材料力學(xué)第一章(二)拉伸過程中的變形及力學(xué)性能指標(biāo)

1、1第一章、第一章、材料在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能材料在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能主講人：劉桂武主講人：劉桂武 江蘇大學(xué)材料學(xué)院江蘇大學(xué)材料學(xué)院 Email: 電話：電話：1595289892321、拉伸過程中的彈性變形拉伸過程中的彈性變形2、拉伸過程中的塑性變形拉伸過程中的塑性變形3、相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)第一章第一章( (二二) ) 知識(shí)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)3一、基本概念一、基本概念（1）彈性（彈性（elasticity）：是指物體（材料）：是指物體（材料）本身本身的一種特性，發(fā)生形的一種特性，發(fā)生形變后可以變后可以恢復(fù)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)的一種原來(lái)的狀態(tài)的一種性質(zhì)性質(zhì)。（2）彈性變形（彈

2、性變形（elastic deformation）：材料在：材料在外力外力作用下產(chǎn)生變形，作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后當(dāng)外力去除后恢復(fù)恢復(fù)其原來(lái)形狀，這種隨外力消失而消失的其原來(lái)形狀，這種隨外力消失而消失的變形變形。 （3）彈性模量（彈性模量（ elastic modulus，modulus of elasticity）：是表征材：是表征材料彈性的物理參數(shù)，料彈性的物理參數(shù)，是指是指材料在材料在彈性變形范圍內(nèi)彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變的，應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變的比值比值E=/，也是材料內(nèi)部，也是材料內(nèi)部原子之間結(jié)合力強(qiáng)弱原子之間結(jié)合力強(qiáng)弱的直接量度。的直接量度。4一、基本概念一、基本概念（4）剛

3、度（剛度（ stiffness）：指物體（固體）在：指物體（固體）在外力作用下抵抗變形外力作用下抵抗變形的的能力，可用使產(chǎn)生單位形變所需的外力值來(lái)量度。能力，可用使產(chǎn)生單位形變所需的外力值來(lái)量度。剛度越高，物體表剛度越高，物體表現(xiàn)越硬現(xiàn)越硬。（5）彈性比功（彈性比功（elastic specific work）： 表示材料表示材料吸收彈性變形功吸收彈性變形功的能力，彈性比能、應(yīng)變比能，決定于的能力，彈性比能、應(yīng)變比能，決定于彈性模量彈性模量和和彈性極限彈性極限（即（即材料材料由彈性變形過渡到彈由彈性變形過渡到彈-塑性變形時(shí)的應(yīng)力塑性變形時(shí)的應(yīng)力）。 （6）滯彈性（滯彈性（anelasticit

4、y）：在彈性范圍內(nèi)加快加載或卸載后，：在彈性范圍內(nèi)加快加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。5一、基本概念一、基本概念（7）循環(huán)彈性（循環(huán)彈性（cyclic elasticity）：在交變載荷（振動(dòng)）下材料：在交變載荷（振動(dòng)）下材料吸吸收不可逆變形功收不可逆變形功的能力。的能力。 （8）包申格效應(yīng)（包申格效應(yīng)（Bauschingers effect，Bauschinger effect）: 簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是經(jīng)過簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是經(jīng)過預(yù)先加載預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形后的金屬材料，產(chǎn)生少量塑性變形后的金屬材料，再再次進(jìn)行次進(jìn)行同向同向或或反向反向加載加載，會(huì)產(chǎn)

5、生，會(huì)產(chǎn)生殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（彈性極限或屈服極彈性極限或屈服極限限）增加增加或或降低降低的現(xiàn)象。其基本定量指標(biāo)是的現(xiàn)象。其基本定量指標(biāo)是包申格應(yīng)變包申格應(yīng)變，與金屬材料，與金屬材料中中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力變化有關(guān)。變化有關(guān)。（9）塑性變形（塑性變形（plastic deformation）：材料在外力作用下產(chǎn)生的：材料在外力作用下產(chǎn)生的永久不可恢復(fù)的變形永久不可恢復(fù)的變形。方式：滑移和孿生。方式：滑移和孿生。6一、基本概念一、基本概念 （10）屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)/屈服極限（屈服極限（yield point/yield limit）： 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象：拉伸試

