Chapter1金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能

1、第一章第一章 金屬在單向靜拉伸載荷金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能下的力學(xué)性能 本章目的：本章目的： (1) (1) 揭示金屬變形和斷裂的基本規(guī)律；揭示金屬變形和斷裂的基本規(guī)律； (2) (2) 闡述靜載荷下各種力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、意闡述靜載荷下各種力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、意義、相互關(guān)系及變化規(guī)律；義、相互關(guān)系及變化規(guī)律； (3) (3) 靜拉伸試驗(yàn)方法。靜拉伸試驗(yàn)方法。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 (1) (1) 測(cè)試的是材料的測(cè)試的是材料的“短期短期”( (與時(shí)與時(shí)間無關(guān)間無關(guān)) )力學(xué)行為；力學(xué)行為；(2) (2) 采用的是光滑試樣；采用的是光滑試樣；(3) (3) 常溫、大氣介質(zhì)，單調(diào)、單向拉常溫、大

2、氣介質(zhì)，單調(diào)、單向拉伸載荷；伸載荷；(4) (4) 可以測(cè)得材料的彈性、強(qiáng)度和塑可以測(cè)得材料的彈性、強(qiáng)度和塑性性能。性性能。引言引言: 單向靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)單向靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)1.1 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線一、拉伸力一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線伸長(zhǎng)曲線圖1-1 退火低碳鋼的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線0FA00llll 拉伸曲線拉伸曲線l 彈性變形彈性變形oeoeE E = = EEe e l 均勻塑性變形（強(qiáng)化）均勻塑性變形（強(qiáng)化）sbsb b bl 不均勻集中塑性變形不均勻集中塑性變形bzbz “ “縮頸縮頸”現(xiàn)象現(xiàn)象低碳鋼單向靜拉伸曲線低碳鋼單向靜拉伸曲線l 不均勻屈服變形不均勻屈服變形eses s s

3、、 0. 20. 2l z z點(diǎn)：試樣發(fā)生斷裂點(diǎn)：試樣發(fā)生斷裂s s、 0. 20. 2及及b b是設(shè)計(jì)和選材的是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)主要依據(jù) 拉伸曲線拉伸曲線 在靜拉伸作用的力-伸長(zhǎng)曲線可分為彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形和斷裂幾個(gè)階段。 圖1-2 幾種典型材料的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線1-高碳鋼(淬火+高溫回火)；2-低合金結(jié)構(gòu)鋼；3-黃銅；4-陶瓷、玻璃；5-橡膠；6-工程塑料應(yīng)力：應(yīng)力：材料受外加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力；應(yīng)變：應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度(或面積)上的伸長(zhǎng)(或收縮)稱為應(yīng)變。工程應(yīng)力和工程應(yīng)變：工程應(yīng)力和工程應(yīng)變：基于試樣初始截面和初始長(zhǎng)度定義

4、的應(yīng)力、應(yīng)變。又稱條件應(yīng)力和條件應(yīng)變。二、工程應(yīng)力二、工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線工程應(yīng)變曲線工程應(yīng)力：工程應(yīng)變（以長(zhǎng)度表示）工程應(yīng)變（以面積表示）0FA圖1-3 低碳鋼的工程應(yīng)力工程應(yīng)變曲線按拉伸時(shí)試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L，可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 三、真實(shí)應(yīng)力三、真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)變曲線 真實(shí)應(yīng)力：用載荷F除以某一變形瞬間的截面積A，稱為真應(yīng)力S。真實(shí)應(yīng)變：在拉伸過程中，在某一瞬間，當(dāng)載荷增加dF時(shí)伸長(zhǎng)dL，則瞬時(shí)真應(yīng)變?yōu)閐e=dL/L，則e即為真應(yīng)變。面積表示真實(shí)應(yīng)變e ：長(zhǎng)度表示的真實(shí)應(yīng)變e：真實(shí)應(yīng)力S：AFS 00lnLLdLLedeLL00lnAeAdAAAA圖1-4 真

