《材料性能學(xué)》第一章1

1材料性能學(xué)第一章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能

21、材料單向靜拉伸試驗(yàn)

材料力學(xué)性能研究的重要任務(wù)，就是研究材料在受載過程中變形和斷裂的規(guī)律．作為一種重要手段，單向靜拉伸試驗(yàn)是工業(yè)生產(chǎn)和材料科學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法．通過拉伸試驗(yàn)可以揭示材料在靜載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及常見的3種失效形式（過量彈性變形、塑性變形和斷裂）的特點(diǎn)和基本規(guī)律，還可以評(píng)定出材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)，如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率等．這些性能指標(biāo)既是材料的工程應(yīng)用、構(gòu)件設(shè)計(jì)和科學(xué)研究等方面的計(jì)算依據(jù)，也是材料的評(píng)定和選用以及加工工藝選擇的主要依據(jù)．3材料的單向靜拉伸試驗(yàn)通常是在室溫、大氣環(huán)境下按常規(guī)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用規(guī)定試樣沿軸向緩慢施加單向拉伸載荷，使其伸長(zhǎng)變形直到斷裂．WDW-200電子萬能試驗(yàn)機(jī)1.1單向靜拉伸試驗(yàn)41.1單向靜拉伸試驗(yàn)在拉伸過程中，隨著載荷的不斷增加，圓柱試樣的長(zhǎng)度將不斷的增加，這些量的變化可由試驗(yàn)機(jī)上安裝的自動(dòng)繪圖機(jī)構(gòu)連續(xù)描繪出，拉伸力F和絕對(duì)伸長(zhǎng)量ΔL的關(guān)系曲線，直至試樣斷裂．如圖1－1所示。56工程應(yīng)力—工程應(yīng)變應(yīng)力

單位：MPa（MN/m2）或Pa（N/m2）

F——載荷

A0——試樣的原始橫截面積應(yīng)變

△L——試樣長(zhǎng)度方向上的伸長(zhǎng)量

L0——試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度7應(yīng)力－應(yīng)變曲線（工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線）工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線對(duì)材料在工程中的應(yīng)用是非常重要的，根據(jù)該曲線可獲得材料靜拉伸條件下的基本力學(xué)性能指標(biāo)，可提供給工程設(shè)計(jì)或選材應(yīng)用時(shí)參考．

1.2拉伸曲線8

拉伸開始后，試樣的絕對(duì)伸長(zhǎng)量隨力F的增加而增大．彈性變形：e點(diǎn)以下為彈性變形階段。即卸載后可以恢復(fù)原狀。在P點(diǎn)以下拉伸力F和伸長(zhǎng)量ΔL呈直線關(guān)系，又稱線彈性變形。P點(diǎn)以上e點(diǎn)以下曲線開始偏離直線。但是只要e點(diǎn)以下都可以恢復(fù)原狀，故稱為彈性變形階段；塑性變形:e點(diǎn)到K點(diǎn)，即使卸載試樣也會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形（殘余變形），稱為塑性變形階段；PesBK？如何確定殘余變形量多少？如在B點(diǎn)卸載，一部分彈性變形會(huì)恢復(fù)，剩下不會(huì)恢復(fù)的則為殘余變形量。從卸載點(diǎn)出發(fā)沿平行于彈性變形階段的方向畫線（如圖中虛線部分），則與x軸相交點(diǎn)所表示的應(yīng)變量即為殘余變形量。在K點(diǎn)卸載？9塑性變形階段（重點(diǎn)內(nèi)容）：微塑性變形：e點(diǎn)到s點(diǎn)之間。只有少量塑性變形，ε小于1×10-4。較難測(cè)量。屈服現(xiàn)象：塑性變形開始后，曲線上出現(xiàn)平臺(tái)式鋸齒，載荷不增加或者略有減小的情況下試樣仍然繼續(xù)伸長(zhǎng)。S點(diǎn)。均勻塑性變形：S點(diǎn)到B點(diǎn)之間變形隨著外力的增大而均勻地增加，應(yīng)變硬化/加工硬化不均勻變形（頸縮階段）：B到K點(diǎn)為非均勻塑性變形。某一截面開始急劇縮小，變形主要集中在縮頸附近。應(yīng)力減小。PesBK斷裂階段：試樣在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。在整個(gè)拉伸過程中的變形可分為彈性變形、屈服變形、均勻塑性變形以及不均勻集中塑性變形四個(gè)基本階段。10拉伸曲線種類——脆性材料曲線特征：拉伸斷裂前，只發(fā)生彈性變形，無塑性變形，在最高載荷點(diǎn)處斷裂。典型材料：玻璃、多種陶瓷、巖石、低溫下的金屬材料脆性材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線11拉伸曲線種類——塑性材料(1)最常見的金屬材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線（高塑性）：由彈性變形直接過渡到塑性變形，塑性變形時(shí)沒有鋸齒狀屈服平臺(tái)，如圖（a）。

