1、金屬力學(xué)性能金屬力學(xué)性能根據(jù)GB16023金屬力學(xué)性能是指：金屬材料在力的作用下金屬材料在力的作用下所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及所顯示與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能。應(yīng)變關(guān)系的性能。也就是金屬材料在外力作用下，金屬材料在外力作用下，（或載荷與環(huán)（或載荷與環(huán)境因素共同作用下）境因素共同作用下）所表現(xiàn)出來的力學(xué)行為所表現(xiàn)出來的力學(xué)行為。也可簡單理解為，或金屬材料的失效抗力?；蚪饘俨牧系氖Э沽?。 v強度、強度、硬度硬度、塑性、韌性、耐磨性、缺口敏、塑性、韌性、耐磨性、缺口敏感性、斷裂韌性等。感性、斷裂韌性等。如強度指標(biāo)：b、0.2、-1;塑性指標(biāo)：、;韌性指標(biāo)：AK、KI

2、C等。v材料的力學(xué)性能是檢驗材料質(zhì)量、實材料的力學(xué)性能是檢驗材料質(zhì)量、實際零件設(shè)計的主要依據(jù)。際零件設(shè)計的主要依據(jù)。v金屬材料的力學(xué)性能取決于：金屬材料的力學(xué)性能取決于： 等內(nèi)在因素。等內(nèi)在因素。v同時，也取決于同時，也取決于等因素等因素。金屬力學(xué)性能課程的主要內(nèi)容是：金屬力學(xué)性能課程的主要內(nèi)容是：v1.金屬材料在各種服役條件下的變形和斷金屬材料在各種服役條件下的變形和斷裂現(xiàn)象及微觀機理。裂現(xiàn)象及微觀機理。v2.指標(biāo)的本質(zhì)、物理意義、實用意義，以指標(biāo)的本質(zhì)、物理意義、實用意義，以及各種指標(biāo)間的相互關(guān)系。及各種指標(biāo)間的相互關(guān)系。v3.了解影響力學(xué)性能的因素，以及提高金了解影響力學(xué)性能的因素，以及

3、提高金屬力學(xué)性能的方向和途徑。屬力學(xué)性能的方向和途徑。v4.金屬力學(xué)性能指標(biāo)的測試技術(shù)。金屬力學(xué)性能指標(biāo)的測試技術(shù)。本章主要介紹的基本內(nèi)容本章主要介紹的基本內(nèi)容v1.力學(xué)性能指標(biāo)的物理概念及實用意義。力學(xué)性能指標(biāo)的物理概念及實用意義。v2.討論金屬彈性變形、塑性變形及斷裂的討論金屬彈性變形、塑性變形及斷裂的基本規(guī)律和原理。基本規(guī)律和原理。v3.探討改變性能指標(biāo)的途徑和方向。探討改變性能指標(biāo)的途徑和方向。第一章第一章 金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能主要包括：主要包括：強度強度（s；0.2

4、；b；）、；）、 塑性塑性（；）。）。光滑試樣單向靜拉伸試驗方法的主要特點：光滑試樣單向靜拉伸試驗方法的主要特點：v試驗過程中，溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是一定的。試驗過程中，溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率是一定的。v試樣通常為試樣通常為光滑圓柱形狀光滑圓柱形狀。v揭示了工件三種失效形式，即揭示了工件三種失效形式，即過量彈性變形、過量過量彈性變形、過量塑性變形塑性變形和和斷裂的過程。斷裂的過程。v標(biāo)定出材料最基本的力學(xué)性能指標(biāo)。標(biāo)定出材料最基本的力學(xué)性能指標(biāo)。第一章第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能1力力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線v力力伸長曲線是拉

5、伸試驗中，記錄拉伸伸長曲線是拉伸試驗中，記錄拉伸力對伸長的關(guān)系曲線。力對伸長的關(guān)系曲線。1力力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線vo-e段，段，彈性變形階段，彈性變形階段，試樣產(chǎn)生彈性變形。試樣產(chǎn)生彈性變形。ve-c段，段，不均勻屈服塑性變形段，不均勻屈服塑性變形段，試樣產(chǎn)生屈試樣產(chǎn)生屈服變形。服變形。vc-b段，段，均勻塑性變形段，均勻塑性變形段，試樣產(chǎn)生均勻塑性試樣產(chǎn)生均勻塑性變形。變形。vb-k段，段，不均勻塑性變形段，不均勻塑性變形段，試樣產(chǎn)生頸縮。試樣產(chǎn)生頸縮。vk點以后點以后試樣斷裂。試樣斷裂。1力力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線v應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲線，應(yīng)變曲線

