上海大學(xué)材料基礎(chǔ)史文老師

金屬強(qiáng)度理論現(xiàn)在是1頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論材料在力作用下發(fā)生變形彈性變形、塑性變形、粘性變形強(qiáng)度是材料對(duì)變形的抵抗能力現(xiàn)在是2頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性變形塑性變形強(qiáng)化方式回復(fù)、再結(jié)晶塑性加工方法現(xiàn)在是3頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性變形本質(zhì)特點(diǎn)彈性模量現(xiàn)在是4頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性變形本質(zhì)原子作用勢(shì)的不對(duì)稱性r0處原子作用合力為零，勢(shì)（位）能最低，平衡現(xiàn)在是5頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性變形特點(diǎn)和描述可逆線性（Hooke定律）在正應(yīng)力下：σ=Eε在切應(yīng)力下：τ=G。E為正變彈性模量，G為切變彈性模量G=E/2(1-ν)ν稱為泊松比，金屬的ν=0.3~0.35變形量小現(xiàn)在是6頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性模量彈性模量是材料結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志之一離子晶體、共價(jià)晶體的結(jié)合能最大，約幾千kJ/mol金屬晶體以過渡元素為最大，約400~800kJ/molCu,Ag,Au約300~350kJ/mol堿金屬約80~160kJ/mol范德瓦爾斯鍵的結(jié)合能最小，只有幾十kJ/mol

現(xiàn)在是7頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

不同材料的E值（單位：10000MPa）鋼：20～21.4鑄鐵：17.3~19.4銅及合金：10.5~15.3鋁及合金：7～8.1金剛石：102橡膠：0.001~0.01現(xiàn)在是8頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性模量工程上，彈性模量是材料剛度的度量外力一定，則E大，剛度大，彈性變形量小鋼的E為鋁的3倍，故鋼的彈性變形為鋁的1/3現(xiàn)在是9頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性模量影響因素原子結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是10頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論彈性模量影響因素原子結(jié)構(gòu)：具有周期性，過渡族元素E大組織不敏感：熱處理不改變E溫度：T升高，E下降變形：冷變形有可能使E下降合金元素：少量不改變E現(xiàn)在是11頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形宏觀描述微觀描述現(xiàn)在是12頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形的宏觀描述工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線塑性和強(qiáng)度真應(yīng)力和真應(yīng)變現(xiàn)在是13頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形的宏觀描述工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線伸長(zhǎng)－載荷（力）曲線現(xiàn)在是14頁\一共有78頁\編輯于星期三工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力＝載荷/試樣原始橫截面積（MPa=N/mm2)應(yīng)變＝伸長(zhǎng)量/原始長(zhǎng)度現(xiàn)在是15頁\一共有78頁\編輯于星期三現(xiàn)在是16頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

彈性變形應(yīng)力/應(yīng)變＝常數(shù)塑性變形應(yīng)力/應(yīng)變≠常數(shù)現(xiàn)在是17頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

強(qiáng)度材料在外力作用下對(duì)變形的抵抗能力σs屈服強(qiáng)度對(duì)永久變形的抗力σb抗拉強(qiáng)度對(duì)斷裂的抗力現(xiàn)在是18頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

強(qiáng)度彈性極限屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度現(xiàn)在是19頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力塑性指標(biāo)：延伸率（δ）＝伸長(zhǎng)量/原始長(zhǎng)度截面收縮率＝截面積差/原始截面積現(xiàn)在是20頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性指標(biāo)：均勻延伸率斷裂延伸率現(xiàn)在是21頁\一共有78頁\編輯于星期三彈性、塑性和強(qiáng)度

塑性保證了材料或零件在偶然過載時(shí)的安全性塑性保證了一些成形工藝（冷軋、冷彎、校直等）和修復(fù)工藝的進(jìn)行現(xiàn)在是22頁\一共有78頁\編輯于星期三真應(yīng)力與真應(yīng)變真應(yīng)力σT＝載荷/試樣瞬時(shí)橫截面積真應(yīng)變?chǔ)臫＝伸長(zhǎng)量/瞬時(shí)總長(zhǎng)度σT=σ(1+ε)εT=ln(1+ε)小應(yīng)變時(shí)σT=σ(1+ε)≈σεT=ln(1+ε)≈ε現(xiàn)在是23頁\一共有78頁\編輯于星期三工程應(yīng)力應(yīng)變曲線與真應(yīng)力真應(yīng)變曲線

現(xiàn)在是24頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形的細(xì)（微）觀描述塑性變形與滑移塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)其他塑性變形方式現(xiàn)在是25頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移現(xiàn)在是26頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移現(xiàn)在是27頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與滑移現(xiàn)在是28頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論晶體的理論切應(yīng)力與實(shí)驗(yàn)值的比較（單位：MPa）金屬理論切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值切變模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700α-Fe110002.7568950Mg26300.39316400現(xiàn)在是29頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在是30頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在是31頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)在切應(yīng)力的作用下，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至晶體表面，產(chǎn)生塑性變形使位錯(cuò)開始運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力，就是使晶體開始塑性變形的應(yīng)力，即屈服強(qiáng)度現(xiàn)在是32頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)τ=F/A0cos