6、驗(yàn)過程中，外力不增加（恒定）試樣仍能繼拉伸試驗(yàn)過程中，外力不增加（恒定）試樣仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)，或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后在外力不增加或上續(xù)伸長(zhǎng)，或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試驗(yàn)繼續(xù)伸長(zhǎng)變形的現(xiàn)象下波動(dòng)情況下，試驗(yàn)繼續(xù)伸長(zhǎng)變形的現(xiàn)象 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)/屈服極限屈服極限：呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料拉伸時(shí)，試樣在外呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料拉伸時(shí)，試樣在外力不增加（保持恒定）力不增加（保持恒定） 仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)的應(yīng)力仍然能繼續(xù)伸長(zhǎng)的應(yīng)力。 （11）應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化/形變強(qiáng)化（形變強(qiáng)化（strain hardening，strain strengthening）： 在材

7、料的拉伸在材料的拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)中，材料經(jīng)過屈服階段之后，又增強(qiáng)了壓縮實(shí)驗(yàn)中，材料經(jīng)過屈服階段之后，又增強(qiáng)了抵抗變形的能力。這時(shí)，要使材料繼續(xù)變形需要增大應(yīng)力。經(jīng)過屈服抵抗變形的能力。這時(shí)，要使材料繼續(xù)變形需要增大應(yīng)力。經(jīng)過屈服滑移之后，材料重新呈現(xiàn)抵抗繼續(xù)變形的能力，稱為應(yīng)變硬化滑移之后，材料重新呈現(xiàn)抵抗繼續(xù)變形的能力，稱為應(yīng)變硬化。 應(yīng)變硬化特性：金屬材料有一種應(yīng)變硬化特性：金屬材料有一種阻止繼續(xù)塑性變形阻止繼續(xù)塑性變形的能力。的能力。 塑性應(yīng)變是硬化的原因，硬化是塑性變形的結(jié)果。塑性應(yīng)變是硬化的原因，硬化是塑性變形的結(jié)果。7一、基本概念一、基本概念（12）塑性塑性（ plasticity

8、）：材料：材料斷裂前斷裂前發(fā)生塑性變形（不可逆永久變發(fā)生塑性變形（不可逆永久變形）的能力形）的能力 ，也即固體材料在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不，也即固體材料在外力作用下能穩(wěn)定地產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性破壞其完整性(不斷裂、不破損）的能力。不斷裂、不破損）的能力。 延展性延展性（ ductility）：材料經(jīng)受塑性變形而不破壞的能力。：材料經(jīng)受塑性變形而不破壞的能力。 金屬材料斷裂前的所產(chǎn)生的塑性變形由均勻塑性變形和集中塑性金屬材料斷裂前的所產(chǎn)生的塑性變形由均勻塑性變形和集中塑性變形兩部分構(gòu)成（沒有不均勻屈服塑性變形，因?yàn)橹挥械吞间摬攀悄欠N變形兩部分構(gòu)成（沒有不均勻屈服塑性變形，因?yàn)?/p>

9、只有低碳鋼才是那種應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線）。應(yīng)變曲線）。 塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)（ plasticity index ）： 斷后伸長(zhǎng)率（斷后伸長(zhǎng)率（） 斷面收縮率（斷面收縮率（ ）%100001LLL%100001AAA8一、基本概念一、基本概念（12）韌度韌度/韌性：韌性： 韌度韌度（ tenacity/toughness ）: 是度量材料韌性的力學(xué)性能是度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)指標(biāo)，其中又分為靜力、沖擊和斷裂韌度其中又分為靜力、沖擊和斷裂韌度（static 、impact、fracture toughness ）。 韌性韌性（ toughness ）：是材料的力學(xué)：是材料的力學(xué)性能性能，它是材料斷