典型材料有調(diào)質(zhì)鋼、黃銅和鋁合金。12拉伸曲線種類——塑性材料(2)具有明顯屈服點(diǎn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（高塑性）：曲線有明顯的屈服點(diǎn)aa‘，屈服點(diǎn)呈屈服平臺(tái)或呈齒狀，相應(yīng)的應(yīng)變量在1%~3%范圍，圖（b）。典型材料：退火低碳鋼和某些有色金屬。13拉伸曲線種類——塑性材料(3)不出現(xiàn)縮頸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線（低塑性）:

只有彈性變形Oa和均勻塑性變形ak階段，圖（c）典型材料：鋁青銅和高錳鋼(4)不穩(wěn)定型材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：鋸齒狀塑性變形，圖（d）某些低溶質(zhì)固溶體鋁合金及含雜質(zhì)鐵合金。14拉伸曲線種類——高分子材料a硬而脆b高彈性低塑性c較高塑性d低塑性e軟而弱〔注意〕:

對(duì)于高分子聚合物材料，由于其在結(jié)構(gòu)上的力學(xué)狀態(tài)差異及對(duì)溫度的敏感性，力－伸長(zhǎng)曲線可有多種形式．不同的材料或同一材料在不同條件下可有不同形式的力一伸長(zhǎng)曲線．這主要是由材料的鍵合方式、化學(xué)成分和組織狀態(tài)等因素決定的．

15真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線（S－e曲線）實(shí)際上，在拉伸過程中，試棒的截面積和長(zhǎng)度隨著拉伸力的增大是不斷變化的，工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線并不能反映試驗(yàn)過程中的真實(shí)情況

——真應(yīng)力-應(yīng)變曲線如果以瞬時(shí)截面積A除其相應(yīng)的拉伸力F，則可得到瞬時(shí)的真應(yīng)力S同樣，當(dāng)拉伸力F有一增量dF時(shí)，試樣在瞬時(shí)長(zhǎng)度L的基礎(chǔ)上變?yōu)長(zhǎng)＋dL，于是應(yīng)變的微分增量應(yīng)是de＝dL／L，則試棒自L0伸長(zhǎng)至L后，真實(shí)應(yīng)變量為：16真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線（S－e曲線）工程應(yīng)力與真應(yīng)力之間的關(guān)系是真應(yīng)力總是大于工程應(yīng)力！工程應(yīng)變與真應(yīng)變之間的關(guān)系17真實(shí)應(yīng)變e0.010.100.200.501.04.0工程應(yīng)變?chǔ)?.010.1050.220.651.7253.6真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變，且變形量越大，兩者差距越大！載荷達(dá)到最大后，試樣發(fā)生頸縮，雖實(shí)際應(yīng)力在不斷增高，但工程應(yīng)力下降，使得斷裂應(yīng)力反而比抗拉強(qiáng)度σb低。實(shí)際上在應(yīng)力達(dá)到Sb（對(duì)應(yīng)σb的真實(shí)應(yīng)力）滯后，應(yīng)力增加直到斷裂18真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線（S－e曲線）彈性變形階段，由于試棒的伸長(zhǎng)和截面收縮都很小，真實(shí)屈服應(yīng)力和工程屈服應(yīng)力在數(shù)值上非常接近真實(shí)斷裂強(qiáng)度Sk大于工程斷裂強(qiáng)度σk工程應(yīng)用中金屬材料的變形主要局限于彈性變形，且工程應(yīng)力應(yīng)變?nèi)菀诇y(cè)量，故一般采用工程應(yīng)力、工程應(yīng)變作為依據(jù)。在大塑性變形量的研究中，真應(yīng)力與真應(yīng)變將具有重要意義．2、彈性變形階段彈性變形及其實(shí)質(zhì)彈性性能指標(biāo)彈性的不完整性19202.1彈性變形及其實(shí)質(zhì)前已敘及，在單向拉伸過程中，絕大部分固體材料都首先產(chǎn)生彈性變形，外力去除后，變形消失而恢復(fù)原狀。彈性變形的主要特點(diǎn)————可逆性變形對(duì)于金屬、陶瓷或結(jié)晶態(tài)的高分子聚合物在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間都具有以下特征：