λcosφ當(dāng)τ

>τc

,位錯(cuò)開動(dòng)，則

F/A0=τc/cosλcosφ

或σS=τc/cosλcosφτc臨界分切應(yīng)力cosλcosφ施密特因子現(xiàn)在是33頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

c＝scoscos

c取決于金屬的本性，不受，的影響

s取決于coscos或＝90時(shí)，s＝

；，＝45時(shí)，s最小，晶體易滑移取向因子：coscos軟取向：值大；硬取向：值小?，F(xiàn)在是34頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論其他塑性變形方式－－孿生現(xiàn)在是35頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論其他塑性變形方式－－孿生現(xiàn)在是36頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與強(qiáng)度和塑性位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，產(chǎn)生強(qiáng)度位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體，產(chǎn)生塑性現(xiàn)在是37頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論金屬強(qiáng)化方式阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高金屬強(qiáng)度各種缺陷均阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)通常，提高強(qiáng)度伴隨塑性下降現(xiàn)在是38頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)固溶強(qiáng)化屈服現(xiàn)象現(xiàn)在是39頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子和位錯(cuò)的交互作用，使強(qiáng)度上升，塑性下降釘扎位錯(cuò)造成點(diǎn)陣畸變影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在是40頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論點(diǎn)缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)固溶強(qiáng)化純鐵中間隙原子碳和氮的存在，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，由此提高了鐵的強(qiáng)度、硬度，但塑性下降現(xiàn)在是41頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論固溶強(qiáng)化現(xiàn)在是42頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論固溶強(qiáng)化純鐵抗拉強(qiáng)度：200MPa淬火0.2%C鋼：1000MPa現(xiàn)在是43頁\一共有78頁\編輯于星期三

無間隙原子鋼（Interstitial-Free鋼）極低的碳、氮含量，再加入鈦、鈮等微量合金元素，有極好的成形性現(xiàn)在是44頁\一共有78頁\編輯于星期三

固溶強(qiáng)化一定量的碳、氮含量，加入價(jià)廉的硅、錳元素，強(qiáng)度水平為440MPa現(xiàn)在是45頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論屈服現(xiàn)象鐵素體中的C、N間隙原子釘扎位錯(cuò)（柯氏氣團(tuán)）現(xiàn)在是46頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論屈服現(xiàn)象鐵素體中的C、N間隙原子釘扎位錯(cuò)（柯氏氣團(tuán)）現(xiàn)在是47頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加工硬化（形變強(qiáng)化）劇烈冷加工的晶體ρs

=

1016m-2充分退火的金屬晶體ρs

=

108～1012m-2精心制備超純半導(dǎo)體ρs=106m-2現(xiàn)在是48頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加工硬化現(xiàn)在是49頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論線缺陷阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加工硬化奧氏體不銹鋼未變形的強(qiáng)度：600MPa40％變形后：800～1000MPa現(xiàn)在是50頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)室溫高溫現(xiàn)在是51頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在是52頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論面缺陷（晶界）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)細(xì)晶強(qiáng)化（Hall-Petch公式）σs=σ0+Kd-1/2

現(xiàn)在是53頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)析出強(qiáng)化位錯(cuò)繞過第二相粒子現(xiàn)在是54頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)繞過第二相粒子現(xiàn)在是55頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論體缺陷（第二相）阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)切過第二相粒子現(xiàn)在是56頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒拉長(zhǎng);1形成纖維組織雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布?，F(xiàn)在是57頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。

絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成）（2）類型板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時(shí)形成）

現(xiàn)在是58頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響2形成形變織構(gòu)力學(xué)性能：利:深沖板材變形控制;弊：制耳。（3）對(duì)性能的影響(各向異性)

物理性能:硅鋼片{100}[100]織構(gòu)可減少鐵損。

現(xiàn)在是59頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響3形成位錯(cuò)胞變形量位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)胞（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。)現(xiàn)在是60頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

二對(duì)性能的影響1對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。現(xiàn)在是61頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

二對(duì)性能的影響

1對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）

強(qiáng)化金屬的重要途徑；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保證。弊變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；脆斷危險(xiǎn)性提高。

現(xiàn)在是62頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

二對(duì)性能的影響

2對(duì)物理、化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；化學(xué)活性提高，腐蝕加快。

現(xiàn)在是63頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

三

殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）

第一類殘余應(yīng)力（Ⅰ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物體變形不均勻引起。1分類

第二類殘余應(yīng)力（Ⅱ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。

第三類殘余應(yīng)力（Ⅲ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空位等引起。80-90%。Ⅰ現(xiàn)在是64頁\一共有78頁\編輯于星期三塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

三

殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）

利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。2利弊

弊：引起變形、開裂,如黃銅彈殼的腐蝕開裂。

3消除：去應(yīng)力退火。6h現(xiàn)在是65頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶冷變形后加熱發(fā)生的組織變化現(xiàn)在是66頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶現(xiàn)在是67頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶冷變形后性能現(xiàn)在是68頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶現(xiàn)在是69頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論回復(fù)、再結(jié)晶性能變化1力學(xué)性能回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降,塑性繼續(xù)提高，粗化嚴(yán)重時(shí)下降。2物理性能密度:在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降?，F(xiàn)在是70頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論再結(jié)晶再結(jié)晶是形變金屬加熱到一定溫度后形成新的無畸變晶粒并消耗掉冷加工的畸變晶粒而形核和長(zhǎng)大的過程。

現(xiàn)在是71頁\一共有78頁\編輯于星期三金屬強(qiáng)度理論再結(jié)晶