材料的力學(xué)性能課件10-塑性變形

1、材料的力學(xué)性能Mechanical Properties of Materials材料的力學(xué)性能Mechanical Properties o材料力學(xué)行為材料力學(xué)行為的機(jī)理分析斷裂黏性塑性彈性外加載荷材料成分環(huán)境因素組織結(jié)構(gòu)加載速度溫度加載方式失效介質(zhì)損傷材料力學(xué)行為材料力學(xué)行為的機(jī)理分析斷裂黏性塑性彈性外加載荷材第9章 彈性變形（2學(xué)時(shí)）第10章 塑性變形（2學(xué)時(shí)）第11章 斷裂（4學(xué)時(shí)）第11章 損傷（2學(xué)時(shí)）材料力學(xué)行為的機(jī)理分析第9章 彈性變形（2學(xué)時(shí)）材料力學(xué)行為的機(jī)理分析材料的塑性變形材料在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力除去后仍保持部分變形，這種變形即為塑性變形。材料經(jīng)受此種形變而不破

2、壞的能力叫延展性。常見的塑性變形方式為滑移，還包括孿生和扭折，位錯(cuò)等晶體缺陷的運(yùn)動(dòng)對(duì)塑性變形起重要作用。 屈服強(qiáng)度是衡量材料開始塑性變形的重要指標(biāo)，它受諸多因素的影響。為防止塑性變形失效，需要盡可能的提高材料的屈服強(qiáng)度。塑性力學(xué)研究的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，它們的關(guān)系也不是單值對(duì)應(yīng)的。由于材料的塑性變形，通常會(huì)導(dǎo)致形變強(qiáng)化，這也是塑性變形的一個(gè)特點(diǎn)。材料的塑性變形材料在外力作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力除去后仍保持部材料的塑性變形10.1 塑性變形的物理機(jī)制10.2 單向拉壓下材料的塑性變形10.3 塑性變形的影響10.4 屈服強(qiáng)度10.5 形變強(qiáng)化材料的塑性變形10.1 塑性變形的物理機(jī)制塑

3、性變形的物理機(jī)制所謂滑移，就是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向產(chǎn)生滑動(dòng)。這種晶面和晶向分別稱為晶體的滑移面和滑移方向。它們常常是晶體中原子排列最密的晶面和晶向，這是因?yàn)樵谧蠲芫婧妥蠲芫蛑g的原子間距最大，原子結(jié)合力最弱，滑移阻力最小，在切應(yīng)力作用下最容易引起滑移。單晶體的塑性變形 a)未變形 b)彈性變形 c)彈塑性變形 d)塑性變形1、滑移 塑性變形的物理機(jī)制所謂滑移，就是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 體心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格滑移系:6212 滑移系:4312 滑移系:133一個(gè)滑移面和該面上的一個(gè)滑移

4、方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。故晶體中的滑移系數(shù)目等于滑移面和滑移面上滑移方向數(shù)目的乘積。晶體中的滑移系愈多，滑移時(shí)可能采取的空間位向便愈多，其塑性也就愈好。 塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 體心立方晶塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)拉伸壓縮晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力偶塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 使單晶體產(chǎn)生滑移所需要的分切應(yīng)力，稱為臨界分切應(yīng)力。在不同類型的滑移系上的臨界分切應(yīng)力是不同的。在小變形時(shí)材料銅銀鐵SiCAl2O3NaClZnO屈服強(qiáng)度max（GPa）0.780.693.51212

5、10.5310max / G0.0220.0310.0600.0430.0490.0300.029幾種晶須的屈服強(qiáng)度塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 使單晶體產(chǎn)生滑塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 考慮單晶體某一部分相對(duì)于另一部分作整體滑移，據(jù)此可計(jì)算出臨界分切應(yīng)力，但計(jì)算結(jié)果要比試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)一步研究表明，單晶體的滑移過程并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分作整體的剛性移動(dòng)，滑移實(shí)質(zhì)上是由滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的。正因?yàn)槲诲e(cuò)等晶體缺陷的存在，實(shí)際晶體要比理想晶體容易滑移。 晶體中的位錯(cuò)主要有兩種形式，即刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。刃位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有切