10、裂前吸，它是材料斷裂前吸收塑性功和斷裂功的能力，或指材料收塑性功和斷裂功的能力，或指材料抵抗裂紋擴(kuò)展抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。的能力。 靜力韌度值：材料在靜拉伸時(shí)單位體積斷裂前所吸收的功，靜力韌度值：材料在靜拉伸時(shí)單位體積斷裂前所吸收的功，是強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)是強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)9二、知識(shí)點(diǎn)二、知識(shí)點(diǎn)10彈性變形彈性變形彈性變形及其實(shí)質(zhì)彈性變形及其實(shí)質(zhì)（1 1）彈性（）彈性（概念？概念？）變形表現(xiàn)：可逆性變形。不論是在加載期還是卸）變形表現(xiàn)：可逆性變形。不論是在加載期還是卸載期內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持載期內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持單值線性單值線性關(guān)系且彈性變形量比較小，關(guān)系且彈性變形量比較小，金屬

11、一般不超過金屬一般不超過0.5%1%，陶瓷一般低于，陶瓷一般低于0.1%（0.01%），高分子），高分子材料一般在材料一般在200% （1001000%）以上。）以上。（2）實(shí)質(zhì)：晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映實(shí)質(zhì)：晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。（3 3）解釋：雙原子模型）解釋：雙原子模型 當(dāng)原子間相互平衡因受力當(dāng)原子間相互平衡因受力而受到破壞時(shí)，原子的位置而受到破壞時(shí)，原子的位置必須作相應(yīng)的調(diào)整，即產(chǎn)生必須作相應(yīng)的調(diào)整，即產(chǎn)生位移，而位移，而原子的位移總和在原子的位移總和在宏觀上就表現(xiàn)為變形宏觀上就表現(xiàn)為變形。11彈性變形彈性變形胡克定律：胡克定律：用來(lái)表征材料或微小單元用

12、來(lái)表征材料或微小單元應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變之間關(guān)系的規(guī)律之間關(guān)系的規(guī)律，包括單向拉伸、剪切和扭曲、廣義，包括單向拉伸、剪切和扭曲、廣義。EyyEyyzxG)1 (2EG（1 1）簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律）簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律（a）單向拉伸）單向拉伸:（b）剪切）剪切:（c）扭轉(zhuǎn)）扭轉(zhuǎn):12彈性變形彈性變形胡克定律胡克定律（2 2）廣義的胡克定律）廣義的胡克定律 實(shí)際上機(jī)件的受力狀態(tài)都比較復(fù)雜，應(yīng)力往往是兩向或三向的。在實(shí)際上機(jī)件的受力狀態(tài)都比較復(fù)雜，應(yīng)力往往是兩向或三向的。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，用廣義胡克定律描述應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，用廣義胡克定律描述應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：)(1)(1)(12

13EE式中式中 1、 2、 3 主應(yīng)力；主應(yīng)力；1、 2、 3 主應(yīng)變主應(yīng)變 主應(yīng)力中有壓應(yīng)力時(shí)，則為負(fù)。主應(yīng)力中有壓應(yīng)力時(shí)，則為負(fù)。應(yīng)變?yōu)檎硎旧扉L(zhǎng)，為負(fù)表示縮短。應(yīng)變?yōu)檎硎旧扉L(zhǎng)，為負(fù)表示縮短。彈性變形彈性變形彈性模量彈性模量（1） 是表征材料彈性的物理參數(shù)，材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)是表征材料彈性的物理參數(shù)，材料在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變的比值（變的比值（ E=/ ），也是材料內(nèi)部），也是材料內(nèi)部原子之間結(jié)合力強(qiáng)弱原子之間結(jié)合力強(qiáng)弱的直接量度。的直接量度。（2）彈性模量的大小反應(yīng)了彈性模量的大小反應(yīng)了材料抵抗材料抵抗外力外力的能力的能力（3）工程上

14、彈性模量被稱為材料的工程上彈性模量被稱為材料的剛度剛度，表征材料表征材料對(duì)彈性對(duì)彈性變形變形的抗力的抗力，其值，其值越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小。越大，則在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小。 單晶表現(xiàn)出彈性各向異性，多晶各向同性（偽各向異性）。單晶表現(xiàn)出彈性各向異性，多晶各向同性（偽各向異性）。 彈性模量與原子間作用力（主要）和原子間距有關(guān)。原子間作用力取決于材彈性模量與原子間作用力（主要）和原子間距有關(guān)。原子間作用力取決于材料原子本性和晶格類型，故彈性模量主要取決于材料的料原子本性和晶格類型，故彈性模量主要取決于材料的原子本性原子本性和和晶格類型晶格類型。（4）合金化、熱處理、冷塑性變

