用產(chǎn)生的阻力 （2）位錯(cuò)間的）位錯(cuò)間的 相互作用力相互作用力 晶界阻力晶界阻力 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化2 1 dk yis 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 2合合 金的金的 屈服屈服 強(qiáng)度強(qiáng)度 固溶合金中，溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同，固溶合金中，溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同， 隨著溶質(zhì)原子的進(jìn)入，晶格產(chǎn)生畸變，使得隨著溶質(zhì)原子的進(jìn)入，晶格產(chǎn)生畸變，使得 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，屈服強(qiáng)度升高（位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，屈服強(qiáng)度升高（s） （1）固溶強(qiáng)化）固溶強(qiáng)化 （2）第）第 二相強(qiáng)化二相強(qiáng)化 （

32、1）聚合型合金：其強(qiáng)度決定于）聚合型合金：其強(qiáng)度決定于 第二相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。第二第二相對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。第二 相阻礙滑移使基體產(chǎn)生不均勻變形，相阻礙滑移使基體產(chǎn)生不均勻變形， 由于局部塑性約束而導(dǎo)致強(qiáng)化。由于局部塑性約束而導(dǎo)致強(qiáng)化。 （2）彌散型合金：第二相質(zhì)點(diǎn)的）彌散型合金：第二相質(zhì)點(diǎn)的 強(qiáng)化作用主要是因?yàn)樵谫|(zhì)點(diǎn)周圍強(qiáng)化作用主要是因?yàn)樵谫|(zhì)點(diǎn)周圍 形成應(yīng)力場(chǎng)，而這些局部應(yīng)力場(chǎng)形成應(yīng)力場(chǎng)，而這些局部應(yīng)力場(chǎng) 隨位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。隨位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。 置換固溶體置換固溶體 間隙固溶體間隙固溶體 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第一

33、章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 3、環(huán)境因素對(duì)屈服強(qiáng)度的影響、環(huán)境因素對(duì)屈服強(qiáng)度的影響 （1）溫度）溫度 體心立方晶格金屬，屈服強(qiáng)度具有體心立方晶格金屬，屈服強(qiáng)度具有 強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)，強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)， Fe室溫室溫-196， s提高提高4倍倍 面心立方晶格的金屬，屈服強(qiáng)度溫面心立方晶格的金屬，屈服強(qiáng)度溫 度效應(yīng)較小。度效應(yīng)較小。 Ni室溫室溫 -196，s提高提高0.4倍倍 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其

34、性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) （2） 應(yīng)變應(yīng)變 速率速率 與應(yīng)與應(yīng) 力狀力狀 態(tài)態(tài) 較高的應(yīng)變速率較高的應(yīng)變速率s（顯著）（顯著） 當(dāng)當(dāng)d/dt=10-2 s-1 時(shí)，時(shí)，s不顯著變化，不顯著變化， 靜拉伸：靜拉伸：d/dt=10-3 s-1 當(dāng)當(dāng)d/dt=103 s-1 ，s（冷軋、冷拔（冷軋、冷拔) 應(yīng)力應(yīng)力 狀態(tài)狀態(tài) 切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變 形（滑移的動(dòng)力），即形（滑移的動(dòng)力），即s （3） 加載速度加載速度 的影響的影響 加載速度越大，屈服強(qiáng)度越大加載速度越大，屈服強(qiáng)度越大 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能

35、 指指 標(biāo)標(biāo) 四、應(yīng)變硬化四、應(yīng)變硬化 材料產(chǎn)生塑性變形后，隨著變形量的增大，應(yīng)力不材料產(chǎn)生塑性變形后，隨著變形量的增大，應(yīng)力不 斷提高的現(xiàn)象（冷加工硬化、應(yīng)變強(qiáng)化、形變強(qiáng)化）斷提高的現(xiàn)象（冷加工硬化、應(yīng)變強(qiáng)化、形變強(qiáng)化） 1應(yīng)應(yīng) 變變 硬硬 化化 機(jī)機(jī) 理理 近似為直線，斜率近似為直線，斜率1很小，單滑移系滑移，很小，單滑移系滑移， 加工硬化率很小，這一階段稱為易滑移階段。加工硬化率很小，這一階段稱為易滑移階段。 加工硬化率顯著增加，多滑移系，位錯(cuò)釘扎加工硬化率顯著增加，多滑移系，位錯(cuò)釘扎 加工硬化率隨應(yīng)加工硬化率隨應(yīng) 變的增加而減小，變的增加而減小， 領(lǐng)先位錯(cuò)繞過(guò)障礙領(lǐng)先位錯(cuò)繞過(guò)障礙 物，