1、彈性變形量較?。é牛?.5～1％）

2、單值線性關(guān)系——即胡克定律

注：對(duì)于橡膠態(tài)的高分子聚合物，則在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間不呈線性關(guān)系，且變形量較大．212.1彈性變形及其實(shí)質(zhì)1、胡克定律正應(yīng)力下：σ=E·ε切應(yīng)力下：τ=G·γσ、τ分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力ε、γ分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變E為彈性模量（正彈性模量、楊氏模量）G為切變模量。222.1彈性變形及其實(shí)質(zhì)2、材料彈性變形的微觀本質(zhì)：概括說來，都是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映．金屬、陶瓷類晶體材料的彈性變形是處于晶格結(jié)點(diǎn)的離子在力的作用下在其平衡位置附近產(chǎn)生的微小位移；橡膠類材料則是呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過鏈段的運(yùn)動(dòng)沿受力方向產(chǎn)生的伸展．23彈性變形微觀過程的雙原子模型在正常狀態(tài)下，晶格中的原子能保持在其平衡位置僅作微小的熱振動(dòng)，這是受原子之間的相互作用力控制的結(jié)果．一般認(rèn)為，這種作用力分為引力和斥力，引力和斥力都是原子間距的函數(shù)。引力斥力原子互相作用時(shí)的受力模型圖中N1、N2分別為兩原子的平衡位置，曲線1為引力，曲線2為斥力，曲線3為合力24彈性變形微觀過程的雙原子模型在原子的平衡位置時(shí)合力為零。對(duì)應(yīng)此處勢(shì)能最低。無論固體受到拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力，原子偏離平衡位置會(huì)引起勢(shì)能增加。同時(shí)，原子的位置亦隨之作相應(yīng)的調(diào)整，即產(chǎn)生位移，原子位移的總和在宏觀上就表現(xiàn)為材料的變形。25彈性變形微觀過程的雙原子模型當(dāng)外力去除后，原子依靠彼此間的作用力又回到原來的平衡位置，宏觀的變形也隨之消逝，從而表現(xiàn)了彈性變形的可逆性。需要說明的是，根據(jù)上述模型導(dǎo)出的原子間相互作用力與原子間彈性位移的關(guān)系并非虎克定律所說的直線關(guān)系，而是拋物線關(guān)系。其合力的最大值為Fmax，如果外加拉應(yīng)力大于Fmax，就意味著可以克服離子間的引力而使它們分離。26彈性變形微觀過程的雙原子模型因此，F(xiàn)max就是材料在彈性狀態(tài)下的理論斷裂抗力，此時(shí)相應(yīng)的離子彈性變形量

εmax可達(dá)

25％。實(shí)際上，因?yàn)樵诠こ虘?yīng)用的材料中，不可避免地存在著各種缺陷、雜質(zhì)、氣孔或微裂紋，因而實(shí)際斷裂抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Fmax，材料就發(fā)生了斷裂或產(chǎn)生了塑性變形．實(shí)際材料的彈性變形只相當(dāng)于合力曲線的起始階段，因此虎克定律所表示的外力和位移的線性關(guān)系是近似正確的。且變形量很小。