6、，將力將力伸長曲線的縱橫坐標(biāo)分伸長曲線的縱橫坐標(biāo)分別以拉伸試樣的原始截面積別以拉伸試樣的原始截面積A、原始標(biāo)距長度、原始標(biāo)距長度L去除，則得到應(yīng)力去除，則得到應(yīng)力應(yīng)變曲線。應(yīng)變曲線。稱為稱為“工程應(yīng)力工程應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線”00LLeAL1力力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線v真實應(yīng)力真實應(yīng)力應(yīng)變曲線，應(yīng)變曲線，用用拉伸過程中每一拉伸過程中每一瞬間的真實應(yīng)力和真實應(yīng)變瞬間的真實應(yīng)力和真實應(yīng)變 繪制的曲線繪制的曲線1力力伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線伸長曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線v其中：其中：S:為真應(yīng)力為真應(yīng)力；e(e)為真應(yīng)變；為真應(yīng)變；TTTApS1)(0LnLLLneTe2 彈彈 性性 變

7、變 形形v金屬材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，當(dāng)外金屬材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除以后變形也隨之消失的現(xiàn)象力去除以后變形也隨之消失的現(xiàn)象,稱為稱為“彈彈性性”。而此時而此時產(chǎn)生的變形產(chǎn)生的變形稱為稱為“彈性變形彈性變形”.v彈性變形彈性變形是一種可逆現(xiàn)象，是一種可逆現(xiàn)象，不論在加載期還是不論在加載期還是在卸載期，其在卸載期，其應(yīng)力和應(yīng)變之間都保持單值線性應(yīng)力和應(yīng)變之間都保持單值線性關(guān)系。關(guān)系。v彈性變形量都很小，彈性變形量都很小，一般在一般在0.51之間。之間。v金屬材料的金屬材料的原子彈性位移量只相當(dāng)于原子間原子彈性位移量只相當(dāng)于原子間距的幾分之一距的幾分之一。故彈性變形量小于。故

8、彈性變形量小于1。2 彈彈 性性 變變 形形v一、彈性變形及實質(zhì)一、彈性變形及實質(zhì)v金屬材料的金屬材料的彈性變形可以用雙原子模型彈性變形可以用雙原子模型來解釋。來解釋。2 彈彈 性性 變變 形形v平衡狀態(tài)下，金屬中的平衡狀態(tài)下，金屬中的原子在平衡位置附原子在平衡位置附近振動。相鄰兩個原子之間的近振動。相鄰兩個原子之間的作用力由作用力由引引力力和和斥力斥力迭加而成。迭加而成。v其中引力是其中引力是由金屬正離子和自由電子間的由金屬正離子和自由電子間的庫侖力所產(chǎn)生庫侖力所產(chǎn)生，而斥力是，而斥力是由離子之間因電由離子之間因電子殼層產(chǎn)生應(yīng)變所致子殼層產(chǎn)生應(yīng)變所致。v引力和斥力都是引力和斥力都是原子間距的

9、函數(shù)原子間距的函數(shù)。4202)(rArrArFA、r0：與原子本性或晶體、與原子本性或晶體、晶格類型有關(guān)的常數(shù)。晶格類型有關(guān)的常數(shù)。2 彈彈 性性 變變 形形v上式中第一項為上式中第一項為引力引力，第二項第二項為為斥力斥力。v由上式可以看出，彈性變形過程中由上式可以看出，彈性變形過程中并非完全的并非完全的線性關(guān)系線性關(guān)系，而是而是拋物線關(guān)系拋物線關(guān)系，但在外力較小但在外力較小時時，原子偏離平衡位置不遠，原子偏離平衡位置不遠，近似為線性關(guān)近似為線性關(guān)系，系，因此虎克定律只有在外力較小時近似成立。因此虎克定律只有在外力較小時近似成立。2 彈彈 性性 變變 形形v由雙原子模型可以看出：由雙原子模型可