6、應(yīng)變，又有正應(yīng)變；而螺位錯(cuò)周圍只有切應(yīng)變而無正應(yīng)變。刃位錯(cuò)有滑移和攀移兩種運(yùn)動(dòng)，而螺位錯(cuò)只有滑移運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生攀移運(yùn)動(dòng)。根據(jù)Peierse-Naborro公式，為了使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，作用在位錯(cuò)上的力大致為這一估算值與實(shí)際的屈服強(qiáng)度是相當(dāng)?shù)?。塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 1、滑移 考慮單晶體某一塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 2、孿生孿生是指晶體在切應(yīng)力作用下沿一定的晶面和晶向以一定順序連續(xù)切變，使部分晶體的取向發(fā)生改變。發(fā)生孿生切變的晶面稱為孿晶面，發(fā)生孿生切變的晶向稱為孿晶方向。 孿生是發(fā)生在晶體內(nèi)局部區(qū)域的一個(gè)均勻切變過程，切變區(qū)的寬度較小，切變后已變形區(qū)的晶體取向與未變形區(qū)的晶體取向成

7、鏡面對(duì)稱關(guān)系。孿生變形也是沿著特定晶面和特定晶向進(jìn)行的。孿生所能達(dá)到的變形量極為有限(a) 滑移(b) 孿生孿生可以改變晶體的取向，使晶體的滑移系由原先難滑動(dòng)的取向轉(zhuǎn)到易于滑動(dòng)的取向 塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 2、孿生孿生是指晶體在切塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 3、扭折扭折是指晶體發(fā)生局部彎曲，形成輪廓比較明顯的楔形S狀組織，變形區(qū)域稱為扭折帶。扭折是不均勻塑性變形的一種形式，它是滑移在某些部位受阻后，由位錯(cuò)堆積而形成的。與孿生類似，扭折帶的晶體位向也是發(fā)生了改變，只不過發(fā)生的是不對(duì)稱的變化。塑性變形的物理機(jī)制單晶體的塑性變形 3、扭折扭折是指晶體發(fā)生塑性變形的物理機(jī)制單晶體

8、應(yīng)力應(yīng)變曲線易滑移階段（）當(dāng)達(dá)到晶體的c后，應(yīng)力增加不多，便能產(chǎn)生相當(dāng)大的變形，近似為線性流變階段。在階段，晶體中位錯(cuò)密度低，分布均勻，所以應(yīng)變硬化速率很低，約為10-4G線性硬化階段（）位錯(cuò)密度增大到中等程度，滑移可以在幾組相交的滑移面中發(fā)生，但由于運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)之間的交互作用及其所形成不利于滑移的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，隨應(yīng)變量的增大，應(yīng)變硬化十分顯著，應(yīng)力與應(yīng)變近似呈線性關(guān)系，應(yīng)變硬化速率大致為G/300。拋物線硬化階段（）應(yīng)變硬化速率隨應(yīng)變的增大而不斷下降，所以隨應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力上升緩慢，呈拋物線變化。各種晶體的實(shí)際曲線因其晶體結(jié)構(gòu)類型、晶體位向、雜質(zhì)含量、初始位錯(cuò)密度，以及試驗(yàn)溫度等因素的不同而有所變化。

9、塑性變形的物理機(jī)制單晶體應(yīng)力應(yīng)變曲線易滑移階段（）各種晶塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通常多晶的塑性變形抗力都較單晶高。另外在高強(qiáng)度的同時(shí)，多晶體的塑性變形能力要弱于單晶體，多晶體的延伸率要遠(yuǎn)小于單晶體。這主要是由于多晶體中各晶粒的空間取向不同，不同種類晶粒的性質(zhì)也不同，此外還存在著晶界，因而多晶體的塑性變形既需克服晶界的阻礙，又要與周圍晶粒發(fā)生相適應(yīng)的變形以保持晶粒間的結(jié)合及體積上的連續(xù)性，故多晶體的塑性變形要比單晶體復(fù)雜很多。多晶體的應(yīng)力一應(yīng)變曲線不會(huì)出現(xiàn)單晶曲線的第I階段，而且其硬化曲線通常更陡。塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通常多晶的塑塑性變形的物理