15、形對(duì)彈性模量的影響不大，材料的彈性模量合金化、熱處理、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響不大，材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，外在因素的變化對(duì)它的影響也比較小是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，外在因素的變化對(duì)它的影響也比較小。彈性變形彈性變形彈性比功彈性比功（1）彈性比功表示材料）彈性比功表示材料吸收彈性變形功吸收彈性變形功的能力，又稱彈性比能、應(yīng)變比能。的能力，又稱彈性比能、應(yīng)變比能。（2）一般用）一般用材料開始塑性變形前體積吸收的最大彈性變形功材料開始塑性變形前體積吸收的最大彈性變形功表示。表示。材料材料拉伸拉伸時(shí)時(shí)的彈性比功用應(yīng)力的彈性比功用應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性變形階段下的面積表

16、示，即應(yīng)變曲線上彈性變形階段下的面積表示，即2eeee122E 分別為彈性比功分別為彈性比功ae，彈性極限，彈性極限e，和最大，和最大彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變e，所以材料的彈性比功取決于彈，所以材料的彈性比功取決于彈性模量和彈性極限（材料由彈性變形過渡性模量和彈性極限（材料由彈性變形過渡到彈到彈-塑性變形時(shí)的應(yīng)力）。塑性變形時(shí)的應(yīng)力）。e是表征材料是表征材料彈性的重要參量，彈性的重要參量，e值越高，材料的彈性越值越高，材料的彈性越好，越不容易產(chǎn)生塑性變形。好，越不容易產(chǎn)生塑性變形。彈性變形彈性變形滯彈性（彈性后效）滯彈性（彈性后效）（1）在彈性范圍內(nèi)在彈性范圍內(nèi)快速快速加載或卸載后，隨加載或卸載后，隨

17、時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。（2）彈性彈性/塑性塑性滯后環(huán)（在滯后環(huán)（在塑性區(qū)塑性區(qū)/彈性區(qū)彈性區(qū)的加載和卸載的加載和卸載線不重合，形成以封閉曲線）線不重合，形成以封閉曲線）（3）循環(huán)韌性（內(nèi)耗）：材料在）循環(huán)韌性（內(nèi)耗）：材料在塑性區(qū)塑性區(qū)/彈性區(qū)彈性區(qū)交變載交變載荷（振動(dòng)）下吸收的不可逆變形的能力荷（振動(dòng)）下吸收的不可逆變形的能力單向拉伸滯單向拉伸滯彈性彈性彈性變形彈性變形包申格包申格(Bauschinger)效應(yīng)效應(yīng)（1）材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變?yōu)樾危堄鄳?yīng)變?yōu)?4%），卸載后再），卸載后再同向同向加載加

18、載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（彈性極限或，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力（彈性極限或屈服強(qiáng)度）增加屈服強(qiáng)度）增加（的現(xiàn)象的現(xiàn)象），或，或反向加反向加載載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低（特別是彈，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低（特別是彈性極限在反向加載時(shí)幾乎降低到零）性極限在反向加載時(shí)幾乎降低到零）的的現(xiàn)象現(xiàn)象。（2）原因：包申格效應(yīng)與材料中位錯(cuò)運(yùn)）原因：包申格效應(yīng)與材料中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的阻力變化有關(guān)。動(dòng)所受的阻力變化有關(guān)。預(yù)先拉伸（應(yīng)變預(yù)先拉伸（應(yīng)變2)，屈服強(qiáng)度約為，屈服強(qiáng)度約為380MPa；再反向壓縮加載，壓縮屈；再反向壓縮加載，壓縮屈服服 強(qiáng)度僅為強(qiáng)度僅為100MPa左右左右彈性變形彈性變形包申格包申格(Bauschinger)