5、實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線 1、彈性變形的定義 定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來形狀或尺寸的變形，叫彈性變形。 2、彈性變形的特點(diǎn) (1)可逆； (2)在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間呈單值線性關(guān)系，符合胡克定律，且彈性變形量都較小。 (0.51.0%)。1.2 彈性變形彈性變形 3、胡克定律EGEG2 1（）單向拉伸剪切扭轉(zhuǎn)相互關(guān)系圖1-5 彈性變形的雙原子模型 5、彈性模量 產(chǎn)生100%彈性變形所需要的應(yīng)力稱為彈性彈性模量模量。 (1) 物理意義：工程上亦稱為材料的剛度，表征材料對(duì)彈性變形的抗力。 (2) 用途：工程上是度量零件或構(gòu)件剛度的系數(shù)，是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。 構(gòu)件的剛度構(gòu)件的剛度：構(gòu)件

6、產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。1FEE A FEA 提高構(gòu)件剛度進(jìn)而減少彈性變形的途徑：選擇高彈性模量材料；加大構(gòu)件截面積。 (3) 構(gòu)件剛度的意義 是構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。剛度小易于彈性變形，過量的彈性變形導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)。 小結(jié)小結(jié) (1) 彈性模量主要決定于原子或分子本性和晶格類型。 (2) 合金化、熱處理(獲得不同的顯微組織)、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小。(3) 金屬的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。 溫度、加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大。彈性比功：彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。 幾何意義：幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。彈性極限：彈性極限：在

7、應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，試件卸載后能恢復(fù)原狀的最大應(yīng)力。 6、彈性比功、彈性比功(彈性比能、應(yīng)變比能彈性比能、應(yīng)變比能) Eaeeee222彈性不完整性：彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出的非彈性性質(zhì)。 金屬在彈性變形中存在滯彈性(彈性后效)和包申格效應(yīng)等彈性不完整現(xiàn)象。1.3 彈性不完整性彈性不完整性圖1-8 滯彈性示意圖一、滯彈性(彈性后效)定義：定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變，即應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。影響因素：影響因素：材料成分、組織均勻性 組織越不均勻，彈性后效越顯著?？梢圆捎瞄L(zhǎng)時(shí)間回火處理，增加組織均勻性，降低彈性后效效果。

8、2、滯彈性產(chǎn)生的原因 金屬產(chǎn)生滯彈性的原因可能與晶體中點(diǎn)缺陷的移動(dòng)有關(guān)。圖1-9 碳在-Fe中的遷移 (1) 彈性滯后環(huán)：彈性滯后環(huán)：金屬在彈性區(qū)內(nèi)單向或交變快速加載，緊接著快速卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。 (2) 內(nèi)耗：內(nèi)耗：彈性滯后環(huán)的存在，說明加載時(shí)消耗于金屬的變形功大于卸載時(shí)金屬放出的變形功，有一部分變形功為金屬所吸收，這部分功稱之為內(nèi)耗。 3、彈性滯后環(huán)和循環(huán)韌性、彈性滯后環(huán)和循環(huán)韌性 彈性滯后環(huán)：彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不

9、重載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線（圖合而形成一封閉回線（圖a a）。）。 e e ，圖，圖b b 。 e e ，圖，圖c c 。圖1-10 滯后環(huán)的類型 (a) 單向加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗)；(b) 交變加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗) ；(c)交變加載塑性滯后環(huán)-(吸收的功稱為循環(huán)韌性) (3) 循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，叫做循環(huán)韌性，也稱為內(nèi)耗。 循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別 循環(huán)韌性指金屬在塑性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。 內(nèi)耗指金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。意義意義: :