10、機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)1、晶界的影響晶界對(duì)滑移的阻礙作用晶界傳遞變形的作用晶界上原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，且往往分布有大量缺陷。另外晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移系的位向彼此不一致，滑移、孿生多終止于晶界，極少穿過。因此滑移從一個(gè)晶粒延續(xù)到另一個(gè)晶粒是很困難的。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來，形成位錯(cuò)的塞積。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒。由于晶界數(shù)量直接決定于晶粒的大小，因此晶界對(duì)多晶體起始塑變抗力的影響也可通過晶粒大小的影響來體現(xiàn)。塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性

11、變形的特點(diǎn)1、晶界的影響晶界對(duì)滑塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)2、晶粒取向的影響各晶粒塑性變形的非同時(shí)性和不均一性各晶粒塑性變形的相互制約性與協(xié)調(diào)性 多晶體中各晶粒取向的差異是導(dǎo)致其塑性變形能力與單晶體不同的關(guān)鍵原因，這體現(xiàn)在兩方面：那些滑移系上切應(yīng)力分量最大值達(dá)到臨界分切應(yīng)力的晶粒，將首先開始塑性變形，而其它的晶?？赡苋蕴幱趶椥宰冃螤顟B(tài)。這也意味著當(dāng)宏觀塑性變形量不大時(shí)，個(gè)別晶粒的塑性變形量可能已超過極限，于是在這些地區(qū)出現(xiàn)裂紋或微孔，導(dǎo)致?lián)p傷甚至早期的韌性斷裂。材料的組織越不均勻，塑性變形的不均一性就越嚴(yán)重，斷裂前的宏觀塑性變形就越小，即塑性越低。由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒

12、發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持材料的連續(xù)性，其變形必須與相鄰各個(gè)晶粒的變形相適應(yīng)，因此各晶粒的變形既要相互制約，又要相互協(xié)調(diào)。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體材料的塑性變形抗力提高。隨著外力增大，應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，變形才會(huì)越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)2、晶粒取向的影響各晶塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)3、晶粒大小的影響一般而言，在常溫下，當(dāng)晶粒細(xì)小而均勻時(shí)，不僅材料的強(qiáng)度較高，而且塑性和韌性較好。其原因在于： 晶粒越細(xì)，晶界的總面積就越大，每個(gè)晶粒周圍不同位向的晶粒越多，因而對(duì)滑移產(chǎn)生的抗力就越大，使材料的屈服強(qiáng)度提

13、高； 晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，有利于協(xié)調(diào)變形，在同樣變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形較均勻，引起的應(yīng)力集中減小，裂紋不易萌生，使材料在斷裂之前能承受較大的變形量，所以具有較大的延伸率和斷面收縮率，表現(xiàn)出良好的塑性； 晶粒越細(xì)，晶界越曲折，越不利于裂紋沿晶界的傳播，從而在斷裂前消耗的功也越大，在斷裂過程中可以吸收更多的能量，表現(xiàn)出較高的韌性?；魻柵迤妫℉all-Petch）關(guān)系塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)3、晶粒大小的影響一般塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)4、定向擴(kuò)散形變和晶界滑動(dòng)當(dāng)變形溫度高于0.5Tm(熔點(diǎn))以上時(shí)，由于原子活動(dòng)能力的增大，以及原子沿晶界

14、的擴(kuò)散速率加快，使高溫下的晶界具有一定的粘滯性特點(diǎn)，它對(duì)變形的阻力大為減弱，即使施加很小的應(yīng)力，只要作用時(shí)間足夠長(zhǎng)，也會(huì)發(fā)生晶粒沿晶界的相對(duì)滑動(dòng)，成為多晶體在高溫時(shí)一種重要的變形方式。由于晶界滑動(dòng)速度緩慢，因此也只是在蠕變條件下，即高溫度和低應(yīng)力的情況下晶界滑動(dòng)才顯得重要。晶粒尺寸越小，即單位體積中晶界面積越大，晶界滑動(dòng)對(duì)總應(yīng)變量的貢獻(xiàn)越大。在某些情況下，材料可以通過晶粒之間的相對(duì)滑動(dòng)發(fā)生高達(dá)1000%的形變而不破裂，造成所謂的超塑性，但這要求晶粒十分細(xì)小，變形溫度和變形速率的限制也較嚴(yán)。塑性變形的物理機(jī)制多晶體塑性變形的特點(diǎn)4、定向擴(kuò)散形變和晶界單向拉壓下材料的塑性變形加載產(chǎn)生的變形在卸載后

