第03章-第06節(jié)-真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線

第三章金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)應(yīng)力分析第二節(jié)應(yīng)變分析第三節(jié)平面問題和軸對(duì)稱問題第四節(jié)屈服準(zhǔn)則第五節(jié)塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系第六節(jié)真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線第六節(jié)真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線單向均勻拉伸或壓縮實(shí)驗(yàn)是反映材料力學(xué)行為的基本實(shí)驗(yàn)。一般材料在進(jìn)入塑性狀態(tài)之后，繼續(xù)變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)化，則屈服應(yīng)力不斷變化，即為后繼屈服應(yīng)力。流動(dòng)應(yīng)力泛指屈服應(yīng)力，用Y表示，它既包括初始屈服應(yīng)力，也包括后繼屈服應(yīng)力。流動(dòng)應(yīng)力又稱真實(shí)應(yīng)力，其數(shù)值等于試樣瞬時(shí)橫斷面上的實(shí)際應(yīng)力，它是金屬塑性加工變形抗力的指標(biāo)。材料開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力即為屈服應(yīng)力。將各種變形條件下的流動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律表達(dá)為真實(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，即真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變的關(guān)系曲線。真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線一般由實(shí)驗(yàn)確定。因此，其實(shí)質(zhì)上可以看成是塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系。一、基于拉伸實(shí)驗(yàn)確定真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線條件：室溫，應(yīng)變速率<10-3/s，退火狀態(tài)低碳鋼，準(zhǔn)靜力拉伸試驗(yàn)1、標(biāo)稱應(yīng)力（名義應(yīng)力、條件應(yīng)力）-應(yīng)變曲線標(biāo)稱應(yīng)力：相對(duì)線應(yīng)變：P——拉伸載荷；A0——試樣原始橫截面積l0——試樣標(biāo)距的原始長(zhǎng)度Δl——試樣標(biāo)距的伸長(zhǎng)量真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線：

產(chǎn)生縮頸后，雖然載荷下降，但橫截面面積急劇下降，所以標(biāo)稱應(yīng)力σ并不反映單向拉伸時(shí)試樣橫截面上的實(shí)際應(yīng)力。同樣，相對(duì)應(yīng)變也并不反映單向拉伸變形瞬時(shí)的真實(shí)應(yīng)變，因試樣標(biāo)距長(zhǎng)度存拉伸變形過程中是不斷變化的。所以，標(biāo)稱應(yīng)力—應(yīng)變曲線不能真實(shí)地反映材料在塑性變形階段的力學(xué)特征。2、真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（1）真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線分類真實(shí)應(yīng)力，簡(jiǎn)稱真應(yīng)力，也就是瞬時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力Y真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為三類：真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線：（3）真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的繪制①Y-ε曲線，Y-ψ曲線：以σ-ε曲線為基礎(chǔ)Y-ε曲線：Y-ψ曲線：由及算出Y、ψ②Y-∈曲線影響真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線的因素有材料本身的特性、變形溫度、變形速度等，因此，實(shí)驗(yàn)是一定的材料在一定的變形條件下進(jìn)行的。一般如不加說明，則是在室溫、靜載變形速度下進(jìn)行。方法步驟：a．求出屈服點(diǎn)σs(一般略去彈性變形)b．找出均勻塑性變形階段各瞬間的真實(shí)應(yīng)力Y和對(duì)數(shù)應(yīng)變∈或(從c點(diǎn)到b點(diǎn)按上式,注意b點(diǎn)載荷為Pmax）A.由拉伸圖作Y-∈曲線c.找出斷裂時(shí)的真實(shí)應(yīng)力Yk'及其對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)應(yīng)變∈k'或Ak'—試樣斷裂處的橫截面面積（直接測(cè)量出）。d.在Y-∈坐標(biāo)平面內(nèi)確定出Y-∈曲線(未修正)。B.由σ-ε曲線作Y-∈曲線oc段：幾乎無差別cb段：bk段：一般測(cè)出b‘、k’兩點(diǎn)的面積，算出Y和∈，將兩點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來。討論：a．在均勻塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變沿整個(gè)試件均勻分布，由于因此，有在縮頸點(diǎn)：說明在這階段中，真實(shí)應(yīng)力Y大于條件應(yīng)力σ（Y-∈曲線高于σ-ε曲線）。b．在集中塑性變形階段，由于塑性變形發(fā)生在某一局部，形成縮頸。這時(shí)，條件應(yīng)力—應(yīng)變曲線與真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線有明顯的區(qū)別。由于出現(xiàn)縮頸，P下降，A也下降，且A下降的速率要比P下降快得多，因而Y總是隨變形程度增加而增加的，這正是硬化的作用，所以在曲線中無極值點(diǎn)。因此，真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線也稱硬化曲線。（4）真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的修正表面在縮頸處出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)。中心由Mises屈服準(zhǔn)則：所以：表面內(nèi)部愈接近中心，愈大由于縮頸，即形狀變化而產(chǎn)生應(yīng)力升高的現(xiàn)象稱形狀硬化。在未修正的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，b'k'段的Y只是一個(gè)平均值。用Siebel等提出的公式進(jìn)行修正二、基于壓縮實(shí)驗(yàn)和軋制實(shí)驗(yàn)確定真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線1．基于圓柱壓縮實(shí)驗(yàn)確定真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線拉伸Y-∈曲線受塑性失穩(wěn)的限制，精度較低，∈<0.3,實(shí)際塑性成形變形量較大，如鍛造≤1.6,反擠≤2.5，拉伸試驗(yàn)曲線不夠用。需要壓縮Y-∈曲線。壓縮試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：∈壓>>1還是均勻變形，∈可達(dá)到2或更大，如∈銅=3.9缺點(diǎn)：摩擦措施：充填潤(rùn)滑劑真實(shí)應(yīng)力的計(jì)算或?qū)?shù)應(yīng)變?cè)嚇佣嗣孳嚋喜刍驕\坑，保存潤(rùn)滑劑，如石臘等。不開槽或坑，用聚四氟乙烯薄膜2、基于軋制實(shí)驗(yàn)確定真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線