10、力學(xué)性能之一； 循環(huán)韌性越高，機(jī)件的消振能力越好。1 1、定義、定義 材料經(jīng)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%4%)，卸載后，再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加，反向加載規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。二、包申格效應(yīng)二、包申格效應(yīng)圖1-11 包申格效應(yīng) 初始拉伸初始拉伸初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)行初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)行第二次壓縮第二次壓縮初始?jí)嚎s后卸載，第初始?jí)嚎s后卸載，第二次進(jìn)行拉伸二次進(jìn)行拉伸初始拉伸后卸載，初始拉伸后卸載，再進(jìn)行第二次拉伸再進(jìn)行第二次拉伸 2、 包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因 圖1-12 包申格效應(yīng)的林位錯(cuò)理論預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增預(yù)塑性

11、變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)。同殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)。同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，阻，r r增加；反向加增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易r r降降低。低。弊弊：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化，從而使強(qiáng)度極限下降。利利：薄板反向彎曲成形、拉拔的鋼棒經(jīng)過軋輥壓制變直，可以降低成形或壓制應(yīng)力。 4、消除方法、消除方法 (1) 預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形； (2) 第二次受力前先在引起回復(fù)或再結(jié)晶的溫度下退火。 3、包申格效應(yīng)的弊與利、包申格效應(yīng)的弊與利1.3 1.3 塑性變形與應(yīng)變硬化塑性變形與應(yīng)變硬化一、塑性變形的主要方式：一、塑性變形的主要方式：滑移，

12、孿生滑移，孿生1、滑移滑移：滑移：指的是金屬在切應(yīng)力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)進(jìn)行的切變過程?；葡担夯葡担夯泼婧突品较虻慕M合。2 2、孿生（低溫或快速形變時(shí)）、孿生（低溫或快速形變時(shí)） 孿生：孿生：指的是金屬在切應(yīng)力作用下，在金屬晶體內(nèi)部局部區(qū)域內(nèi)，沿特定晶面和特定晶向進(jìn)行的一個(gè)均勻切變過程。 孿生提供的直接變形很小，一般不超過10%，但其間接貢獻(xiàn)卻很大。二、多晶體塑性變形的特點(diǎn)二、多晶體塑性變形的特點(diǎn) 1、各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性； 2、變形的相互協(xié)調(diào)性。三、屈服現(xiàn)象三、屈服現(xiàn)象 (一一) 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象 屈服：屈服：是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開始

13、從彈性變形過渡到穩(wěn)定的塑性變形，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。 根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征，可將屈服分為非均勻屈服(不連續(xù)屈服)、均勻屈服和連續(xù)屈服三種。 圖1-13 拉伸曲線中的三種典型屈服現(xiàn)象(a) 非均勻屈服（不連續(xù)屈服）；(b) 均勻屈服；(c) 連續(xù)屈服( (二二) ) 非均勻屈服非均勻屈服1、非均勻屈服曲線的特點(diǎn)、非均勻屈服曲線的特點(diǎn) 具有上、下屈服點(diǎn)上、下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)屈服平臺(tái)。圖1-14 低碳鋼的非均勻(不連續(xù))屈服 2 2、非均勻屈服的解釋、非均勻屈服的解釋 (1) 非均勻屈服的柯氏氣團(tuán)釘扎理論非均勻屈服的柯氏氣團(tuán)釘扎理論 -Fe中，C、N原子與位錯(cuò)交互作用形成柯氏氣團(tuán)，釘扎位

14、錯(cuò)，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻存在上屈服點(diǎn)。 位錯(cuò)從柯氏氣團(tuán)擺脫釘扎后，可在低應(yīng)力下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)存在下屈服點(diǎn)。 實(shí)際上被強(qiáng)烈釘扎的位錯(cuò)不容易脫釘。 也無法解釋非-Fe這類含有間隙原子金屬或合金的屈服現(xiàn)象。 (2) 非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論 少量位錯(cuò)同向運(yùn)動(dòng)受阻，形成塞積群，導(dǎo)致材料要繼續(xù)發(fā)生塑性變形必須加大外應(yīng)力(上屈服點(diǎn))；一旦障礙被沖破，繼續(xù)發(fā)生塑性變形所需的外應(yīng)力下降(下屈服點(diǎn))。( (三三) ) 均勻屈服均勻屈服 1、均勻屈服曲線的特點(diǎn)、均勻屈服曲線的特點(diǎn) 有上、下屈服點(diǎn)，沒有屈服平臺(tái)沒有屈服平臺(tái)。 2、均勻屈服的解釋、均勻屈服的解釋 低密度可動(dòng)位錯(cuò)理論。0()mb vOr