27282.2彈性指標(biāo)1、彈性模量大部分金屬在彈性變形階段表現(xiàn)為主應(yīng)力σ與正應(yīng)變?chǔ)懦烧?/p>

——胡克定律

E——彈性模量，又稱楊氏模量，單位與應(yīng)力相同幾何意義：彈性變形階段的斜率物理意義

1、E越大？2、E越小？29彈性模量在工程上，彈性模量表征材料對(duì)彈性變形的抗力，即材料的剛度。其值越大，表示在相同的應(yīng)力作用下，材料的彈性變形量越小.金屬材料在常溫下的彈性模量30不同類型的材料，在給定的載荷下，產(chǎn)生的彈性變形相差懸殊。

例如一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，在梁長(zhǎng)度和截面尺寸相同的情況下，選用鋼、鋁合金和聚苯乙烯進(jìn)行比較。設(shè)外加載荷98N鋼梁彈性撓曲變形為1cm鋁合金3cm聚苯乙烯60cm31彈性模量

構(gòu)件剛度（了解）構(gòu)件剛度表征構(gòu)件對(duì)彈性變形的抗力，值越大，相同應(yīng)力條件下變形越小。要增加零件的剛度，選用彈性模量E較大的材料，或者增加材料的橫截面積A。32彈性模量比剛度（了解）：既要提高材料剛度，又要求減輕零件的自重時(shí)，就要以材料的比剛度來評(píng)定。比剛度要視載荷形式而定拉伸試棒或桿件時(shí)，其比剛度以E/ρ來度量，ρ為材料密度；當(dāng)零件或構(gòu)件以梁的形式出現(xiàn)時(shí)，比剛度用E1/2/ρ當(dāng)板受彎曲時(shí)材料的比剛度是以E1/3/ρ來度量。33工程設(shè)計(jì)時(shí)，彈性模量是重要力學(xué)性能指標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有時(shí)剛度是考慮第一位的。精密機(jī)床如果不具有足夠的剛度，就不能保證零件的加工精度。汽車拖拉機(jī)中的曲軸剛度不足，會(huì)影響活塞、連桿及軸承等重要零件的正常工作。彈性模量影響因素彈性模量本質(zhì)——從原子本質(zhì)上來看彈性模量代表著使原子離開平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。所以，彈性模量是組織不敏感參數(shù)。3435彈性模量影響因素彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間結(jié)合力，而不依賴于成分和顯微組織，因此，彈性模量是對(duì)組織不敏感的性能指標(biāo)。鍵合方式：共價(jià)鍵結(jié)合的材料彈性模量最高，所以像SiC等陶瓷材料和碳纖維的符合材料有很高的彈性模量。金屬鍵有較強(qiáng)的鍵力，材料容易塑性變形，彈性模量適中。但是各種金屬原子結(jié)合力不同時(shí)，E會(huì)有很大區(qū)別。如鋼鐵的彈性模量有210GPa，是鋁合金的3倍（約70GPa），而鎢的彈性模量又是鐵的兩倍。靠分子鍵結(jié)合的高分子，由于分子鍵弱，彈性模量最低。彈性模量與熔點(diǎn)成正比，越是難熔的材料其彈性模量也越高。36陶瓷材料E很高，橡膠E很小，金屬材料介于兩者之間37晶體結(jié)構(gòu)：對(duì)各向異性晶體，沿原子密排面E較大。成分、組織結(jié)構(gòu)的影響：金屬：