36、繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。物，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。 1 2 3 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 2、應(yīng)變硬化指數(shù)、應(yīng)變硬化指數(shù) 金屬材料：金屬材料：Hollomon公式公式 S=Ken 應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)n反映材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力反映材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力 n=1，表示材料為完全理想的彈性體（，表示材料為完全理想的彈性體（S=Ee虎克定律）虎克定律） n=0，S=K=常數(shù)，表示材料無(wú)應(yīng)變硬化能力（室溫常數(shù)，表示材料無(wú)應(yīng)變硬化能力（室溫 下再結(jié)晶的軟金屬，鉛）下再結(jié)晶的軟金屬，鉛） 大多數(shù)金屬的大多數(shù)金屬的n值在值在0.10.5之間。之間。 第

37、一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 3 應(yīng)應(yīng) 變變 硬硬 化化 的的 意意 義義 應(yīng)變硬化與塑性變形相配合，保證應(yīng)變硬化與塑性變形相配合，保證 了金屬材料在截面上的均勻變形，得到了金屬材料在截面上的均勻變形，得到 均勻一致的冷變形產(chǎn)品。均勻一致的冷變形產(chǎn)品。 應(yīng)變硬化可以降低碳鋼的塑性，改善應(yīng)變硬化可以降低碳鋼的塑性，改善 切削加工性能。切削加工性能。 應(yīng)變強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的一種重要手段應(yīng)變強(qiáng)化是金屬?gòu)?qiáng)化的一種重要手段 （不能熱處理強(qiáng)化的金屬）。（不能熱處理強(qiáng)化的金屬）。 應(yīng)變硬化性能使金屬制件在工作中具應(yīng)變硬化性能使金屬制件在工作中具 有

38、適當(dāng)?shù)目古既贿^(guò)載的能力，保證了機(jī)有適當(dāng)?shù)目古既贿^(guò)載的能力，保證了機(jī) 件的安全工作。件的安全工作。 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 五、抗拉強(qiáng)度與縮頸條件五、抗拉強(qiáng)度與縮頸條件 1、 定義：定義： b：抗拉強(qiáng)度是試樣拉伸過(guò)程中，所能承受：抗拉強(qiáng)度是試樣拉伸過(guò)程中，所能承受 的最大應(yīng)力。的最大應(yīng)力。b=Fb/A0 縮頸：材料拉伸過(guò)程中縮頸：材料拉伸過(guò)程中,塑性變形集中于局部區(qū)塑性變形集中于局部區(qū) 域的現(xiàn)象域的現(xiàn)象 。 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 縮頸形成點(diǎn)對(duì)應(yīng)于力縮頸形成

39、點(diǎn)對(duì)應(yīng)于力載荷載荷 曲線上最大載荷點(diǎn)，曲線上最大載荷點(diǎn)， 因此因此dF=0，依據(jù)這一關(guān)系，依據(jù)這一關(guān)系 可導(dǎo)出縮頸的條件：可導(dǎo)出縮頸的條件： en e nde de A dA l dl de e nde A dA de e F ndA A F e denKAe A dAKeA deKAnedAKedF KAeF KeS SAF nn nn n n 0 0 0 0 0 1 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) nn bb KnKeS en e nde de A dA l dl de e nde A dA de e F ndA A F e d

40、enKAe A dAKeA deKAnedAKedF KAeF KeS SAF nn nn n n 0 0 0 0 0 1 產(chǎn)生縮頸的載荷為：產(chǎn)生縮頸的載荷為： n nn b ne b b b b n b b n bbbb nn bb e n KeKn ee A A A A e A A Kn AKnASAF KnKeS b 0 0 0 0 ln 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 第五節(jié)第五節(jié) 斷斷 裂裂 固體材料在力的作用下，分解成若干部分的現(xiàn)象固體材料在力的作用下，分解成若干部分的現(xiàn)象 稱為斷裂。斷裂是材料徹底失效。稱為斷裂。斷裂是

