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，是材料與力量對話的結(jié)果。及壽命，是材料與力量對話的結(jié)果。第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力力 伸伸 長長 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) 力力伸長曲線和應(yīng)力伸長曲線和應(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 長長 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力

2、力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 一、力一、力伸長曲線伸長曲線低碳鋼的力低碳鋼的力伸長曲線伸長曲線FL FpFeFb0FsFk第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力力 伸伸 長長 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曲線圖伸長曲線圖FL0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AF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：00AF材料受力前的初始面積材料受力前的初始面積0AFAPam2kg第一章第一章 第一節(jié)第一節(jié) 力力 伸伸 長長 曲曲 線線 和和

3、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 長長 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)變是用來描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對位移。應(yīng)變是用來描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對位移。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面元之間的夾物體內(nèi)部一體積元上的二個面元之間的夾角的變化。角的變化。形變未發(fā)生時線元形變未發(fā)生時線元 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

4、應(yīng)變定義為：xyBOAOAOBAOByx,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 長長 曲曲 線線 和和 應(yīng)應(yīng) 力力 應(yīng)應(yīng) 變變 曲曲 線線 0epsbkggt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)材料在拉伸過程中是等體積變化，試推假設(shè)材料在拉伸過程中是等體積變化，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+ ) 10000000LLLLLAAAFAFSALLA 1lnln00llldldeell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。

5、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 長長 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

6、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橡膠類材料：呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過鏈段的運(yùn)動沿受力方向產(chǎn)生的伸展。鏈段的運(yùn)動沿受力方向產(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)拉伸時拉伸時 =E 剪切時剪切時 =G E、 G彈性模數(shù)（或彈性系數(shù)、彈性模量）彈性模數(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、

7、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、以共價健、離子鍵、金屬鍵共價健、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。如無機(jī)非金屬材料，金屬材料。如無機(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）非過渡金屬）非過渡金屬（b）過渡族金屬）過渡族金屬mrkE 原子半徑較小，且原子半徑較小，且d層電子引起較大的

8、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，時，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)

9、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（3）兩相合金兩相合金：與：與有關(guān)。有關(guān)。 （4）高分子高分子：對對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彈性模量的影響較微觀組織對彈性

10、模量的影響較小小,晶粒大小對晶粒大小對E無影響；無影響；第二相對第二相對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、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 +EmVm1/E2

11、= 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，原子振動加劇，體積膨脹，原子間距，原子振動加劇，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，彈性模數(shù)時，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

12、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)時加載方式（多向應(yīng)力），加載速率和負(fù)荷持續(xù)時間對金屬、陶瓷類材料的彈性模數(shù)幾乎沒有影響。間對金屬、陶瓷類材料的彈性模數(shù)幾乎沒有影響。 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

13、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，應(yīng)力超過e，開始產(chǎn)生塑性變形開始產(chǎn)生塑性變形。0epsbkggt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非比例伸長率非比例伸長率0.01%時的應(yīng)力。時的應(yīng)力。p0.05非比例伸長率非比例伸長率0.05%時的應(yīng)力。時的應(yīng)力。因此，因此，p、e沒有質(zhì)的區(qū)別沒有質(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

14、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 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程中吸收變形功的、定義：是指材料在彈性變形過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，單位體積能力（即材料彈性變形達(dá)到彈性極限時，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)。Eeeee2212 0ee第一章第一章 第第 二二 節(jié)節(jié) 彈彈 性性 變變 形形 及及

15、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Eeeee2212 對于大多數(shù)工程材料，對于大多數(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。eeeE.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)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的應(yīng)變對于應(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)

16、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，隨時間的延長加載或卸載后，隨時間的延長而產(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，應(yīng)變落后于應(yīng)時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，而與時間有關(guān)的滯彈性力的現(xiàn)象，而與時間有關(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：

17、變形隨時間的延長而變化的現(xiàn)象蠕變：變形隨時間的延長而變化的現(xiàn)象）。）。（2）反彈性后效：）反彈性后效：卸載卸載時，應(yīng)變落后于應(yīng)時，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

18、表現(xiàn)出彈性固體兩者的特性，彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時存在（時間效應(yīng)）。粘性兩種變形機(jī)理同時存在（時間效應(yīng)）。 2、特征：應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，、特征：應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的， 應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系與時間有關(guān)，但卸載后，應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系與時間有關(guān)，但卸載后， 應(yīng)變恢復(fù)，應(yīng)變恢復(fù)，無殘余變形無殘余變形。0 tt000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。

