材料力學(xué)性能-第三章塑性變形

1、材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.1 金屬材料塑性變形機(jī)制及特點(diǎn)金屬材料塑性變形機(jī)制及特點(diǎn) 1、各晶粒塑性變形的非同時(shí)性和不均一性2、各晶粒塑性變形的相互制約性與協(xié)調(diào)性材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.2 屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形3.2.1 物理屈服現(xiàn)象3.2.2 屈服現(xiàn)象的本質(zhì) 位錯(cuò)增殖理論低碳鋼的物理屈服點(diǎn)及屈服傳播3.2.3 應(yīng)變時(shí)效材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形如果在屈服后一定塑性變形處卸載，隨即再拉伸加載，則屈服現(xiàn)象不再出現(xiàn)，若在卸載后在室溫或較高溫度停留較長(zhǎng)時(shí)間后再拉伸，即物理屈服現(xiàn)象重現(xiàn)、且新的屈服平臺(tái)高于卸載時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變

2、時(shí)效。應(yīng)變時(shí)效。3.3 真應(yīng)力應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律真應(yīng)力應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律真應(yīng)力真應(yīng)變加線可用Hollomon方程來(lái)表示： K強(qiáng)化系數(shù)；n應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)。由上式可知，n值越大，材料對(duì)繼續(xù)塑性變形得抗力愈高。大多數(shù)金屬材料的應(yīng)變硬化系數(shù)為0.050.5之間。應(yīng)變強(qiáng)化速率與n意義的區(qū)別：材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形nKSlnlnlnnKSKSn材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形SnddSSddSdSdnndSdlnlnlnln應(yīng)變硬化速率 在相同變形量的情況下，n越大，加工硬化速率也高。3.3.2 頸縮條件分析頸縮是預(yù)示材料斷裂的危險(xiǎn)信號(hào)。材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形出現(xiàn)頸縮時(shí)正是負(fù)荷變形曲線

3、上的最大載荷處。應(yīng)有：0dFSdSAdASdAAdSASddF0)(又按體積不變定理：dldlAdAldAAdlVlA0故有：材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形SddS上式就是頸縮條件。當(dāng)加工硬化速率等于該處的真應(yīng)力時(shí)，就開(kāi)始頸縮。dS/dS時(shí)，硬化作用明顯；dS/d2，即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力，所以在這種加載方式下幾乎所有金屬材料都會(huì)發(fā)生塑性變形，而起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形的抗力(即形變強(qiáng)化能力)就直接決定壓 入硬度值的大小。1、布氏硬度布氏硬度 材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形布氏硬度試驗(yàn)的基本原理 在直徑D的鋼珠（淬火鋼或硬質(zhì)合金球）上，加一定負(fù)荷P，壓入被試金屬的表面，保持規(guī)定時(shí)

4、間卸除壓力，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積F凹計(jì)算出應(yīng)力值，以此值作為硬度值大小的計(jì)量指標(biāo)。)(2,22dDDDPDhPSPHBWHBS2、布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程、布氏硬度試驗(yàn)規(guī)程材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形 布氏硬度試驗(yàn)的基本條件是負(fù)荷P和鋼球直徑D必須事先確定，這樣所得數(shù)據(jù)才能進(jìn)行比較。 壓痕直徑d和鋼球直徑D的比值也不能太大或太小，否則所得HB值失真，只有二者的比值在一定范圍(0.2Dd450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測(cè)數(shù)據(jù)的正確性，因此不能使用。由于壓痕較大，不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗(yàn)，也不宜于薄件試驗(yàn)。此外，因需測(cè)量d值，故被測(cè)處要求平穩(wěn)，操 作和測(cè)量都需較長(zhǎng)時(shí)

5、間，故在要求迅速檢定大量成品時(shí)不適合。2、洛氏硬度、洛氏硬度 材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度的測(cè)量原理洛氏硬度是以壓痕陷凹深度作為計(jì)量硬度值的指標(biāo)。洛氏硬度的壓頭分硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)的由頂角為120的金鋼石圓錐體制成，適于測(cè)定淬火鋼材等較硬的金屬材料；軟質(zhì)的為直徑1/16“(1.5875mm)或1/8”(3.175mm)的鋼球，適于退火鋼、有色金屬等較軟材料硬度值的測(cè)定。洛氏硬度所加負(fù)荷根據(jù)被試金屬本身硬軟不等作不同規(guī)定，隨不同壓頭和所加不同負(fù)荷的搭配出現(xiàn)了各種稱號(hào)的洛氏硬度級(jí)。生產(chǎn)上用得最多的是A級(jí)、B級(jí)和C級(jí)，即HRA(金鋼石圓錐壓頭、60kgf負(fù)荷)，HRB(1/16鋼球壓頭、