41、材料徹底失效。 一、斷裂的類型及斷口特征一、斷裂的類型及斷口特征 1、斷裂的類型、斷裂的類型 按斷裂前與斷裂過(guò)程中材料的宏觀塑性變形程度，按斷裂前與斷裂過(guò)程中材料的宏觀塑性變形程度， 分為：韌性斷裂（分為：韌性斷裂（5%）和脆性斷裂（）和脆性斷裂（ 5%） 按晶體材料斷裂時(shí)裂紋的擴(kuò)展途徑，分為按晶體材料斷裂時(shí)裂紋的擴(kuò)展途徑，分為 ： 穿晶斷裂和沿晶斷裂穿晶斷裂和沿晶斷裂 第一章第一章 第第 四四 節(jié)節(jié) 塑 塑 性性 變變 形形 及及 其其 性性 能能 指指 標(biāo)標(biāo) 按照材料斷裂的微觀機(jī)理，分為：按照材料斷裂的微觀機(jī)理，分為： 解理斷裂解理斷裂 和剪切斷裂和剪切斷裂 按作用力的性質(zhì)，分為：正斷和切

42、斷按作用力的性質(zhì)，分為：正斷和切斷 2、斷口分析法、斷口分析法材料的斷裂表面稱為斷口。材料的斷裂表面稱為斷口。 端口分析法：用肉眼，放大鏡或電子顯微鏡等手段端口分析法：用肉眼，放大鏡或電子顯微鏡等手段 對(duì)材料斷口進(jìn)行宏觀及微觀的觀察分析，以了解材對(duì)材料斷口進(jìn)行宏觀及微觀的觀察分析，以了解材 料發(fā)生斷裂的原因、條件、斷裂機(jī)理以及與斷裂有料發(fā)生斷裂的原因、條件、斷裂機(jī)理以及與斷裂有 關(guān)的各種信息的方法，稱為斷口分析法。關(guān)的各種信息的方法，稱為斷口分析法。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 3、 韌性韌性 斷裂斷裂 與與 脆性脆性 斷裂斷裂 韌性斷裂：斷裂前材料有明顯宏觀韌性斷裂：

43、斷裂前材料有明顯宏觀 塑性變形。塑性變形。 裂紋擴(kuò)展過(guò)程較慢裂紋擴(kuò)展過(guò)程較慢.（晶粒變形（晶粒變形拉斷）拉斷） 斷口呈暗灰色，纖維狀斷口呈暗灰色，纖維狀 脆性斷裂：斷裂前材料沒(méi)有明顯的宏脆性斷裂：斷裂前材料沒(méi)有明顯的宏 觀塑性變形。觀塑性變形。 裂紋擴(kuò)展速度極快（沒(méi)有預(yù)兆）。裂紋擴(kuò)展速度極快（沒(méi)有預(yù)兆）。 斷口平齊，光亮（呈放射狀或結(jié)晶狀）斷口平齊，光亮（呈放射狀或結(jié)晶狀） x 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 4、 穿晶穿晶 斷裂斷裂 與沿與沿 晶斷晶斷 裂裂 穿晶斷裂：可以穿晶斷裂：可以韌性斷裂韌性斷裂，也可以，也可以脆性脆性 斷裂斷裂。 斷裂穿過(guò)晶粒。斷裂穿過(guò)晶粒。 沿

44、晶斷裂：斷裂沿晶界發(fā)生，多為脆性沿晶斷裂：斷裂沿晶界發(fā)生，多為脆性 斷裂。斷裂。 晶界結(jié)合較弱。晶界結(jié)合較弱。 穿晶斷裂 沿晶斷裂 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 5、剪切斷裂與解理斷裂、剪切斷裂與解理斷裂 剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而 造成的斷裂。造成的斷裂。 剪切斷裂也常以微孔聚集型發(fā)生，斷口上分布大量的剪切斷裂也常以微孔聚集型發(fā)生，斷口上分布大量的 “韌窩韌窩”（宏觀上呈暗灰色、纖維狀）。（宏觀上呈暗灰色、纖維狀）。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原子間