15、owan equationvMoving rate of dislocation ( (三三) ) 連續(xù)屈服連續(xù)屈服 1、連續(xù)屈服曲線的特點(diǎn)、連續(xù)屈服曲線的特點(diǎn) 沒有沒有明顯的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)，沒有屈服平臺(tái)沒有屈服平臺(tái)。 2、連續(xù)屈服的解釋、連續(xù)屈服的解釋 連續(xù)屈服可用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻進(jìn)行解釋(Ref.2)。( (四四) ) 孿生孿生+ +連續(xù)屈服連續(xù)屈服 此外，當(dāng)金屬在低溫、高應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在正常的彈性段之后，有一系列鋸齒疊加于連續(xù)屈服的拋物線型曲線上。圖1-15 第四種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線此時(shí)變形方式以孿生為主，由于孿生的萌生需要較大的應(yīng)力，但隨后的長(zhǎng)大所需要的

16、應(yīng)力較小，所以其拉伸曲線出現(xiàn)鋸齒狀。 四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度：表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力。 對(duì)于非均勻屈服和均勻屈服非均勻屈服和均勻屈服而言，屈服強(qiáng)度指的是用應(yīng)力表示的上屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)上屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)。 由于下屈服點(diǎn)較穩(wěn)定，一般用下屈服點(diǎn)表示非均勻屈服或均勻屈服的屈服強(qiáng)度。00AFAFlslsss條件屈服強(qiáng)度：條件屈服強(qiáng)度：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征連續(xù)屈服特征或沒有明顯沒有明顯屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象的材料，用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力，稱為條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度。 可分為規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力p、規(guī)定

17、殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力r、規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力t三種指標(biāo)。P10P11 重點(diǎn)為重點(diǎn)為0.2的含義的含義表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力常用的條件屈服強(qiáng)度。常用的條件屈服強(qiáng)度。圖1-16 屈服強(qiáng)度s和0.2五、影響屈服強(qiáng)度的因素五、影響屈服強(qiáng)度的因素阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 1、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因 (1) 基體金屬的本性及晶格類型(P12) 塑性變形主要沿基體相進(jìn)行。塑性變形主要沿基體相進(jìn)行。 位錯(cuò)所受的阻力包括：晶格阻力(P-N力)、位錯(cuò)間的交互作用力。22(1)122211abvbp nGGvvGborGbLF 主要結(jié)論主要結(jié)論 晶體滑移所需克服的切應(yīng)力是

18、很低的； 滑移面間距a值越大，柏氏矢量的模b越小，則晶格阻力越??； 位錯(cuò)寬度越小，滑移的晶格阻力越大； 提高位錯(cuò)密度增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，可以增加屈服強(qiáng)度。 (2) 溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：在純金屬中加入溶質(zhì)原子形成固溶體合金，將顯著提高屈服強(qiáng)度，稱為固溶強(qiáng)化。 (3) 晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu) 晶界(亞晶界)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。要使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開動(dòng)，必須加大外應(yīng)力霍爾霍爾-佩奇公式佩奇公式。 細(xì)晶強(qiáng)化：細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金屬屈服強(qiáng)度(同時(shí)同時(shí)可以提高其塑性可以提高其塑性)的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。21yisdK(4) (4) 第二相第二相位錯(cuò)切過或繞過位錯(cuò)切過或繞過