19、效應(yīng)效應(yīng)（3）度量包申格效應(yīng)的基本定量指標(biāo)是度量包申格效應(yīng)的基本定量指標(biāo)是包申格包申格應(yīng)變，應(yīng)變，它是指在給定應(yīng)力下，正向加載與反向它是指在給定應(yīng)力下，正向加載與反向加載兩應(yīng)力應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。加載兩應(yīng)力應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。（4）消除金屬材料包申格效應(yīng)的方法）消除金屬材料包申格效應(yīng)的方法:預(yù)先進(jìn)預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火。（5）包申格效應(yīng)的意義：包申格效應(yīng)的意義：（a）包申格效應(yīng)對(duì)于承受應(yīng)變疲勞載荷作用的機(jī)件在應(yīng)變疲勞過程中，每一周）包申格效應(yīng)對(duì)于承受應(yīng)變疲勞

20、載荷作用的機(jī)件在應(yīng)變疲勞過程中，每一周期內(nèi)都產(chǎn)生微量塑性變形，在反向加載時(shí)，微量塑性變形抗力期內(nèi)都產(chǎn)生微量塑性變形，在反向加載時(shí)，微量塑性變形抗力(規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力力)降低，顯示循環(huán)軟化現(xiàn)象。降低，顯示循環(huán)軟化現(xiàn)象。（b）對(duì)于預(yù)先經(jīng)受冷塑性變形的材料，如服役時(shí)受反向力作用，就要考慮微量）對(duì)于預(yù)先經(jīng)受冷塑性變形的材料，如服役時(shí)受反向力作用，就要考慮微量塑性變形抗力降低的有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態(tài)下使用就是這種塑性變形抗力降低的有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態(tài)下使用就是這種情況。情況。（c）利用包申格效應(yīng)，如薄板反向彎曲成型。拉撥的鋼棒經(jīng)過軋輥壓制變直等。）利用包申格效

21、應(yīng)，如薄板反向彎曲成型。拉撥的鋼棒經(jīng)過軋輥壓制變直等。 塑性變形塑性變形塑性變形的方式及特點(diǎn)塑性變形的方式及特點(diǎn) 材料宏觀塑性變形來(lái)源于微觀上大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。材料宏觀塑性變形來(lái)源于微觀上大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 （原子位移總和（原子位移總和表現(xiàn)表現(xiàn)變形）變形） 金屬（陶瓷？）材料常見的塑性變形方式為滑移和孿生金屬（陶瓷？）材料常見的塑性變形方式為滑移和孿生（材料科學(xué)基礎(chǔ)）（材料科學(xué)基礎(chǔ)）。 滑移是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面（滑移是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面（原子最密排面原子最密排面）和滑移方向（）和滑移方向（原子原子最密排方向最密排方向）進(jìn)行的切變過程。孿生也是材料在切應(yīng)力作用下的沿特定晶面）

22、進(jìn)行的切變過程。孿生也是材料在切應(yīng)力作用下的沿特定晶面和特定晶向進(jìn)行的一種塑性變形方式。和特定晶向進(jìn)行的一種塑性變形方式。 滑移系越多，材料的塑性越好?；葡翟蕉?，材料的塑性越好。 陶瓷材料（超塑性，溫度和加載速率密切相關(guān)陶瓷材料（超塑性，溫度和加載速率密切相關(guān)）由于多晶體材料存在著晶界，各晶粒的取向也不相同，多晶體材料的由于多晶體材料存在著晶界，各晶粒的取向也不相同，多晶體材料的塑性塑性變形特點(diǎn)變形特點(diǎn)：（1）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性（2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性塑性變形塑性變形屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度

23、）（1）金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的屈服現(xiàn)象是）金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的屈服現(xiàn)象是其開始其開始產(chǎn)生宏觀塑性變形產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志。的一種標(biāo)志。（2）屈服現(xiàn)象）屈服現(xiàn)象表現(xiàn)表現(xiàn)：在試驗(yàn)過程中，外力不增：在試驗(yàn)過程中，外力不增加（保持恒定）試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)（此時(shí)應(yīng)力為加（保持恒定）試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)（此時(shí)應(yīng)力為屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s）；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，）；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變隨后不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形。形。（3）用應(yīng)力表示的屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)就是表征用應(yīng)力表示的屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)就是表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力，即材