15、是否可以恢復(fù)，這是區(qū)分彈性變形和塑性變形的根本。 所謂卸載定律是指：卸載過程中應(yīng)力或應(yīng)變的改變量服從彈性本構(gòu)關(guān)系。 其適用條件有二：(1)卸載過程必須是簡(jiǎn)單加載，即卸載過程中各點(diǎn)的應(yīng)力分量是按比例減少的；(2)卸載過程中不發(fā)生第二次塑性變形，即卸載不應(yīng)引起應(yīng)力改變符號(hào)而達(dá)到新的屈服。卸載定律 單向拉壓下材料的塑性變形加載產(chǎn)生的變形在卸載后是否可以恢復(fù)，單向拉壓下材料的塑性變形隨動(dòng)硬化模型等向硬化模型混合硬化模型屈服準(zhǔn)則 加卸載準(zhǔn)則硬化法則單向拉壓下的加卸載曲線單向拉壓下材料的塑性變形隨動(dòng)硬化模型屈服準(zhǔn)則 加卸載準(zhǔn)則硬化單向拉壓下材料的塑性變形 材料預(yù)先經(jīng)少量塑性變形（1%4%）后卸載，若再同向

16、加載，彈性極限與屈服強(qiáng)度升高；若再反向加載，則彈性極限與屈服強(qiáng)度降低，這一現(xiàn)象稱為包申格（Bauschinger）效應(yīng)。從位錯(cuò)的觀點(diǎn)看，Bauschinger效應(yīng)是由下列原因引起的：在正向外力作用下，位錯(cuò)按某種方式運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生塑性變形，遇到障礙時(shí)形成塞積；外力去除后，位錯(cuò)并不能作反向運(yùn)動(dòng)以完全消除塑性變形，已經(jīng)塞積的位錯(cuò)群會(huì)在滑移面上產(chǎn)生和原先所加正向應(yīng)力相反的應(yīng)力。若再施加反向外力時(shí)，只要反向外力和位錯(cuò)塞積群產(chǎn)生的應(yīng)力之和達(dá)到材料屈服應(yīng)力時(shí)，便會(huì)屈服。而再施加正向外力時(shí)，需正向外力和位錯(cuò)塞積群產(chǎn)生的應(yīng)力之差達(dá)到材料屈服應(yīng)力時(shí)才會(huì)屈服。 包辛格Bauschinger效應(yīng)單向拉壓下材料的塑性變形

17、材料預(yù)先經(jīng)少量塑性變形（塑性變形的影響 隨著塑性變形程度的增加，各個(gè)晶粒的滑移方向逐漸向主形變方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使多晶體中原來取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向逐漸趨向一致，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向。形變金屬中的這種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)。隨著形變織構(gòu)的形成，多晶體各向異性也逐漸顯現(xiàn)。 形變織構(gòu)現(xiàn)象對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)有時(shí)可加以利用，有時(shí)則要避免。 組織結(jié)構(gòu)的變化塑性變形的影響 隨著塑性變形程度的增加，各個(gè)晶粒塑性變形的影響材料經(jīng)冷加工發(fā)生塑性變形后，強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性則下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，也稱冷作硬化、形變強(qiáng)化。材料性能的變化形變強(qiáng)化是提高材料強(qiáng)度、硬度和耐磨性的重要手段之一。 形變強(qiáng)化對(duì)于材料