45、結(jié)合解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原子間結(jié)合 鍵的破壞引起沿特定晶面發(fā)生的鍵的破壞引起沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂脆性穿晶斷裂。 解理裂紋的擴(kuò)展經(jīng)常是沿著晶面指數(shù)相同的一族互相解理裂紋的擴(kuò)展經(jīng)常是沿著晶面指數(shù)相同的一族互相 平行，但不同高度的晶面進(jìn)行，不同高度的解理面之平行，但不同高度的晶面進(jìn)行，不同高度的解理面之 間存在臺(tái)階，眾多臺(tái)階的匯合變形呈河流花樣；當(dāng)解間存在臺(tái)階，眾多臺(tái)階的匯合變形呈河流花樣；當(dāng)解 理裂紋高速擴(kuò)展，溫度較低時(shí)在裂紋前端可能形成孿理裂紋高速擴(kuò)展，溫度較低時(shí)在裂紋前端可能形成孿 晶，裂紋沿孿晶與基體界面擴(kuò)展時(shí)常會(huì)形成晶，裂紋沿孿晶與基體界面擴(kuò)展時(shí)常會(huì)形成“舌舌”狀花狀

46、花 樣。樣。 解理臺(tái)階，河流花樣，舌狀花樣是解理斷口的基本解理臺(tái)階，河流花樣，舌狀花樣是解理斷口的基本 微觀特征。微觀特征。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 由于晶內(nèi)存在硬質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)裂紋在晶內(nèi)擴(kuò)展時(shí)，難以由于晶內(nèi)存在硬質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)裂紋在晶內(nèi)擴(kuò)展時(shí)，難以 嚴(yán)格沿一定晶面擴(kuò)展，微觀上類似于解理河流花樣嚴(yán)格沿一定晶面擴(kuò)展，微觀上類似于解理河流花樣 但又非真正解理但又非真正解理準(zhǔn)解理。準(zhǔn)解理。 準(zhǔn)解理斷裂準(zhǔn)解理斷裂 主要區(qū)別主要區(qū)別 解理裂紋源于晶界解理裂紋源于晶界 準(zhǔn)解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)準(zhǔn)解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn) （自硬質(zhì)點(diǎn)放射狀

47、河流花樣）（自硬質(zhì)點(diǎn)放射狀河流花樣） 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 6正斷與切斷正斷與切斷 宏觀斷裂宏觀斷裂微觀斷裂微觀斷裂 正斷與剪斷的宏觀與微觀形式正斷與剪斷的宏觀與微觀形式 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 7、 斷口分析斷口分析 韌性斷裂斷口（低碳鋼）韌性斷裂斷口（低碳鋼） 斷口呈斷口呈杯錐狀杯錐狀：由纖維區(qū)、：由纖維區(qū)、 放射區(qū)、剪切唇三個(gè)區(qū)放射區(qū)、剪切唇三個(gè)區(qū) 組成。組成。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 當(dāng)試樣拉伸力達(dá)到最大時(shí)，局部開(kāi)始產(chǎn)生縮頸，當(dāng)試樣拉伸力達(dá)到最大時(shí)，局部開(kāi)始產(chǎn)生縮頸， 中心的應(yīng)力狀態(tài)由中心的應(yīng)力狀態(tài)由

48、單向單向變?yōu)樽優(yōu)槿驊?yīng)力三向應(yīng)力，且軸向力，且軸向力 最大，在三向應(yīng)力作用下，試樣中心部分的夾雜最大，在三向應(yīng)力作用下，試樣中心部分的夾雜 物或硬質(zhì)第二相質(zhì)點(diǎn)破裂或基體界面脫離而形成物或硬質(zhì)第二相質(zhì)點(diǎn)破裂或基體界面脫離而形成 微孔，微孔不斷長(zhǎng)大，合并形成微裂紋；微裂紋微孔，微孔不斷長(zhǎng)大，合并形成微裂紋；微裂紋 形成后，由于尖端應(yīng)力集中，產(chǎn)生更大的塑性變形成后，由于尖端應(yīng)力集中，產(chǎn)生更大的塑性變 形，引起新的裂紋的形核、形，引起新的裂紋的形核、 長(zhǎng)大和聚合，當(dāng)其與己產(chǎn)長(zhǎng)大和聚合，當(dāng)其與己產(chǎn) 生的裂紋連接時(shí)，裂紋便生的裂紋連接時(shí)，裂紋便 向前擴(kuò)展，這一過(guò)程反復(fù)向前擴(kuò)展，這一過(guò)程反復(fù) 進(jìn)行結(jié)果形成纖