19、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)彈性變形相變開始應(yīng)力相變開始應(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始應(yīng)力逆向相變開始應(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)為初始組織初始組織的彈性恢復(fù)階

20、段初始組織的彈性恢復(fù)階段無殘留變形無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)定殘余伸長應(yīng)力（余伸長應(yīng)力（0.01）增加）增加；反向加載，規(guī)定殘余反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（伸長應(yīng)力（0.01）降低）降低的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生原因：包申格效應(yīng)是多晶

21、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)象與位錯運(yùn)動的阻力變化有關(guān)，因此冷變形金屬，與位錯運(yùn)動的阻力變化有關(guān)，因此冷變形金屬，工作載荷相反時，需考慮包申格效應(yīng)（強(qiáng)度下降工作載荷相反時，需考慮包申格效應(yīng)（強(qiáng)度下降15%20%）。）。（2）加工過程中，可使板材通過軋輥時交替的承）加工過程中，可使板材通過軋輥時交替的承受反向應(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 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

22、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：這部分在變形過程中被吸收的功在變形過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?。┳非笠繇懶Ч脑貉h(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

23、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的塑性塑性變形變形（1）滑移：這種由大量位錯移動而導(dǎo)致晶體）滑移：這種由大量位錯移動而導(dǎo)致晶體的一部分

24、相對于另一部分，沿著某一定晶面和的一部分相對于另一部分，沿著某一定晶面和晶向做相對的移動，就是晶體的塑性變形的滑晶向做相對的移動，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，）孿生：在切應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形時，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）相對于生面）和一定的晶向（稱為孿生方向）相對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）滑移時兩部分晶體的相對位移是原子間距的整數(shù)倍）滑移時兩部分晶體的相對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

25、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數(shù)有關(guān)；與滑移面密排程度和滑移方向個數(shù)有關(guān)； 與同時開動滑移系數(shù)目有關(guān)（與同時開動滑移系數(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性和不均勻性各晶粒變形的不同時性和不均勻性（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

26、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鍵具有方向性和飽和性共價鍵具有方向性和飽和性離子鍵：位錯運(yùn)動時不僅要離子鍵：位錯運(yùn)動時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）位錯寬度小，柏氏矢量大）位錯寬度小，柏氏矢量大bwGm2exp12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：

27、在外力不增加或上下波動的情況下，、屈服現(xiàn)象：在外力不增加或上下波動的情況下，試樣可以繼續(xù)伸長變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。試樣可以繼續(xù)伸長變形，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)生微量塑性變形時的應(yīng)力值，變形時的應(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 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：表示殘余伸長達(dá)到原始標(biāo)距的百分之表示殘余伸長達(dá)到原始標(biāo)距的百分之幾時的應(yīng)力如：幾時的應(yīng)力如：r0

28、.05、r0.1、r0.2表示總伸長（彈性表示總伸長（彈性+塑性）達(dá)到原塑性）達(dá)到原始標(biāo)距的百分之幾時的應(yīng)力始標(biāo)距的百分之幾時的應(yīng)力規(guī)定殘余伸長應(yīng)力規(guī)定殘余伸長應(yīng)力r規(guī)定總伸長應(yīng)力規(guī)定總伸長應(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：）從材料方面考慮：:b v塑性應(yīng)變速率：可動位錯密度b:柏氏矢量00wmv為沿滑移面的切應(yīng)力為位錯以單位速率運(yùn)動所需的切應(yīng)力m為位錯運(yùn)動速率應(yīng)力敏感系數(shù)，表明位錯速度對應(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

29、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12exp12awbwGNpGbGb（1）點(diǎn)陣阻力點(diǎn)陣阻力（a）平行位錯間交互）平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力作用產(chǎn)生的阻力（b）運(yùn)動位錯與林位）運(yùn)動位錯與林位錯（穿過滑移面的位錯）錯（穿過滑移面的位錯）交互作用產(chǎn)生的阻力交互作用產(chǎn)生的阻力（2）位錯間的）位錯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21dkyis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

30、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，使得位錯運(yùn)動受阻，屈服強(qiáng)度升高（位錯運(yùn)動受阻，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（1）聚合型合金：其強(qiáng)度決定于）聚合型合金：其強(qiáng)度決定于第二相對位錯運(yùn)動的阻力。第二第二相對位錯運(yùn)動的阻力。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?/p>