19、 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化(時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化)：依靠過飽和固溶體的脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化。 彌散強(qiáng)化：彌散強(qiáng)化：用粉末冶金的方法人為地加入第二相所造成的強(qiáng)化。 沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的相同點(diǎn)：沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的相同點(diǎn)：第二相以細(xì)小顆粒形式分布于基體中。強(qiáng)化類型強(qiáng)化機(jī)理熱穩(wěn)定性相圖要求高溫使用情況沉淀強(qiáng)化溶質(zhì)原子偏聚超過固溶度共格析出分散粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱不穩(wěn)定。時(shí)效有過程。欠時(shí)效時(shí)效過時(shí)效。有不能彌散強(qiáng)化外加分散粒子，無共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱穩(wěn)定的無能沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化之間的不同點(diǎn)如下表：沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化之間的不同點(diǎn)如下表： 2、影響屈服強(qiáng)度的外因、影響屈服強(qiáng)度的外因 (1) 溫度：T，s。 T，位錯(cuò)密

20、度；同時(shí)晶界弱化。(2) 應(yīng)變速率增大，應(yīng)變速率增大，s。 塑性變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間，應(yīng)變速率增大，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不能充分進(jìn)行，滑移受阻，則屈服強(qiáng)度提高應(yīng)變速率硬化。應(yīng)變速率硬化。(3) 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 切應(yīng)力分量越大(可促進(jìn)更多滑移系開動(dòng)可促進(jìn)更多滑移系開動(dòng))，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低。 應(yīng)變硬化：應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。機(jī)理：機(jī)理：位錯(cuò)的增殖與交互作用導(dǎo)致的阻礙。 1、均勻塑性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變之間符合Hollomon關(guān)系式。nSKe六、應(yīng)變硬化六、應(yīng)變硬化( (形變強(qiáng)化、加工硬化形變強(qiáng)化、加工硬化) )應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)

21、變硬化指數(shù)n n：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。 n=1，理想彈性體；n=0材料無硬化能力。 層錯(cuò)能低的材料應(yīng)變硬化程度大。層錯(cuò)能低的材料應(yīng)變硬化程度大。 常用直線作圖法求應(yīng)變硬化指數(shù)(P16)。2 2、 n n 的意義的意義 (1) n較大，抗偶然過載能力較強(qiáng)；安全性相對(duì)較好；(2) 反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)；表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)； (3) 應(yīng)變硬化是應(yīng)變硬化是強(qiáng)化金屬材料強(qiáng)化金屬材料的重要手段之一，特的重要手

22、段之一，特別是對(duì)別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的材料；不能熱處理強(qiáng)化的材料； (4) 提高強(qiáng)度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工提高強(qiáng)度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。性能。l 應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù) n，反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑，反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。性變形的能力。n=0.10.5 n=1n=1：s=ke,s=ke,理想彈性體理想彈性體 n=0n=0：s=k,s=k,無硬化能力無硬化能力 退火態(tài)、層錯(cuò)能低，退火態(tài)、層錯(cuò)能低，n n大大 與與s s成反比成反比 常用直線作圖法求得常用直線作圖法求得nKeS l 縮頸現(xiàn)象：縮頸現(xiàn)象： 韌性材料，變形集中于局部區(qū)域韌性材料，變形集中于局

23、部區(qū)域 應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果l 縮頸的判據(jù)：縮頸的判據(jù)：l 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度定義定義 材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。意義：意義：（1 1）易于測(cè)定，重現(xiàn)性好，重要的力學(xué)性能指標(biāo)）易于測(cè)定，重現(xiàn)性好，重要的力學(xué)性能指標(biāo)（2 2）脆性材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要依據(jù)脆性材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要依據(jù)（3 3）取決于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)，）取決于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)，s s/b b重要重要（4 4）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，如：）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，如：b b1/3HB1/3HB；淬火鋼；淬火鋼-1-11/21/2b b。0AFbb六、塑性六、塑性l 定義：定義