6、100kgf負(fù)荷)和HRC(金鋼石圓錐壓頭、150kgf負(fù)荷)，而其中又以HRC用得最普遍。洛氏硬度的測(cè)量方法洛氏硬度的測(cè)量方法材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度試驗(yàn)過(guò)程示意圖洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問(wèn)題； 2)壓痕小，不傷工件表面； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗(yàn)。 缺點(diǎn)是：用不同硬度級(jí)測(cè)得的硬度值無(wú)法統(tǒng)一起來(lái)，無(wú)法進(jìn)行比較。維氏硬度維氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形維氏硬度

7、試驗(yàn)法開(kāi)始于1925年。維氏硬度的測(cè)定原理和布氏硬度相同,也是根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負(fù)荷，即應(yīng)力值作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)。所不同的是維氏硬度采用錐面夾角為136的四方角錐體，由金鋼石制成。采用四方角錐，是針對(duì)布氏硬度的負(fù)荷P和鋼球直徑D之間必須遵循P/D2為定值的這一制約關(guān)系的缺點(diǎn)而提出來(lái)的。采用了四方角錐，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)壓人角不變，因此負(fù)荷可以任意選擇，這是維氏硬度試驗(yàn)最主要的特點(diǎn)，也是最大的優(yōu)點(diǎn)。材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形228544. 12136sin2dPdPHV維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)維氏硬度的優(yōu)缺點(diǎn)材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形不存在布氏那種負(fù)荷P和壓頭直徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓

8、頭變形問(wèn)題；也不存在洛氏那種硬度值無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)題；它和洛氏一樣可以試驗(yàn)任何軟硬的材料，并且比洛氏能更好地測(cè)試極薄件(或薄層)的硬度此外洛氏由于是以壓痕深度為計(jì)量指標(biāo)，而壓痕深度總比壓痕寬度要小些，故其相對(duì)誤差也越大些。維氏硬度試驗(yàn)具有另外兩種試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)而摒棄了它們的缺點(diǎn)，此外還有它本身突出的特點(diǎn)負(fù)荷大小可任意選擇。唯一缺點(diǎn)是硬度值需通過(guò)測(cè)量對(duì)角線后才能計(jì)算(或查表)出來(lái)，因此生產(chǎn)效率沒(méi)有洛氏高。4、顯微硬度、顯微硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形前面介紹的三種硬度試驗(yàn)法由于測(cè)定載荷較大，只能測(cè)得材料組織的平均硬度值。 測(cè)定極小范圍內(nèi)物質(zhì)的硬度或者研究擴(kuò)散層組織、偏析相、硬化層深度以及極薄板等等

9、、陶瓷等脆性材料的硬度就需要使用顯微硬度。所謂顯微硬度試驗(yàn)一般是指測(cè)試載荷小于2N力的硬度試驗(yàn)。常用的有顯微維氏硬度和努氏硬度二種。 顯微維氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形顯微維氏硬度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上就是小載荷的維氏硬度試驗(yàn)，其測(cè)試原理和維氏硬度拭驗(yàn)相同，故硬度值可用式(48)計(jì)算，并仍用符號(hào)HV表示。但由于測(cè)試載荷小，載荷與壓痕之間的關(guān)系就不一定像維氏硬度試驗(yàn)?zāi)菢臃蠋缀蜗嗨圃?。因此測(cè)試結(jié)果必須注明載荷大小，以便能進(jìn)行有效地比較：如340 HV0.1表示用1N的載荷側(cè)得的維氏顯微硬度為340而340HV0.05則是表示用0.05N的載荷測(cè)得的硬度為340。 努氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性

10、變形努氏壓頭是一菱形的金剛錐體，在縱向上錐體的頂角為172.5 ，橫向上錐體的頂角為130，壓痕的長(zhǎng)短對(duì)角線長(zhǎng)度之比約7：1，壓痕的深度約為其長(zhǎng)度的1/30。努氏硬度按以下公式計(jì)算:222.14LHK (1)在測(cè)量滲碳(或氮化)淬硬層的硬度分布時(shí)，努氏壓痕的排列與分布較維氏更緊湊； (2)在相同的對(duì)角線長(zhǎng)度下(努氏壓痕以長(zhǎng)對(duì)角線計(jì))，努氏壓痕的深度與面積只有維氏壓痕的15，這對(duì)測(cè)量薄層硬度，例如電鍍層特別適宜，而在測(cè)量脆性材料如玻璃，陶瓷的硬度時(shí)，在壓痕周圍不容易碎裂，因?yàn)閿嗔褍A向是和受應(yīng)力材料的體積成正比的，所以努氏硬度在些特定的場(chǎng)合下使用時(shí)更方便。5、肖氏硬度材料力學(xué)性能 第三章 塑性變形 肖氏硬度又叫回跳硬度其測(cè)定原理是將定重量的具有金剛石圓頭或鋼球的標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度h0自由下落到試件表面，然后由于試件的彈性變形使其回跳到某一高度h，用這