31、質(zhì)點(diǎn)周圍形成應(yīng)力場，而這些局部應(yīng)力場形成應(yīng)力場，而這些局部應(yīng)力場隨位錯運(yùn)動有阻礙作用。隨位錯運(yùn)動有阻礙作用。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)境因素對屈服強(qiáng)度的影響、環(huán)境因素對屈服強(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)，F(xiàn)e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)

32、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 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，時，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（滑移的動力），

33、即形（滑移的動力），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 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

34、增加，多滑移系，位錯釘扎加工硬化率顯著增加，多滑移系，位錯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)先位錯繞過障礙領(lǐng)先位錯繞過障礙物，繼續(xù)運(yùn)動。物，繼續(xù)運(yùn)動。123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)，表示材料無應(yīng)變硬化能力（室溫常

35、數(shù)，表示材料無應(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)化是金屬強(qiáng)化的一種重要手段應(yīng)變強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的一種重要手段（不能熱處

36、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適當(dāng)?shù)目古既贿^載的能力，保證了機(jī)有適當(dāng)?shù)目古既贿^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)度是試樣拉伸過程中，所能承受：抗拉強(qiáng)度是試樣拉伸過程中，所能承受 的最大應(yīng)力。的最大應(yīng)力。b=Fb/A0縮頸：材料拉伸過程中縮頸：材料拉伸過程中,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

37、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)對應(yīng)于力縮頸形成點(diǎn)對應(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：enendedeAdAldldeendeAdAdeeFndAAFedenKAeAdAKeAdeKAnedAKedFKAeFKeSSAFnnnnnn000001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) nnbbKnKeSenendedeAdAldldeendeAdAdeeFndAAFedenKAeAdAKeAdeKAn

38、edAKedFKAeFKeSSAFnnnnnn000001產(chǎn)生縮頸的載荷為：產(chǎn)生縮頸的載荷為：nnnbnebbbbnbbnbbbbnnbbenKeKneeAAAAeAAKnAKnASAFKnKeSb0000ln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 按斷裂前與斷裂過程中材料的宏觀塑性變形程度，按斷裂前

39、與斷裂過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%） 按晶體材料斷裂時裂紋的擴(kuò)展途徑，分為按晶體材料斷裂時裂紋的擴(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

40、口分析法：用肉眼，放大鏡或電子顯微鏡等手段對材料斷口進(jìn)行宏觀及微觀的觀察分析，以了解材對材料斷口進(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：斷裂前材料有明顯宏觀塑性變形。塑性變形。 裂紋擴(kuò)展過程較慢裂紋擴(kuò)展過程較慢.（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：斷裂前材料沒有明顯

41、的宏脆性斷裂：斷裂前材料沒有明顯的宏觀塑性變形。觀塑性變形。 裂紋擴(kuò)展速度極快（沒有預(yù)兆）。裂紋擴(kuò)展速度極快（沒有預(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。 斷裂穿過晶粒。斷裂穿過晶粒。沿晶斷裂：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

42、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，

43、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階，眾多臺階的匯合變形呈河流花樣；當(dāng)解間存在臺階，眾多臺階的匯合變形呈河流花樣；當(dāng)解理裂紋高速擴(kuò)展，溫度較低時在裂紋前端可能形成孿理裂紋高速擴(kuò)展，溫度較低時在裂紋前端可能形成孿晶，裂紋沿孿晶與基體界面擴(kuò)展時常會形成晶，裂紋沿孿晶與基體界面擴(kuò)展時常會形成“舌舌”狀花狀花樣。樣。解理臺階，河流花樣，舌狀花樣是解理斷口的基本解理臺階，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

44、紋在晶內(nèi)擴(kuò)展時，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，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

45、 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)、剪切唇三個區(qū)放射區(qū)、剪切唇三個區(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，局部開始產(chǎn)生縮頸，當(dāng)試樣拉伸力達(dá)到最大時，局部開始產(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，微孔不斷長大，合并形成微裂紋；微裂紋微孔，微孔不斷長大，合并形

46、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、長大和聚合，當(dāng)其與己產(chǎn)長大和聚合，當(dāng)其與己產(chǎn)生的裂紋連接時，裂紋便生的裂紋連接時，裂紋便向前擴(kuò)展，這一過程反復(fù)向前擴(kuò)展，這一過程反復(fù)進(jìn)行結(jié)果形成纖維區(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)裂紋長度達(dá)到某一臨界尺寸后，產(chǎn)生了更大的應(yīng)力集