24、料對(duì)微量塑性變形的抗力，即屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度。屈服。屈服強(qiáng)度是金屬材料重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是工程強(qiáng)度是金屬材料重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的基本判據(jù)。上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的基本判據(jù)。上下屈服點(diǎn)上下屈服點(diǎn)屈服伸長(zhǎng)屈服伸長(zhǎng)屈服平臺(tái)屈服平臺(tái)/齒齒塑性變形塑性變形屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）（4）屈服現(xiàn)象有關(guān)因素）屈服現(xiàn)象有關(guān)因素 材料在變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度很小材料在變形前可動(dòng)位錯(cuò)密度很小(或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎住，如鋼中的位或雖有大量位錯(cuò)但被釘扎住，如鋼中的位錯(cuò)為雜質(zhì)原子或第二相質(zhì)點(diǎn)所訂扎錯(cuò)為雜質(zhì)原子或第二相質(zhì)點(diǎn)所訂扎)； 隨塑性變形發(fā)生，位

25、錯(cuò)能快速增殖；隨塑性變形發(fā)生，位錯(cuò)能快速增殖； 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系。（5）討論影響屈服強(qiáng)度因素時(shí)，必須注意：）討論影響屈服強(qiáng)度因素時(shí)，必須注意： 屈服變形是屈服變形是位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)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)的各種因素必的結(jié)果，凡影響位錯(cuò)增殖和運(yùn)動(dòng)的各種因素必然要影響屈服強(qiáng)度；然要影響屈服強(qiáng)度； 實(shí)際金屬材料的力學(xué)行為是由實(shí)際金屬材料的力學(xué)行為是由許多晶粒綜合作用許多晶粒綜合作用的結(jié)果，因此，要考慮晶的結(jié)果，因此，要考慮晶界、相鄰晶粒的約束、材料的化學(xué)成分以及第二相的影響；界、相鄰晶粒的約束、材料的化學(xué)成分以及第二相的影響；

26、 各種外界因素通過各種外界因素通過影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而影響屈服強(qiáng)度。而影響屈服強(qiáng)度。塑性變形塑性變形屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）屈服現(xiàn)象和屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）（6）影響屈服強(qiáng)度的因素）影響屈服強(qiáng)度的因素 內(nèi)在因素：內(nèi)在因素： 晶體本性及晶格類型；晶體本性及晶格類型； 晶粒大小晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)：減小晶粒尺寸，就增加晶界的影響，將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和亞結(jié)構(gòu)：減小晶粒尺寸，就增加晶界的影響，將增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)障礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使障礙的數(shù)目，減小晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度，使屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度提高（細(xì)晶強(qiáng)化）。提高（細(xì)晶強(qiáng)化）。 霍爾霍爾-派奇（派奇（Hall-Petch）公式：）公式： 溶

27、質(zhì)元素：固溶強(qiáng)化溶質(zhì)元素：固溶強(qiáng)化 第二相：彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化，其效果與其尺寸、形狀、數(shù)量以及與基體第二相：彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化，其效果與其尺寸、形狀、數(shù)量以及與基體之間的晶體學(xué)匹配和界面能等有關(guān)之間的晶體學(xué)匹配和界面能等有關(guān) 外在因素：外在因素： 溫度：溫度：一般溫度升高，屈服強(qiáng)度降低（溫度效應(yīng)）一般溫度升高，屈服強(qiáng)度降低（溫度效應(yīng)） 應(yīng)變速率：應(yīng)變速率：應(yīng)變速率硬化現(xiàn)象應(yīng)變速率硬化現(xiàn)象 應(yīng)力狀態(tài)：應(yīng)力狀態(tài)：切應(yīng)力分量越大，有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低切應(yīng)力分量越大，有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低21dkyis應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化（1）應(yīng)變硬化性能：金屬材料有一種阻止）應(yīng)變硬化性能：金屬材料有一種阻

28、止繼續(xù)變形的能力。繼續(xù)變形的能力。（2）應(yīng)變硬化是位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)受阻所致應(yīng)變硬化是位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)受阻所致。（2）應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)n反映了金屬材料抵反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力，是表征金屬抗繼續(xù)塑性變形的能力，是表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo) 。nKeS Hollomon公式：公式：應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化的工程意義應(yīng)變硬化的工程意義 應(yīng)變硬化可使金屬機(jī)件具有應(yīng)變硬化可使金屬機(jī)件具有一定的抗偶然過載一定的抗偶然過載的能力，保證機(jī)件安全。的能力，保證機(jī)件安全。 應(yīng)變硬化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬進(jìn)行均勻塑性變形，保證應(yīng)變硬化和塑性變形適當(dāng)配合可使金屬進(jìn)行均勻塑

