金屬材料的彈性變形與塑性變形

1、應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線( (F F0 0不變）不變）彈性變形彈性變形 屈服變形屈服變形 均勻塑性變形均勻塑性變形 局部塑性變形局部塑性變形 真應(yīng)力真應(yīng)力- -應(yīng)變曲線（應(yīng)變曲線（-代表）代表）p:p:比例極限比例極限 E E: :彈性極限彈性極限 LYLY: :屈服強(qiáng)度（下）屈服強(qiáng)度（下）UYUY：屈服強(qiáng)度（上）屈服強(qiáng)度（上）B B：強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 b b: : 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 p p: : 應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力。應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力。 p p=F=FP P/F/F0 0E E : :由彈性變形過(guò)渡到彈由彈性變形過(guò)渡到彈- -塑性變形時(shí)的應(yīng)力。塑性變形時(shí)的應(yīng)力。 E

2、E =F =FE E /F/F0 0不同材料，其應(yīng)力應(yīng)變曲線不同，如：機(jī)械設(shè)計(jì)中，機(jī)械設(shè)計(jì)中，剛度是第一位的，剛度是第一位的，它保證精度，曲軸它保證精度，曲軸的結(jié)構(gòu)和尺寸常常由剛度決定，然后強(qiáng)度校核。的結(jié)構(gòu)和尺寸常常由剛度決定，然后強(qiáng)度校核。不同類(lèi)型的材料，其彈性模量差別很大。不同類(lèi)型的材料，其彈性模量差別很大。材料彈性模量主要取決于材料彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力結(jié)合力，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大，可，而材料的成分和組織對(duì)它的影響不大，可以說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的性能指標(biāo)（對(duì)金屬材以說(shuō)它是一個(gè)對(duì)組織不敏感的性能指標(biāo)（對(duì)金屬材料），而對(duì)高分子和陶瓷

3、料），而對(duì)高分子和陶瓷E E對(duì)結(jié)構(gòu)和組織敏感。對(duì)結(jié)構(gòu)和組織敏感。熔點(diǎn)高，熔點(diǎn)高，E EE E W W =2E=2EFeFe E EFeFe=3E=3EAlAl零件的剛度與材料的剛度不同零件的剛度與材料的剛度不同，它除了決定于材料，它除了決定于材料的剛度外還與零件的截面尺寸與形狀，以及截面積的剛度外還與零件的截面尺寸與形狀，以及截面積作用的方式有關(guān)。作用的方式有關(guān)。理想的彈簧材料：應(yīng)有高的彈性應(yīng)有高的彈性極限和低的彈性模量。極限和低的彈性模量。 成分與熱處理對(duì)彈性極限影響大，對(duì)彈性極限影響大，對(duì)彈性模量影響不大。對(duì)彈性模量影響不大。儀表彈簧因要求無(wú)磁性，鈹青銅，因要求無(wú)磁性，鈹青銅，磷青銅等軟彈

4、簧材料。磷青銅等軟彈簧材料。eEa e 彈性滯后環(huán)彈性滯后環(huán)(鏈接鏈接)包辛格效應(yīng)示意圖包辛格效應(yīng)示意圖(有有鏈接鏈接) 屈服標(biāo)準(zhǔn)屈服標(biāo)準(zhǔn) S定義定義: 材料開(kāi)始塑性變形的應(yīng)力材料開(kāi)始塑性變形的應(yīng)力.工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種比例極限比例極限P: 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力.SP 彈性極限彈性極限el: 材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力. elP工程上用途不同區(qū)別工程上用途不同區(qū)別,槍炮材料要求高的比例極限槍炮材料要求高的比例極限,彈簧材料要求高的彈彈簧材料要求高的彈性極限性極限 屈服強(qiáng)度屈服

5、強(qiáng)度0. 2或或ys : 以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn),通常為通常為0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度.比例極限比例極限P P, ,彈性極限彈性極限elel, ,屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度0. 20. 2或或ysys 這三種標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)量上實(shí)際上都是以這三種標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)量上實(shí)際上都是以殘留變形殘留變形為依據(jù)為依據(jù), ,只不過(guò)規(guī)定的殘留變形量不同只不過(guò)規(guī)定的殘留變形量不同, ,所以國(guó)家規(guī)定三種所以國(guó)家規(guī)定三種規(guī)范規(guī)范. .規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力( (P P) ) 0.010.01或或0.050.05規(guī)定殘留伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定殘留伸長(zhǎng)應(yīng)力( () )

6、 r r0.20.2規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力( (t t) ) t t0.50.5 內(nèi)在因素內(nèi)在因素: :結(jié)合鍵結(jié)合鍵, ,組織組織, ,結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,原子本性原子本性000lnlnln(1)l llll 真應(yīng)力真應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線(流變曲線流變曲線) 真應(yīng)力真應(yīng)力S=F/A 真實(shí)應(yīng)變真實(shí)應(yīng)變 00lnlldllll2.真應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系理想彈性體：理想彈性體：n n1 1 ；理想塑性體：n0n的取值范圍：01一般金屬：n0.10.5注意：加工硬化速率注意：加工硬化速率ds/d ds/d 與加工硬與加工硬化指數(shù)化指數(shù)n n并不等同并不等同 n=dlnS/dln=ds/Sdn=dlnS/d