49、維區(qū)，纖進(jìn)行結(jié)果形成纖維區(qū)，纖 維區(qū)所在平面垂直于拉應(yīng)維區(qū)所在平面垂直于拉應(yīng) 力方向，纖維區(qū)的微觀特力方向，纖維區(qū)的微觀特 征為韌窩。征為韌窩。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 纖維區(qū)中裂紋擴(kuò)展速度較慢，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度達(dá)到某一纖維區(qū)中裂紋擴(kuò)展速度較慢，當(dāng)裂紋長(zhǎng)度達(dá)到某一 臨界尺寸后，產(chǎn)生了更大的應(yīng)力集中，裂紋以低能臨界尺寸后，產(chǎn)生了更大的應(yīng)力集中，裂紋以低能 量撕裂的方式快速發(fā)展，形成量撕裂的方式快速發(fā)展，形成放射區(qū)放射區(qū)放射線花樣放射線花樣 特征特征。 微觀上可以看到撕裂韌窩，撕裂時(shí)塑性變形量越大，微觀上可以看到撕裂韌窩，撕裂時(shí)塑性變形量越大， 放射線越粗。對(duì)于幾乎不產(chǎn)生塑性

50、變形的材料放射線越粗。對(duì)于幾乎不產(chǎn)生塑性變形的材料 （脆性材料），放射線小時(shí)，微觀斷口呈解理特征。（脆性材料），放射線小時(shí)，微觀斷口呈解理特征。 試樣拉伸斷裂的最后階段形成杯狀或錐狀的剪切唇。試樣拉伸斷裂的最后階段形成杯狀或錐狀的剪切唇。 剪切唇表面光滑，剪切唇表面光滑，與拉神軸呈與拉神軸呈45，屬于典型，屬于典型切斷型切斷型 斷裂斷裂。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 一般規(guī)定：一般規(guī)定： 拉伸試樣的斷面收縮率拉伸試樣的斷面收縮率 5%為韌性斷裂。為韌性斷裂。 脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒(méi)有。材料脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒(méi)有。材料 強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比

51、例增大。強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 二、斷裂強(qiáng)度二、斷裂強(qiáng)度 1、理論斷裂強(qiáng)度（材料中無(wú)裂紋）、理論斷裂強(qiáng)度（材料中無(wú)裂紋） 在外加正應(yīng)力作用下，將晶體中的兩個(gè)原子面沿垂直在外加正應(yīng)力作用下，將晶體中的兩個(gè)原子面沿垂直 于外力方向拉斷所需要的應(yīng)力，稱為理論斷裂強(qiáng)度。于外力方向拉斷所需要的應(yīng)力，稱為理論斷裂強(qiáng)度。 兩相鄰原子面在拉力兩相鄰原子面在拉力作用下，克服原子間鍵合力作作用下，克服原子間鍵合力作 用用 ，使原子面分開(kāi)的應(yīng)力。，使原子面分開(kāi)的應(yīng)力。 )/2(xSin m 晶體中的內(nèi)聚力與原子晶體中的內(nèi)聚力與原子 間距的關(guān)系間距的

52、關(guān)系 2 1 0 0 0 2/ 0 2 2 2 2 ,sin, 0 2 2/)/2( a E a E x a x EE x xxx dxxSin s m s m m m m m s smm 斷裂后出現(xiàn)兩個(gè)新的斷裂面，表面能為斷裂后出現(xiàn)兩個(gè)新的斷裂面，表面能為2s 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 2、斷裂強(qiáng)度的裂紋理論（格里菲斯裂紋理論）、斷裂強(qiáng)度的裂紋理論（格里菲斯裂紋理論） 為了解釋玻璃、陶瓷等脆性材料斷裂強(qiáng)度的理論值與為了解釋玻璃、陶瓷等脆性材料斷裂強(qiáng)度的理論值與 實(shí)際值的巨大差異，格里菲斯實(shí)際值的巨大差異，格里菲斯A