47、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，撕裂時塑性變形量越大，微觀上可以看到撕裂韌窩，撕裂時塑性變形量越大，放射線越粗。對于幾乎不產(chǎn)生塑性變形的材料放射線越粗。對于幾乎不產(chǎn)生塑性變形的材料（脆性材料），放射線小時，微觀斷口呈解理特征。（脆性材料），放射線小時，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

48、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，剪切唇幾乎沒有。材料脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大。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（材料中無裂紋）、理論斷裂強(qiáng)度（材料中無裂紋）在外加正應(yīng)力作用下，將晶體中的兩個原子面沿垂直在外加正應(yīng)力作用下，將晶體中的兩個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

49、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 ，使原子面分開的應(yīng)力。，使原子面分開的應(yīng)力。)/2(xSinm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)系間距的關(guān)系210002/02222,sin, 022/)/2(aEaExaxEExxxxdxxSinsmsmmmmmssmm斷裂后出現(xiàn)兩個新的斷裂面，表面能為斷裂后出現(xiàn)兩個新的斷裂面，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

50、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.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，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，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)算出裂紋自動擴(kuò)展時的根據(jù)能量平衡原理計(jì)算出裂紋自動擴(kuò)展時的應(yīng)力值。應(yīng)力值。2 22 22 2211224440242esesesssscaUEWaaU Wa

51、EddaU WadadaEaEEEaa 第第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷斷 裂裂 表明：在一定的應(yīng)力水平下，存在一個臨界裂紋表明：在一定的應(yīng)力水平下，存在一個臨界裂紋2aC，aC可以作為脆性斷裂的判據(jù)?？梢宰鳛榇嘈詳嗔训呐袚?jù)。 第第 一一 章章 第第 五五 節(jié)節(jié) 斷斷 裂裂 即：一定的裂紋長度即：一定的裂紋長度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)度對比：將斷裂強(qiáng)度與理論斷裂強(qiáng)度對比：120mcaa210aEsm21csmaE說明裂紋在其兩端引起的應(yīng)力集說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

52、裂 三、真實(shí)斷裂強(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，沒有縮頸產(chǎn)若斷裂前不發(fā)生塑性或塑性變形很小，沒有縮頸產(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，表征材料對正斷，表征材料對正斷的抗力大小。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 韌

53、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：應(yīng)力：切應(yīng)力：切應(yīng)力

54、：=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 表示材料對扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力表示材料對扭轉(zhuǎn)塑性變形的抗力（扭轉(zhuǎn)曲線上對（扭轉(zhuǎn)曲線上對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，該點(diǎn)的扭矩時，該點(diǎn)的扭矩Mp）扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。扭矩：使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度：扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度：s = Ms/ WMs殘余扭轉(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)闅堄嗯まD(zhuǎn)切應(yīng)變?yōu)?.3%時的扭矩。時的扭矩。（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：b = Mb/ WMb扭斷前的最大扭

55、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，可用來測定可用來測定那些在拉伸時呈現(xiàn)脆性的材料那些在拉伸時呈現(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)對截面應(yīng)力分布表面最大，心部最低，因此扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)對材料表面強(qiáng)化和表面缺陷的反映十分敏感，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

56、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)對于直徑為對于直徑為d0的圓截面試樣：的圓截面試樣：對于寬為對于寬為b，高為，高為h的矩形截面試樣：的矩形截面試樣：maxmaxMW36bhW W為試樣抗彎截面系數(shù)為試樣抗彎截面系數(shù)3032dWWMbbbMb為試樣斷裂時的彎矩（為試樣斷裂時的彎矩（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fmax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)力最大正應(yīng)力抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度彎曲加載時受拉彎曲加載時受拉-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，且不存在拉伸時試樣偏斜對試驗(yàn)結(jié)果的影響，故且不存在拉伸時試樣偏斜對試驗(yàn)結(jié)果的影響，故彎曲彎曲試驗(yàn)常用于測量硬度很高試驗(yàn)常用于測量硬度很高，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，截面上的應(yīng)力分布也是應(yīng)力最大，可靈彎曲試驗(yàn)時，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，因此常用來比較、評定敏地反映出材料的表面缺陷，因此常用來比較、評定材料表面