18、的加工、利用有利有弊。 塑性變形的影響材料經(jīng)冷加工發(fā)生塑性變形后，強(qiáng)度、硬度提高，而塑性變形的影響 材料經(jīng)塑性變形后殘留在內(nèi)部的應(yīng)力稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。它主要是由于材料內(nèi)部各區(qū)域的變形不均勻引起的。殘余內(nèi)應(yīng)力本質(zhì)上是一種彈性內(nèi)應(yīng)力。宏觀殘余應(yīng)力（第一類殘余應(yīng)力）：由于材料不同部分（如表面與心部）的宏觀變形不均勻引起的，故其應(yīng)力平衡范圍是在整個(gè)材料內(nèi)。微觀殘余應(yīng)力（第二類殘余應(yīng)力）：它是由晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻引起的，其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)，在晶粒或亞晶粒之間保持平衡。 晶格畸變應(yīng)力（第三類殘余應(yīng)力）：它是由材料變形時(shí)產(chǎn)生的大量位錯(cuò)、空位等缺陷引起的，亦即晶格畸變引起的，其作用范圍更小，只在

19、幾百個(gè)到幾千個(gè)原子范圍內(nèi)維持平衡。 導(dǎo)致材料產(chǎn)生變形導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋導(dǎo)致材料強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性和抗腐蝕性下降殘余應(yīng)力塑性變形的影響 材料經(jīng)塑性變形后殘留在內(nèi)部的應(yīng)力屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度標(biāo)志著材料對(duì)起始塑性變形的抗力，是材料的一個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)。對(duì)于有明顯屈服現(xiàn)象的材料，可取下屈服點(diǎn)作為材料的屈服強(qiáng)度。對(duì)于沒有明顯屈服現(xiàn)象的材料，可取某一規(guī)定延伸強(qiáng)度作為材料的屈服強(qiáng)度。 單晶體的屈服強(qiáng)度從理論上講與使位錯(cuò)開動(dòng)的臨界分切應(yīng)力有關(guān)，其值由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的各種阻力決定。這些阻力主要是點(diǎn)陣阻力，位錯(cuò)間交互作用產(chǎn)生的阻力，位錯(cuò)與其它晶體缺陷交互作用的阻力等。一般來說，位錯(cuò)密度增加，臨界切應(yīng)力也增

20、加，所以屈服強(qiáng)度隨之提高。 就多晶體而言，其屈服強(qiáng)度除了受各組成單晶的屈服強(qiáng)度影響外，還與各種界面阻力有關(guān)。根據(jù)HallPetch關(guān)系，屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系式為：通常ky為正值，即細(xì)化晶粒可提高材料的屈服強(qiáng)度，增大塑性抗力屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度標(biāo)志著材料對(duì)起始塑性變形的抗力，是材料的一個(gè)屈服強(qiáng)度上屈服點(diǎn)屈服平臺(tái)下屈服點(diǎn)呂德斯（Lders）帶某些單相固溶體合金，特別是含有間隙原子的體心立方金屬（例如低碳鋼），它們的應(yīng)力應(yīng)變曲線，具有明顯的屈服現(xiàn)象。屈服現(xiàn)象屈服強(qiáng)度上屈服點(diǎn)某些單相固溶體合金，特別是含有間隙原子的體心屈服強(qiáng)度如果在屈服后一定塑性變形處卸載，隨即再次加載，則屈服平臺(tái)不再出現(xiàn)；若在卸載后

21、在室溫或較高溫度停留較長(zhǎng)時(shí)間后再次加載，則屈服平臺(tái)重現(xiàn)，且新的屈服平臺(tái)高于卸載時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。 AB應(yīng)變時(shí)效科垂耳（Cottrell）氣團(tuán)“釘扎”理論位錯(cuò)增殖理論屈服強(qiáng)度如果在屈服后一定塑性變形處卸載，隨即再次加載，則屈服屈服強(qiáng)度 材料的屈服強(qiáng)度既受晶內(nèi)成分、組織的影響，又受晶粒尺寸、晶界組織的影響，而且還與諸多外部因素如溫度、變形速率和應(yīng)力狀態(tài)等有密切關(guān)系。所以材料的屈服強(qiáng)度是一個(gè)組織成分敏感的不穩(wěn)定的力學(xué)性能指標(biāo)。 屈服強(qiáng)度的影響因素1、成分結(jié)構(gòu)的影響2、溫度的影響3、加載速度（變形速度）的影響4、應(yīng)力狀態(tài)的影響塑性變形是位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，凡影響位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)