冷加工/淬火/溶質(zhì)原子——點(diǎn)陣畸變——模量降低；

淬火后回火/溶質(zhì)和溶劑原子間結(jié)合力大——模量升高；

第二相：第二相體積分?jǐn)?shù)、自身模量，一般可忽略。陶瓷：

與構(gòu)成陶瓷的相的種類、粒度、分布、比例及氣孔率有關(guān)，影響復(fù)雜。溫度：

溫度升高，原子間距加大，相互作用力減弱，彈性模量下降。模量的下降與溫度的升高呈正比。

金屬的彈性模量隨溫度升高的下降速度比陶瓷材料高出大約1倍。高溫下，希望用陶瓷材料替代金屬。3839加載條件和負(fù)荷持續(xù)時(shí)間

基本無影響

因?yàn)閺椥宰冃嗡俣扰c聲速相同，遠(yuǎn)超過常見的加載速率，負(fù)荷持續(xù)時(shí)間也不會(huì)影響原子間結(jié)合力。彈性模量的測(cè)量引伸計(jì)（extensometer)是測(cè)量構(gòu)件及其他物體兩點(diǎn)之間線變形的一種儀器，通常由傳感器、放大器和記錄器三部分組成。傳感器直接和被測(cè)構(gòu)件接觸。構(gòu)件上被測(cè)的兩點(diǎn)之間的距離為標(biāo)距，標(biāo)距的變化(伸長(zhǎng)或縮短)為線變形。構(gòu)件變形，傳感器隨著變形，并把這種變形轉(zhuǎn)換為機(jī)械、光、電、聲等信息，放大器將傳感器輸出的微小信號(hào)放大。記錄器（或讀數(shù)器）將放大后的信號(hào)直接顯示或自動(dòng)記錄下來。40412、比例極限和彈性極限比例極限σP：能保持應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系的最大應(yīng)力，即在應(yīng)力應(yīng)變曲線上剛開始偏離直線時(shí)的應(yīng)力。

σP＝PP/A0PP——拉伸曲線上開始偏離直線時(shí)所對(duì)應(yīng)的載荷；

A0——試樣原始截面積工程意義：對(duì)一些需要嚴(yán)格保持線性關(guān)系的零件，比例極限很重要，如測(cè)力彈簧等。42彈性極限σe

：材料發(fā)生可逆的彈性變形的上限值。超過此值，材料開始發(fā)生塑性變形。

σe＝Pe/A0

Pe——拉伸曲線上由彈性變形過渡到塑性變形的載荷

工程意義：對(duì)于工作不允許產(chǎn)生微量塑性變形的零件，彈性極限是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。如果選用的彈簧材料彈性極限較低，產(chǎn)生塑性變形后不能回復(fù)，會(huì)導(dǎo)致彈簧失效。43理論上，比例極限低于彈性極限。但是在常規(guī)拉伸試驗(yàn)中，很難精確確定開始偏離直線的點(diǎn)（比例極限）和開始產(chǎn)生塑性變形的點(diǎn)（彈性極限）。PesBK故現(xiàn)在采用規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力或規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力的概念來表示比例極限和彈性極限。即產(chǎn)生規(guī)定的殘余應(yīng)變時(shí)所受的應(yīng)力。比例極限規(guī)定的殘余變形稍小，為0.001%~0.01%，比例極限記為σ0.001和σ0.01。彈性極限規(guī)定的殘余應(yīng)變稍大，為0.005%~0.05%，彈性極限記為σ0.005和σ0.05。443、彈性比功彈性比功：又稱彈性比能或應(yīng)變比能，表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。一般用金屬開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功表示。金屬拉伸時(shí)的彈性比功應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性變形階段下的面積表示。45彈性比功通常以彈性比功的高低來區(qū)分材料彈性好壞。彈簧是典型的彈性元件，主要起減振、儲(chǔ)能的功效，要求較高的的彈性比功。如何提高彈性比功？彈性比功取決于彈性極限σe和彈性模量E，可以用提高σe或降低E的方法，但是σe是二次方，所以提高σe更有效。46彈性與剛度區(qū)別：

剛度表示對(duì)彈性變形的抗力，E越大，剛度越高，彈性變形越困難。彈性則表示材料彈性變形能力，通常以彈性比功高低區(qū)分彈性好壞。思考：橡膠，彈性極限不高，彈性模量也不高，但是彈性比功高，是很好的彈性材料。那為何不做彈簧？

其剛度太低，不能作受力結(jié)構(gòu)件。47彈性比功與剛度任何一部機(jī)器（或構(gòu)造物）的零構(gòu)件在服役過程中都是處于彈性變形狀態(tài)的。結(jié)構(gòu)中的部分零構(gòu)件要求將彈性變形量控制在一定的范圍內(nèi)，以避免因過量彈性變形而失效。另一部分零構(gòu)件，如彈簧，則要求在彈性變形量符合規(guī)定的條件下，有足夠的承受載荷的能力，即不僅要求起緩沖和減震的作用，而且要有足夠的吸收和釋放彈性功的能力，以避免彈力不足而失效。3彈性的不完整性通常，人們把材料受載后產(chǎn)生一定的變形，而卸載后這部分變形消逝，材料恢復(fù)到原來的狀態(tài)的性質(zhì)稱為材料的彈性。根據(jù)材料在彈性變形過程中應(yīng)力和應(yīng)變的響應(yīng)特點(diǎn)，彈性可以分為理想彈性（完全彈性）非理想彈性（彈性不完整性）483、彈性的不完整性對(duì)于理想彈性，在外力作用下，應(yīng)力和應(yīng)變服從虎克定律，并同時(shí)滿足3個(gè)條件，即：（１）應(yīng)變對(duì)于應(yīng)力是線性關(guān)系；