29、性變形，保證冷變冷變形工藝形工藝順利實(shí)施。順利實(shí)施。 應(yīng)變硬化是應(yīng)變硬化是強(qiáng)化金屬?gòu)?qiáng)化金屬的重要工藝手段之一。這種方法可以單獨(dú)使用，的重要工藝手段之一。這種方法可以單獨(dú)使用，也可以和其它強(qiáng)化方法也可以和其它強(qiáng)化方法聯(lián)合使用聯(lián)合使用 。 應(yīng)變硬化還可以應(yīng)變硬化還可以降低塑性降低塑性，改善改善低碳鋼（軟、粘刀）低碳鋼（軟、粘刀）的的切削加切削加工性能工性能縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度縮頸現(xiàn)象和抗拉強(qiáng)度（1）縮頸現(xiàn)象的意義）縮頸現(xiàn)象的意義（2） 縮頸判據(jù)縮頸判據(jù) （3）確定縮頸點(diǎn)及頸部應(yīng)力的修正）確定縮頸點(diǎn)及頸部應(yīng)力的修正（4）抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度 韌性金屬試樣拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度。韌性

30、金屬試樣拉斷過程中最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b的實(shí)際意義的實(shí)際意義: b標(biāo)志標(biāo)志塑性金屬材料的實(shí)際承載能力塑性金屬材料的實(shí)際承載能力，但這種承載能力也僅限于光滑試，但這種承載能力也僅限于光滑試樣單向拉伸的受載條件，樣單向拉伸的受載條件，且韌性材料的不能作為設(shè)計(jì)參數(shù)（屈服強(qiáng)度）且韌性材料的不能作為設(shè)計(jì)參數(shù)（屈服強(qiáng)度）。 b就是就是脆性材料的斷裂強(qiáng)度脆性材料的斷裂強(qiáng)度，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其許用應(yīng)力許用應(yīng)力便以便以b為判據(jù)。為判據(jù)。 b的高低決定于的高低決定于屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)。 b與布氏硬度與布氏硬度HB、疲勞極限、疲勞極限-1等之

31、間有一定經(jīng)驗(yàn)關(guān)系等之間有一定經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。nKeS 塑性與塑性指標(biāo)塑性與塑性指標(biāo) （1）塑性塑性是指金屬材料是指金屬材料斷裂前斷裂前發(fā)生發(fā)生不可逆永久不可逆永久 變形變形（塑性變形）的能力。（塑性變形）的能力。 金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的塑性變形由金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的塑性變形由均勻塑性變形均勻塑性變形和（和（不均勻不均勻）集中集中塑性變形塑性變形兩部分構(gòu)成。（低碳鋼還有兩部分構(gòu)成。（低碳鋼還有不均勻屈服不均勻屈服塑性變形塑性變形）（2）金屬材料）金屬材料常用的塑性指標(biāo)常用的塑性指標(biāo)為斷后伸長(zhǎng)率（為斷后伸長(zhǎng)率（）和斷面收縮率（）和斷面收縮率（）。）。（3）塑性的意義和影響因素）塑性的意義和影響因素 雖然金屬的塑性指標(biāo)通常并雖然金屬的塑性指標(biāo)通常并不能不能直接用于機(jī)件的直接用于機(jī)件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，但塑性大小，但塑性大小能反映材料冶金質(zhì)量的好壞，故可用以能反映材料冶金質(zhì)量的好壞，故可用以評(píng)定材料質(zhì)量評(píng)定材料質(zhì)量。 金屬材料的金屬材料的塑性塑性常與其常與其強(qiáng)度強(qiáng)度性能有關(guān)（性能有關(guān)（既矛盾、又統(tǒng)一既矛盾、又統(tǒng)一）。）。 斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率: 斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，用斷后伸長(zhǎng)率是試樣拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比，用表示表示式中式中 L0試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度 ; L1試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度。試樣斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度。斷面收縮率斷