22、的各種因素必然影響屈服強(qiáng)度；實(shí)際材料的力學(xué)行為是由許多晶粒綜合作用的結(jié)果，因此必須考慮晶界、相鄰晶粒的約束；各種外界因素通過影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而影響屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度 材料的屈服強(qiáng)度既受晶內(nèi)成分、組織的影響屈服強(qiáng)度1、成分結(jié)構(gòu)的影響材料的成分結(jié)構(gòu)是影響其屈服強(qiáng)度的內(nèi)在因素，這包括化學(xué)成分、原子本性、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒大小、組織分布以及各種材料缺陷。其中，點(diǎn)陣阻力是決定屈服強(qiáng)度的根本因素，而位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中受到的各種阻力是影響屈服強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。點(diǎn)陣阻力與原子間結(jié)合鍵的性質(zhì)密切相關(guān)，可表示為派-納力晶體中的各種缺陷如點(diǎn)缺陷、其他位錯(cuò)、晶粒間界，以及固溶元素和第二相質(zhì)點(diǎn)等，對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生阻力，這就使得

23、屈服強(qiáng)度不同于彈性模量，表現(xiàn)為對(duì)組織結(jié)構(gòu)非常敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，與材料中的各種缺陷分布密切相關(guān)。但也正是因?yàn)槿绱?，才可以合理地利用這些因素給位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)設(shè)置障礙，從而提高材料抵抗塑性形變的能力。因此這也就成為強(qiáng)化材料的主要手段，例如：形變強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化（細(xì)晶強(qiáng)化）、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化（包括沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化）等。屈服強(qiáng)度1、成分結(jié)構(gòu)的影響材料的成分結(jié)構(gòu)是影響其屈服強(qiáng)度的內(nèi)屈服強(qiáng)度一般來說，對(duì)于絕大多數(shù)材料，溫度升高，屈服強(qiáng)度降低。通常有以下兩方面的原因:一是隨溫度上升原子熱振動(dòng)增大，點(diǎn)陣間距增加，彈性模量下降，晶格對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力也下降；二是溫度上升后阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素可借熱激活和原子擴(kuò)散等過

24、程得到克服。不同的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)溫度的敏感性也不同 。 2、溫度的影響屈服強(qiáng)度一般來說，對(duì)于絕大多數(shù)材料，溫度升高，屈服強(qiáng)度降低。屈服強(qiáng)度材料的屈服一般取決于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與原子擴(kuò)散有關(guān)，因而必然受到變形速度的影響。通常，加載速度增大，擴(kuò)散來不及充分進(jìn)行，這將引起屈服強(qiáng)度增大。3、加載速度（變形速度）的影響屈服強(qiáng)度材料的屈服一般取決于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與原子擴(kuò)散有屈服強(qiáng)度同一材料在不同加載方式下，屈服強(qiáng)度不同。這是因?yàn)橹挥星袘?yīng)力才會(huì)使材料發(fā)生塑性變形，而不同應(yīng)力狀態(tài)下，材料中某一點(diǎn)所受的切應(yīng)力分量與正應(yīng)力分量的比例不相同。切應(yīng)力分量愈大，愈有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度愈低。所以扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度比拉

25、伸屈服強(qiáng)度低，拉伸的又比彎曲的低，而三向不等拉伸下的屈服強(qiáng)度最高。 4、應(yīng)力狀態(tài)的影響屈服強(qiáng)度同一材料在不同加載方式下，屈服強(qiáng)度不同。這是因?yàn)橹挥行巫儚?qiáng)化 若材料在屈服后，要使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行，必須不斷增大應(yīng)力，即在真應(yīng)力真應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為應(yīng)力不斷上升，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。 作為近似，材料屈服后的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線可用Hollomon方程來表示： 嚴(yán)格來講，Hollomon方程所表示的是塑性變形階段的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線，在彈性階段仍應(yīng)以Hooke定律表示。 式中，為真應(yīng)力，為真應(yīng)變，n為形變強(qiáng)化指數(shù)，其值為0 n 1，K為強(qiáng)度系數(shù)，等于真應(yīng)變?yōu)?時(shí)的真應(yīng)力。n=1n=00n1當(dāng)n=1時(shí)Hollo

