材料力學(xué)性能-第三章塑性變形

1、材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.1 金屬材料塑性變形機(jī)制及特點(diǎn)金屬材料塑性變形機(jī)制及特點(diǎn) 1、各晶粒塑性變形的非同時(shí)性和不均一性2、各晶粒塑性變形的相互制約性與協(xié)調(diào)性材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.2 屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.2.1 物理屈服現(xiàn)象3.2.2 屈服現(xiàn)象的本質(zhì) 位錯(cuò)增殖理論低碳鋼的物理屈服點(diǎn)及屈服傳播3.2.3 應(yīng)變時(shí)效材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形如果在屈服后一定塑性變形處卸載，隨即再拉伸加載，則屈服現(xiàn)象不再出現(xiàn)，若在卸載后在室溫或較高溫度停留較長時(shí)間后再拉伸，即物理屈服現(xiàn)象重現(xiàn)、且新的屈服平臺高于卸載時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變

2、時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效。3.3 真應(yīng)力應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律真應(yīng)力應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律真應(yīng)力真應(yīng)變加線可用Hollomon方程來表示： K強(qiáng)化系數(shù)；n應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)。由上式可知，n值越大，材料對繼續(xù)塑性變形得抗力愈高。大多數(shù)金屬材料的應(yīng)變硬化系數(shù)為0.050.5之間。應(yīng)變強(qiáng)化速率與n意義的區(qū)別：材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形nKSlnlnlnnKSKSn材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形SnddSSddSdSdnndSdlnlnlnln應(yīng)變硬化速率 在相同變形量的情況下，n越大，加工硬化速率也高。3.3.2 頸縮條件分析頸縮是預(yù)示材料斷裂的危險(xiǎn)信號。材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形出現(xiàn)頸縮時(shí)正是負(fù)荷變形曲線

3、上的最大載荷處。應(yīng)有：0dFSdSAdASdAAdSASddF0)(又按體積不變定理：dldlAdAldAAdlVlA0故有：材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形SddS上式就是頸縮條件。當(dāng)加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時(shí)，就開始頸縮。dS/dS時(shí)，硬化作用明顯；dS/d2，即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力，所以在這種加載方式下幾乎所有金屬材料都會發(fā)生塑性變形，而起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形的抗力(即形變強(qiáng)化能力)就直接決定壓 入硬度值的大小。1、布氏硬度布氏硬度 材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形布氏硬度試驗(yàn)的基本原理 在直徑D的鋼珠（淬火鋼或硬質(zhì)合金球）上，加一定負(fù)荷P，壓入被試金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)

4、間卸除壓力，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積F凹計(jì)算出應(yīng)力值，以此值作為硬度值大小的計(jì)量指標(biāo)。)(2,22dDDDPDhPSPHBWHBS2、布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程、布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形 布氏硬度試驗(yàn)的基本條件是負(fù)荷P和鋼球直徑D必須事先確定，這樣所得數(shù)據(jù)才能進(jìn)行比較。 壓痕直徑d和鋼球直徑D的比值也不能太大或太小，否則所得HB值失真，只有二者的比值在一定范圍(0.2Dd450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗(yàn)，也不宜于薄件試驗(yàn)。此外，因需測量d值，故被測處要求平穩(wěn)，操 作和測量都需較長時(shí)

5、間，故在要求迅速檢定大量成品時(shí)不適合。2、洛氏硬度、洛氏硬度 材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度的測量原理洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計(jì)量硬度值的指標(biāo)。洛氏硬度的壓頭分硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)的由頂角為120的金鋼石圓錐體制成，適于測定淬火鋼材等較硬的金屬材料；軟質(zhì)的為直徑1/16“(1.5875mm)或1/8”(3.175mm)的鋼球，適于退火鋼、有色金屬等較軟材料硬度值的測定。洛氏硬度所加負(fù)荷根據(jù)被試金屬本身硬軟不等作不同規(guī)定，隨不同壓頭和所加不同負(fù)荷的搭配出現(xiàn)了各種稱號的洛氏硬度級。生產(chǎn)上用得最多的是A級、B級和C級，即HRA(金鋼石圓錐壓頭、60kgf負(fù)荷)，HRB(1/16鋼球壓頭、