53、.Griffith，1921年提出，年提出， 實(shí)際材料中已經(jīng)存在裂紋，當(dāng)平均應(yīng)力還很低時(shí)，裂實(shí)際材料中已經(jīng)存在裂紋，當(dāng)平均應(yīng)力還很低時(shí)，裂 紋尖端的應(yīng)力集中已達(dá)到很高值，從而使裂紋快速擴(kuò)紋尖端的應(yīng)力集中已達(dá)到很高值，從而使裂紋快速擴(kuò) 展并脆性斷裂。展并脆性斷裂。 Griffith根據(jù)能量平衡原理計(jì)算出裂紋自動(dòng)擴(kuò)展時(shí)的根據(jù)能量平衡原理計(jì)算出裂紋自動(dòng)擴(kuò)展時(shí)的 應(yīng)力值。應(yīng)力值。 2 2 2 2 2 2 2 11 22 4 4 40 2 4 2 e s es es s ss c a U E Wa a U Wa E dda U Wa dadaE a E EE aa 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié)

54、斷 斷 裂裂 表明：在一定的應(yīng)力水平下，存在一個(gè)臨界裂紋表明：在一定的應(yīng)力水平下，存在一個(gè)臨界裂紋 2aC，aC可以作為脆性斷裂的判據(jù)。可以作為脆性斷裂的判據(jù)。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 即：一定的裂紋長(zhǎng)度即：一定的裂紋長(zhǎng)度ac；一定的應(yīng)力水平；一定的應(yīng)力水平 aC。 將斷裂強(qiáng)度與理論斷裂強(qiáng)度對(duì)比：將斷裂強(qiáng)度與理論斷裂強(qiáng)度對(duì)比： 1 2 0 m c a a 2 1 0 a E s m 2 1 c s m a E 說(shuō)明裂紋在其兩端引起的應(yīng)力集說(shuō)明裂紋在其兩端引起的應(yīng)力集 中，將外加應(yīng)力放大中，將外加應(yīng)力放大 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 三、真實(shí)斷

55、裂強(qiáng)度與靜力韌度三、真實(shí)斷裂強(qiáng)度與靜力韌度 1、 真實(shí)斷裂強(qiáng)度真實(shí)斷裂強(qiáng)度SK =FK/AK 若斷裂前不發(fā)生塑性或塑性變形很小，沒(méi)有縮頸產(chǎn)若斷裂前不發(fā)生塑性或塑性變形很小，沒(méi)有縮頸產(chǎn) 生，材料發(fā)生脆性斷裂，則生，材料發(fā)生脆性斷裂，則SK =b，在此情況下，在此情況下， SK代表材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度代表材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度c，表征材料對(duì)正斷，表征材料對(duì)正斷 的抗力大小。的抗力大小。 若材料斷裂前出現(xiàn)縮頸，則若材料斷裂前出現(xiàn)縮頸，則SK主要反映材料抵抗主要反映材料抵抗 切斷的能力。切斷的能力。 SK實(shí)際應(yīng)用不多。實(shí)際應(yīng)用不多。 第 第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷 斷 裂裂 2、靜力韌度、靜力韌度

56、 韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)。韌度是衡量材料韌性大小的力學(xué)性能指標(biāo)。 包括：靜力韌度、沖擊韌度、斷裂韌度。包括：靜力韌度、沖擊韌度、斷裂韌度。 韌性是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。韌性是指材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 靜力韌度靜力韌度：將靜拉伸的：將靜拉伸的曲線下包圍的面積減去曲線下包圍的面積減去 試樣斷裂前吸收的彈性能定義為靜力韌度。試樣斷裂前吸收的彈性能定義為靜力韌度。 第二節(jié)第二節(jié) 扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能扭轉(zhuǎn)、彎曲與壓縮的力學(xué)性能 一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo)一、扭轉(zhuǎn)及其性能指標(biāo) 第二章第二章 材料在其他靜載下的力學(xué)性能材料在其他靜載下的力學(xué)性能 1 應(yīng)力：