7、ln=ds/Sd 即即ds/d=nS/ds/d=nS/ 在相同變形時(shí)在相同變形時(shí)的情況下，的情況下，n ds/dn ds/d 對(duì)有些金屬材料對(duì)有些金屬材料: :象雙相鋼，一些鋁合金和不銹象雙相鋼，一些鋁合金和不銹鋼鋼 不能用不能用S=KS=Kn n方程描述。方程描述。在在lnS-lnlnS-ln圖中會(huì)得圖中會(huì)得到兩段不同的斜率的直線，稱(chēng)為到兩段不同的斜率的直線，稱(chēng)為雙雙n n行為行為，它使得，它使得n n的意義模糊和復(fù)雜化，要尋求其他方程形式來(lái)表征的意義模糊和復(fù)雜化，要尋求其他方程形式來(lái)表征真應(yīng)力真應(yīng)力- -應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)變關(guān)系。圖圖1-9 復(fù)相鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線復(fù)相鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線普通碳鋼，控制

8、軋制的普通碳鋼，控制軋制的SAE950 x和和980低合低合金高強(qiáng)度剛（屈服點(diǎn)分別為金高強(qiáng)度剛（屈服點(diǎn)分別為345和和550MN/m2)以及臨界區(qū)淬火以及臨界區(qū)淬火SAE980 x圖圖1-10 貝氏體貝氏體-奧氏體鋼的應(yīng)力應(yīng)奧氏體鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線變曲線（a) 低奧氏體含量低奧氏體含量（b)最佳奧氏含量最佳奧氏含量（c)高奧氏體含量高奧氏體含量在工程上：對(duì)冷加工成型的低碳鋼，其加工的硬化指數(shù)在工程上：對(duì)冷加工成型的低碳鋼，其加工的硬化指數(shù)n可通過(guò)屈服強(qiáng)度可通過(guò)屈服強(qiáng)度ys 估算：估算： ys M Pa=70/n n ys與與b差值越大，即差值越大，即S/B 頸縮條件頸縮條件：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的應(yīng)

9、力達(dá)到最大值時(shí)，即開(kāi)始出現(xiàn)頸縮，頸頸縮前是均勻變形，縮前是均勻變形，頸縮后是不均勻變頸縮后是不均勻變形，即局部變形形，即局部變形頸縮條件：ds/d=S 當(dāng)加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時(shí)就開(kāi)始頸縮。 0UfTsd（a）(b)：斷口齊平，斷口齊平，垂直垂直于最大拉應(yīng)力方向，于最大拉應(yīng)力方向， ，只有少量均勻變形，鑄鐵，淬火只有少量均勻變形，鑄鐵，淬火+ + 低回火高碳鋼。低回火高碳鋼。 （e）： 塑性很好，試樣斷面可減細(xì)到近于一尖塑性很好，試樣斷面可減細(xì)到近于一尖 刀，然后刀，然后沿沿最大切應(yīng)力方向斷開(kāi)。最大切應(yīng)力方向斷開(kāi)。 如純?nèi)缂傾u、Al。 (c) (d) ： 都出現(xiàn)頸縮，只是程度不同，試樣

10、中心都出現(xiàn)頸縮，只是程度不同，試樣中心 先開(kāi)裂，然后向外延伸，接近表面時(shí)沿最先開(kāi)裂，然后向外延伸，接近表面時(shí)沿最 大切應(yīng)力方向斜面斷開(kāi)，斷口形狀如杯口狀大切應(yīng)力方向斜面斷開(kāi)，斷口形狀如杯口狀。但是，正斷不一定就是脆斷，也可以有明顯的塑性變形。 切斷是韌斷，但反之不一定成立，韌斷不一定是切斷，韌斷與切斷并非是同義詞 無(wú)缺口拉伸試樣,斷口和三個(gè)斷裂區(qū)示意圖沖擊試樣和三個(gè)斷裂區(qū)示意圖由于應(yīng)力狀態(tài)或加載方式的不同，韌窩可由于應(yīng)力狀態(tài)或加載方式的不同，韌窩可有三種類(lèi)型有三種類(lèi)型 拉伸型的等軸狀韌窩拉伸型的等軸狀韌窩剪切型的伸長(zhǎng)韌窩剪切型的伸長(zhǎng)韌窩 拉伸撕裂的伸長(zhǎng)韌窩拉伸撕裂的伸長(zhǎng)韌窩韌窩的形狀取決于韌窩的形狀取決于應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)，而韌窩的大小和深，而韌窩的大小和深淺取決于淺取決于第二相的數(shù)量分布以及基體的塑性變形第二相的數(shù)量分布以及基體的塑性變形能力，能力，韌窩大而深，塑性好，大而淺，加工硬化韌窩大而深，塑性好，大而淺，加工硬化能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。解理階解理階解理羽毛解理羽毛準(zhǔn)解理準(zhǔn)解理maxmax13123/()/2S max13max123()/2S