對(duì)于板料、可采用軋制壓縮(即平面應(yīng)變壓縮)實(shí)驗(yàn)的方法來求得真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線。板料寬度W、厚度h，錘頭寬度b壓應(yīng)力（Wb為常數(shù)）2方向（W方向）無應(yīng)變∈2=0潤(rùn)滑（無摩擦）按σ1>σ2>σ3,排列，σ1=0換算：σ1=0，σ3=p,∈2=0,σ2=p/2記錄下p和∈3，按上式算出和，畫出曲線。在單向應(yīng)力狀態(tài)下，由于可將p和∈3換算成單向壓縮狀態(tài)時(shí)的Y和∈，得出單向壓縮時(shí)的Y~∈曲線三、真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化及其所似數(shù)學(xué)表達(dá)式1、冪指數(shù)硬化曲線(冪強(qiáng)化）用指數(shù)方程表示或B——強(qiáng)度系數(shù)n——硬化指數(shù)（0≤n≤1)2、有初始屈服應(yīng)力的剛塑性硬化曲線

(剛塑性指數(shù)硬化）有初始屈服應(yīng)力時(shí)（忽略彈性變形）或3、有初始屈服應(yīng)力的剛塑性硬化直線

(剛塑性直線硬化）為簡(jiǎn)化，用直線代替曲線或4、無加工硬化的水平直線（理想剛塑性）對(duì)幾乎不產(chǎn)生硬化的材料，n=0或5、理想彈塑性分兩段：6、彈塑性硬化分兩段：——硬化模量四、變形溫度和變形速度對(duì)真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響1、變形溫度對(duì)真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響隨變形溫度的提高，使流動(dòng)應(yīng)力(真實(shí)應(yīng)力Y）下降。其原因：1)隨著溫度升高，發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，即所謂軟化作用，可消除和部分消除應(yīng)變硬化現(xiàn)象；2)隨著溫度升高，原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，動(dòng)能增大，原子間結(jié)合力減弱，使臨界切應(yīng)力降低；3)隨著溫度的升高，材料的顯微組織發(fā)生變化，可能由多相組織變?yōu)閱蜗嘟M織。2、變形速度對(duì)真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響速度增加→位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加快→需要更大的切應(yīng)力→流動(dòng)應(yīng)力提高速度增加→硬化得不到恢復(fù)→流動(dòng)應(yīng)力提高但如果速度很大→溫度效應(yīng)大→流動(dòng)應(yīng)力降低在冷變形時(shí)，溫度效應(yīng)顯著，強(qiáng)化被軟化所抵消，最終表現(xiàn)出