26、mon方程等同于Hooke定律，材料為理想彈性體。當(dāng)n0時(shí)K常數(shù)，材料在外力不增大的情況下可繼續(xù)塑性變形，是理想剛塑性體。材料的形變強(qiáng)化指數(shù)n一般介于0到1之間。n值愈大，材料對(duì)繼續(xù)塑性變形的抗力愈高。大多數(shù)金屬材料的n值介于0.10.5之間。形變強(qiáng)化 若材料在屈服后，要使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行，必須不形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化指數(shù)n是一個(gè)常用的材料參數(shù)，它表示材料抵抗塑性變形的能力。形變強(qiáng)化指數(shù)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，材料的強(qiáng)度愈高，n值愈低。n值與屈服強(qiáng)度近似地呈反比關(guān)系：ns常數(shù)。 形變強(qiáng)化指數(shù)n與形變強(qiáng)化率dS/de是不同的。Hollomon方程形變強(qiáng)化指數(shù)n反映了材料屈服后繼續(xù)變形時(shí)的形變強(qiáng)化情況，

27、它決定了開始發(fā)生頸縮時(shí)的最大應(yīng)力。另外根據(jù)頸縮判據(jù)式eb = n，即n決定了材料能夠產(chǎn)生的最大均勻應(yīng)變量，這一數(shù)值在冷加工成型工藝（如拉拔、擠壓等）中是很重要的。形變強(qiáng)化指數(shù)n大的材料，沖壓性能好，因?yàn)槠湫巫儚?qiáng)化效應(yīng)高，變形均勻，不易產(chǎn)生裂紋。形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化指數(shù)n是一個(gè)常用的材料參數(shù)，它表示材料抵抗塑形變強(qiáng)化表示材料最大塑性的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)包括兩部分:均勻變形（均勻伸長(zhǎng)率b或均勻斷面收縮率b）集中變形（n或n） 大多數(shù)形成縮頸的塑性材料，均勻變形量比集中變形量要小很多，一般不超過集中變形量的50%。許多鋼材的均勻塑性變形量只占集中變形量的5%10%，鋁和硬鋁占18%20%，黃銅占35%45%

28、。 材料的形變強(qiáng)化是靠犧牲其塑性韌性得以實(shí)現(xiàn)的。隨著預(yù)先塑性變形量的增大，材料的彈性極限和屈服強(qiáng)度提高，但同時(shí)其塑性韌性卻有所下降。因此形變強(qiáng)化能力是有一定限度的，這可通過形變強(qiáng)化容量以及屈強(qiáng)比來衡量。1、形變強(qiáng)化容量均勻伸長(zhǎng)率或均勻斷面收縮率的大小表征材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的能力。還包含著材料利用形變獲得強(qiáng)化的可能性大小，所以稱為形變強(qiáng)化容量。如果b非常?。╞0），則這種材料不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形，就沒有形變強(qiáng)化現(xiàn)象。b越大，表示這種材料通過形變獲得強(qiáng)化的可能性大。奧氏體鋼，特別是形變時(shí)伴有物理化學(xué)性能變化的含錳奧氏體鋼、奧氏體鉻鎳鋼以及黃銅、青銅等，它們的b值較大，達(dá)50%60%，因而這些材料的形變強(qiáng)化現(xiàn)象特別顯著。 形變強(qiáng)化表示材料最大塑性的力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)包括兩部分: 形變強(qiáng)化材料的形變強(qiáng)化是靠犧牲其塑性韌性得以實(shí)現(xiàn)的。隨著預(yù)先塑性變形量的增大，材料的彈性極限和屈服強(qiáng)度提高，但同時(shí)其塑性韌性卻有所下降。因此形變強(qiáng)化能力是有一定限度的，這可通過形變強(qiáng)化容量以及屈強(qiáng)比來衡量。材料屈服強(qiáng)度