（２）應(yīng)力和應(yīng)變同相位（瞬時(shí)性）；

（３）應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)（唯一性）．

實(shí)際上，絕大多數(shù)固體材料的彈性行為很難同時(shí)滿足上述所有條件，一般都表現(xiàn)出非理想彈性性質(zhì)工程中的材料一般近似用理想彈性來處理進(jìn)行分析。但是當(dāng)材料的非理想彈性特征明顯時(shí)，必須加以考慮。

——滯彈性、內(nèi)耗、偽彈性、包申格效應(yīng)493.1、滯彈性（彈性后效）理想的彈性體其彈性變形速度很快，相當(dāng)于聲音在彈性體中的傳播速度。因此，加載時(shí)可認(rèn)為變形立即達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的相應(yīng)值，卸載時(shí)也立即恢復(fù)原狀。即應(yīng)力與應(yīng)變始終保持同步。但是，實(shí)際中，材料有應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做滯彈性或者彈性后效。多數(shù)金屬材料，如果不是在微應(yīng)變范圍內(nèi)精密測(cè)量，其滯彈性不十分明顯，而少量金屬特別像鑄鐵、高鉻不銹鋼則有明顯的滯彈性。50

滯彈性的材料其應(yīng)力一應(yīng)變曲線與時(shí)間的關(guān)系如圖所示。當(dāng)突然施加一應(yīng)力于拉伸試樣時(shí)，試樣立即沿OA線產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)變Oa。如在σ0保持一段時(shí)間（A-B，應(yīng)力不變），應(yīng)變aH會(huì)逐漸產(chǎn)生。

Ⅰ．正彈性后效這種加載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力而與時(shí)間有關(guān)的滯彈性（aH）稱為正彈性后效或彈性蠕變51Ⅱ．反彈性后效

在B點(diǎn)卸載時(shí)，當(dāng)應(yīng)力從σ0下降為零時(shí)，應(yīng)變eH部分立即消逝掉，但是未回復(fù)到原始長(zhǎng)度。剩余應(yīng)變eo是在卸載后隨著時(shí)間逐漸去除的，我們把卸載時(shí)應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象也稱為反彈性后效．在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長(zhǎng)產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象，稱為滯彈性。52Ⅲ影響因素滯彈性在金屬材料中表現(xiàn)得比較明顯。高分子材料中滯彈性表現(xiàn)為粘彈性，此時(shí)高分子材料的力學(xué)性能都與時(shí)間有關(guān)，其應(yīng)變不再是應(yīng)力的單值函數(shù)。

彈性后效速率和滯彈性應(yīng)變量與材料成分、組織及試驗(yàn)條件有關(guān)材料組織越不均勻，滯彈性越明顯．鋼經(jīng)淬火或塑性變形后，由于增加了組織不均勻性，滯彈性傾向加大．溫度升高，滯彈性傾向增大。加載狀態(tài)的切應(yīng)力分量越大，滯彈性越大。在沒有切應(yīng)力的多向壓應(yīng)力作用下，完全看不到滯彈性。消除的辦法

長(zhǎng)時(shí)間的回火53

材料的滯彈性對(duì)儀器儀表和精密機(jī)械中的重要傳感元件的測(cè)量精度有很大影響。如精密儀表中的彈簧、油壓表或者氣壓表的測(cè)力彈簧，要求彈簧薄膜的彈性變形能夠靈敏的反映出油壓或氣壓的變化，因此不允許材料有顯著的滯彈性。