57、應(yīng)力： 切應(yīng)力：切應(yīng)力： =M/W M扭矩扭矩 W抗扭截面模量（試樣截面系數(shù)）抗扭截面模量（試樣截面系數(shù)） 規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：p= Mp/ W 表示材料對(duì)扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力表示材料對(duì)扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力 （扭轉(zhuǎn)曲線上對(duì)（扭轉(zhuǎn)曲線上對(duì)M軸的正切值較直線部分正切值大軸的正切值較直線部分正切值大50% 時(shí)，該點(diǎn)的扭矩時(shí)，該點(diǎn)的扭矩Mp） 扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。 扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度：扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度：s = Ms/ W Ms殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)闅堄嗯まD(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時(shí)的扭矩。時(shí)的扭矩。 （相當(dāng)于拉伸殘余應(yīng)變（相當(dāng)于拉伸殘余應(yīng)變0.2%） 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限

58、：b = Mb/ W Mb扭斷前的最大扭矩扭斷前的最大扭矩 故用故用b = Mb/ W計(jì)算的計(jì)算的b（按彈性理論）（按彈性理論） 與真實(shí)與真實(shí) 情況有偏差，故稱條件強(qiáng)度極限（脆性材料相符）情況有偏差，故稱條件強(qiáng)度極限（脆性材料相符） 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用 扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)=0.8，較高，較高，可用來(lái)測(cè)定可用來(lái)測(cè)定 那些在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的材料那些在拉伸時(shí)呈現(xiàn)脆性的材料（f/c=0.50.8）的強(qiáng)的強(qiáng) 度和塑性度和塑性。 截面應(yīng)力分布表面最大，心部最低，因此扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì)截面應(yīng)力分布表面最大，心部最低，因此扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì) 材料表面強(qiáng)化和表面缺陷的反映十分敏感

59、，適用于表面材料表面強(qiáng)化和表面缺陷的反映十分敏感，適用于表面 強(qiáng)化材料的性能檢驗(yàn)強(qiáng)化材料的性能檢驗(yàn)。 二、彎曲及其性能指標(biāo)二、彎曲及其性能指標(biāo) 對(duì)于直徑為對(duì)于直徑為d0的圓截面試樣：的圓截面試樣： 對(duì)于寬為對(duì)于寬為b，高為，高為h的矩形截面試樣：的矩形截面試樣： max max M W 3 6 bh W W為試樣抗彎截面系數(shù)為試樣抗彎截面系數(shù) 3 0 32 d W W M b bb Mb為試樣斷裂時(shí)的彎矩（為試樣斷裂時(shí)的彎矩（Nm） 材料的塑性可用最大彎曲撓度材料的塑性可用最大彎曲撓度f(wàn)max表示，表示， fmax值可由百值可由百 分表或撓度計(jì)直接讀出。分表或撓度計(jì)直接讀出。 最大正應(yīng)力最大正

60、應(yīng)力 抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度 彎曲加載時(shí)受拉彎曲加載時(shí)受拉-側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)與靜拉伸基本相同，側(cè)的應(yīng)力狀態(tài)與靜拉伸基本相同， 且不存在拉伸時(shí)試樣偏斜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，故且不存在拉伸時(shí)試樣偏斜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，故彎曲彎曲 試驗(yàn)常用于測(cè)量硬度很高試驗(yàn)常用于測(cè)量硬度很高，難以加工成拉伸試樣的脆難以加工成拉伸試樣的脆 性材料的斷裂強(qiáng)度性材料的斷裂強(qiáng)度，并能顯示出塑性差別。并能顯示出塑性差別。 彎曲試驗(yàn)時(shí)，截面上的應(yīng)力分布也是應(yīng)力最大，可靈彎曲試驗(yàn)時(shí)，截面上的應(yīng)力分布也是應(yīng)力最大，可靈 敏地反映出材料的表面缺陷，因此常用來(lái)比較、評(píng)定敏地反映出材料的表面缺陷，因此常用來(lái)比較、評(píng)定 材料表面處理層的質(zhì)量。材料表面處理