24、： 金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。 均勻塑性變形均勻塑性變形 + + 集中塑性變形集中塑性變形l 塑性指標(biāo)塑性指標(biāo) 斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 斷面收縮率斷面收縮率 5 5 1010 最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率gtgtl 塑性的意義塑性的意義 安全力學(xué)性能指標(biāo)安全力學(xué)性能指標(biāo) 塑性變形緩和應(yīng)力集中塑性變形緩和應(yīng)力集中 軋制、擠壓等冷熱加工變形軋制、擠壓等冷熱加工變形l 影響塑性的因素影響塑性的因素 (1) 細(xì)化晶粒，塑性。 細(xì)化晶粒是唯一既可以提高強(qiáng)度，同時(shí)又提高細(xì)化晶粒是唯一既可以提高強(qiáng)度，同時(shí)又提高塑性的強(qiáng)化手段。塑性的

25、強(qiáng)化手段。 (2) 軟的第二相塑性；固溶、硬的第二相等，塑性。 (3) 溫度提高，塑性。七、靜力韌度七、靜力韌度 1 1、韌度、韌度 度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)力學(xué)性能指標(biāo)。又分為靜力韌靜力韌度度、沖擊韌度沖擊韌度和斷裂韌度斷裂韌度。 2、靜力韌度：靜力韌度：金屬材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功斷裂前所吸收的功。思考題今有今有10mm10mm直徑的正火態(tài)直徑的正火態(tài)60Mn60Mn拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(d=9.9mm(d=9.9mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑) )：F/KN39.543.547.652.955.454.052.

26、44843.1d/mm9.919.879.819.659.218.618.217.416.78完全斷裂：完全斷裂：金屬在外力作用下被分成若干部分、喪失連續(xù)性的現(xiàn)象。不完全斷裂：不完全斷裂：內(nèi)部存在裂紋的斷裂。大多數(shù)金屬材料的斷裂過程都包括裂紋形成裂紋形成與擴(kuò)擴(kuò)展展兩個(gè)階段。一、斷裂的分類 (一) 韌性斷裂和脆性斷裂 根據(jù)斷裂前塑性變形的大小進(jìn)行的分類。根據(jù)斷裂前塑性變形的大小進(jìn)行的分類。1.4 1.4 金屬的斷裂金屬的斷裂1 1、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn)、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn) (1) 韌性斷裂：韌性斷裂：指的是在斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性宏觀塑性變形變形的斷裂。 (2) 韌性斷裂的斷裂特點(diǎn)韌性斷裂的斷

27、裂特點(diǎn) 斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形5% ，斷裂斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力面一般平行于最大切應(yīng)力，并與主應(yīng)力成45，斷口呈纖維狀，暗灰色； 斷裂時(shí)的名義應(yīng)力高于屈服強(qiáng)度； 裂紋擴(kuò)展慢，消耗大量塑性變形能。二、斷口的宏觀特征二、斷口的宏觀特征 斷口特征三要素：斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。 纖維區(qū)：纖維區(qū)：灰暗色，裂紋擴(kuò)展速度慢； 放射區(qū)：放射區(qū)：裂紋擴(kuò)散速度快，低能量撕裂，有放射線花樣。 剪切唇：剪切唇：切斷。杯狀或錐狀，表面光滑，與拉伸軸成45角。圖1-17 板狀矩形試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-16 光滑圓柱試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖 2 2、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn)、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn) (1) 脆性斷裂：脆性斷裂：指的是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本不斷裂前基本不發(fā)生塑性變形發(fā)生塑性變形。 (2) 脆性斷裂的斷裂特點(diǎn)脆性斷裂的斷裂特點(diǎn) 斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形c，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。 外加應(yīng)力不變，滿足下式時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。22scEaa% 注意注意 (1) 此公式適用于薄板，厚板時(shí)為平面應(yīng)變 (P33式式51-52)。 (2)格雷菲斯斷裂公式也適用于長(zhǎng)為a的表面半橢圓裂紋，式中的a就是裂紋長(zhǎng)