因此選用材料時(shí)需要考慮滯彈性問題．Ⅳ危害543.2、內(nèi)耗如果理想彈性行為，則應(yīng)力-應(yīng)變曲線的加載段與卸載段重合，應(yīng)力-應(yīng)變?yōu)閱沃店P(guān)系。加載時(shí)儲(chǔ)存的彈性能在卸載時(shí)完全釋放。即變形過程沒有能量損耗！在彈性范圍內(nèi)，驟然加載和卸載的開始階段，應(yīng)變總要落后于應(yīng)力，不同步。因此，其結(jié)果必然會(huì)使得加載線和卸載線不重合，而形成一個(gè)閉合的滯后回線，這個(gè)回線稱為彈性滯后環(huán)。553.2、內(nèi)耗加載時(shí)，試樣儲(chǔ)存的變形功為OABH，卸載時(shí)釋放的彈性變形能為BeaH，BeaH>OABH加載與卸載的過程中，試樣吸收的彈性能為OABe

——內(nèi)耗（內(nèi)摩擦）滯后環(huán)的面積：環(huán)面積的大小表示被金屬吸收的變形功的大小。56如果所加載荷不是單向的循環(huán)載荷，而是交變的循環(huán)載荷，并且加載速度比較緩慢，彈性后效現(xiàn)象來得及表現(xiàn)時(shí)，則可得到兩個(gè)對(duì)稱的彈性滯后環(huán)（圖a）。如果加載速度比較快，彈性后效來不及表現(xiàn)時(shí)，則得到如圖（b）和（c）的彈性滯后環(huán)。材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，又稱之為阻尼或者循環(huán)韌性。57滯后環(huán)的應(yīng)用：環(huán)的面積代表材料以不可逆方式吸收能量（即內(nèi)耗）而不破壞的能力。也可理解為材料靠自身來消除機(jī)械振動(dòng)的能力（即消振性的好壞）。對(duì)工程上一些產(chǎn)生振動(dòng)的零件很重要，可以減小振動(dòng)，使振幅很快衰減下來。所以滯后環(huán)在生產(chǎn)上是一個(gè)重要的機(jī)械性能指標(biāo)，具有很重要的意義。58滯后環(huán)的應(yīng)用：消振性：由于灰鑄鐵的循環(huán)韌性大，是很好的消振材料，所以常用作機(jī)床床身和動(dòng)力機(jī)器的底座、支架以達(dá)到機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。汽輪機(jī)葉面除了考慮耐熱和不銹的性能之外，也由于12%Cr的鉻鋼有良好的消振性能，可以減小葉片材料自身振動(dòng)和外載荷下的振動(dòng)引起的共振，從而避免因共振造成葉片斷裂。樂器：對(duì)追求音響效果的元件音叉、簧片、鐘等，希望聲音持久不衰，即振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)久，則必須使循環(huán)韌性盡可能小。593.3、偽彈性偽彈性：是指在一定的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平后金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變，伴隨產(chǎn)生大幅度的尺寸變化；當(dāng)應(yīng)力撤除后，又會(huì)發(fā)生逆馬氏體相變而使材料的尺寸回復(fù)。

偽彈性是相變?cè)斐傻?，不遵從胡克定律。偽彈性變形的量?jí)大約在60％左右，大大超過正常彈性變形．圖1－15為偽彈性材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線示意圖。CD段：M彈性變形GH段：母相的恢復(fù)彈性變形母相→MM→母相60AB段為常規(guī)彈性變形階段，為應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變開始的應(yīng)力，C點(diǎn)處馬氏體相變結(jié)束，CD段為馬氏體的彈性應(yīng)變階段．在CD段卸載，馬氏體作彈性恢復(fù)，表示開始逆向相變的應(yīng)力F點(diǎn)開始馬氏體逆轉(zhuǎn)變，馬氏體相變回原來的組織到G點(diǎn)完全恢復(fù)初始組織GH為初始組織的彈性恢復(fù)階段，恢復(fù)到初始組織狀態(tài)，沒有任何殘留變形．形狀記憶合金就是利用了這一原理．

CD段：M彈性變形GH段：母相的恢復(fù)彈性變形母相→MM→母相613.4、包申格效應(yīng)包申格（Bauschinger）效應(yīng)：

是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于4