6、100kgf負(fù)荷)和HRC(金鋼石圓錐壓頭、150kgf負(fù)荷)，而其中又以HRC用得最普遍。洛氏硬度的測量方法洛氏硬度的測量方法材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度試驗(yàn)過程示意圖洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問題； 2)壓痕小，不傷工件表面； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗(yàn)。 缺點(diǎn)是：用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起來，無法進(jìn)行比較。維氏硬度維氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形維氏硬度

7、試驗(yàn)法開始于1925年。維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負(fù)荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)。所不同的是維氏硬度采用錐面夾角為136的四方角錐體，由金鋼石制成。采用四方角錐，是針對布氏硬度的負(fù)荷P和鋼球直徑D之間必須遵循P/D2為定值的這一制約關(guān)系的缺點(diǎn)而提出來的。采用了四方角錐，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)壓人角不變，因此負(fù)荷可以任意選擇，這是維氏硬度試驗(yàn)最主要的特點(diǎn)，也是最大的優(yōu)點(diǎn)。材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形228544. 12136sin2dPdPHV維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形不存在布氏那種負(fù)荷P和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓

8、頭變形問題；也不存在洛氏那種硬度值無法統(tǒng)一的問題；它和洛氏一樣可以試驗(yàn)任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測試極薄件(或薄層)的硬度此外洛氏由于是以壓痕深度為計(jì)量指標(biāo)，而壓痕深度總比壓痕寬度要小些，故其相對誤差也越大些。維氏硬度試驗(yàn)具有另外兩種試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)而摒棄了它們的缺點(diǎn)，此外還有它本身突出的特點(diǎn)負(fù)荷大小可任意選擇。唯一缺點(diǎn)是硬度值需通過測量對角線后才能計(jì)算(或查表)出來，因此生產(chǎn)效率沒有洛氏高。4、顯微硬度、顯微硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形前面介紹的三種硬度試驗(yàn)法由于測定載荷較大，只能測得材料組織的平均硬度值。 測定極小范圍內(nèi)物質(zhì)的硬度或者研究擴(kuò)散層組織、偏析相、硬化層深度以及極薄板等等

9、、陶瓷等脆性材料的硬度就需要使用顯微硬度。所謂顯微硬度試驗(yàn)一般是指測試載荷小于2N力的硬度試驗(yàn)。常用的有顯微維氏硬度和努氏硬度二種。 顯微維氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形顯微維氏硬度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上就是小載荷的維氏硬度試驗(yàn)，其測試原理和維氏硬度拭驗(yàn)相同，故硬度值可用式(48)計(jì)算，并仍用符號HV表示。但由于測試載荷小，載荷與壓痕之間的關(guān)系就不一定像維氏硬度試驗(yàn)?zāi)菢臃蠋缀蜗嗨圃?。因此測試結(jié)果必須注明載荷大小，以便能進(jìn)行有效地比較：如340 HV0.1表示用1N的載荷側(cè)得的維氏顯微硬度為340而340HV0.05則是表示用0.05N的載荷測得的硬度為340。 努氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性

10、變形努氏壓頭是一菱形的金剛錐體，在縱向上錐體的頂角為172.5 ，橫向上錐體的頂角為130，壓痕的長短對角線長度之比約7：1，壓痕的深度約為其長度的1/30。努氏硬度按以下公式計(jì)算:222.14LHK (1)在測量滲碳(或氮化)淬硬層的硬度分布時(shí)，努氏壓痕的排列與分布較維氏更緊湊； (2)在相同的對角線長度下(努氏壓痕以長對角線計(jì))，努氏壓痕的深度與面積只有維氏壓痕的15，這對測量薄層硬度，例如電鍍層特別適宜，而在測量脆性材料如玻璃，陶瓷的硬度時(shí)，在壓痕周圍不容易碎裂，因?yàn)閿嗔褍A向是和受應(yīng)力材料的體積成正比的，所以努氏硬度在些特定的場合下使用時(shí)更方便。5、肖氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形 肖氏硬度又叫回跳硬度其測定原理是將定重量的具有金剛石圓頭或鋼球的標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度h0自由下落到試件表面，然后由于試件的彈性變形使其回跳到某一高度h，用這