10、以看出：vF為零時，為為零時，為平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)，即，即 。v當(dāng)當(dāng) 時斥力接近于零，時斥力接近于零，F(xiàn)最大最大,記為記為 。v 是拉伸時兩原子間的最大結(jié)合力。對應(yīng)是拉伸時兩原子間的最大結(jié)合力。對應(yīng)的原子間距為的原子間距為 ，當(dāng)拉伸過程中，當(dāng)拉伸過程中 時，時，就可以克服原子之間的引力而分離，因此，就可以克服原子之間的引力而分離，因此， 也就是材料在彈性狀態(tài)下的斷裂載荷（斷也就是材料在彈性狀態(tài)下的斷裂載荷（斷裂抗力）。裂抗力）。 就是彈性狀態(tài)下最大的彈就是彈性狀態(tài)下最大的彈性變形量大約為性變形量大約為23。（理論）。（理論）mrr maxFmaxFmrmrr0rrmmaxF0rr v二、彈性模量

11、二、彈性模量v材料產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時，所需要的彈材料產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時，所需要的彈性應(yīng)力性應(yīng)力。即材料產(chǎn)生。即材料產(chǎn)生100彈性變形時所彈性變形時所需要的應(yīng)力。（對金屬無意義）需要的應(yīng)力。（對金屬無意義）v拉伸時為楊氏模量即：拉伸時為楊氏模量即：v剪切時為切變模量即：剪切時為切變模量即：v其中其中E和和G分別為楊氏模量、切變模量。分別為楊氏模量、切變模量。2 彈彈 性性 變變 形形EGv單晶體的彈性模量呈各向異性。多晶體的彈性單晶體的彈性模量呈各向異性。多晶體的彈性模量呈偽同向性，為統(tǒng)計平均值。模量呈偽同向性，為統(tǒng)計平均值。v彈性模量決定于原子本性和晶格類型。彈性模量決定于原子本性和晶格類型。

12、v溶質(zhì)原子可改變晶格常數(shù)，但影響不大。（碳溶質(zhì)原子可改變晶格常數(shù)，但影響不大。（碳鋼與合金鋼彈性模量差別小于鋼與合金鋼彈性模量差別小于12）v熱處理（顯微組織）對彈性模量影響不大（晶熱處理（顯微組織）對彈性模量影響不大（晶粒大小、第二相分布影響不大，淬火后粒大小、第二相分布影響不大，淬火后E值略有值略有下降，但回火后又得以恢復(fù)）。下降，但回火后又得以恢復(fù)）。v鑄鐵鑄鐵E值與石墨形態(tài)有關(guān)，片狀較低，而球狀較值與石墨形態(tài)有關(guān)，片狀較低，而球狀較高。高。2 彈彈 性性 變變 形形2 彈彈 性性 變變 形形v冷塑性變形使冷塑性變形使E值下降，出現(xiàn)形變織構(gòu)時值下降，出現(xiàn)形變織構(gòu)時出現(xiàn)各向異性。出現(xiàn)各向異

13、性。v溫度升高，溫度升高，E值下降（值下降（35/100），），但在但在5050范圍內(nèi)變化不大。范圍內(nèi)變化不大。v加載速率對加載速率對E值影響不大（彈性變形速率值影響不大（彈性變形速率接近聲速，遠大于靜拉伸加載數(shù)率）接近聲速，遠大于靜拉伸加載數(shù)率） 。v綜上所述，綜上所述，E值是一個較穩(wěn)定的力學(xué)性能值是一個較穩(wěn)定的力學(xué)性能指標(biāo)，外在因素對其影響不大。指標(biāo)，外在因素對其影響不大。2 彈彈 性性 變變 形形v幾種材料在常溫下的彈性模量：幾種材料在常溫下的彈性模量：2 彈彈 性性 變變 形形v剛度：工程上材料的彈性模量代表材料剛度：工程上材料的彈性模量代表材料的剛度，表現(xiàn)為的剛度，表現(xiàn)為材料抵抗彈性

14、變形的能材料抵抗彈性變形的能力力。v構(gòu)件的剛度，通常取決于材料本身的性構(gòu)件的剛度，通常取決于材料本身的性質(zhì)和構(gòu)件的截面形狀與面積，與材料的質(zhì)和構(gòu)件的截面形狀與面積，與材料的狀態(tài)無關(guān)。狀態(tài)無關(guān)。2 彈彈 性性 變變 形形v三、比例極限與彈性極限三、比例極限與彈性極限v1.比例極限：比例極限：應(yīng)力與應(yīng)變在正比關(guān)系范圍應(yīng)力與應(yīng)變在正比關(guān)系范圍內(nèi)的最大應(yīng)力內(nèi)的最大應(yīng)力。v2.彈性極限：彈性極限：材料由彈性變形過渡到彈材料由彈性變形過渡到彈塑性變形時的應(yīng)力塑性變形時的應(yīng)力。0AFpp0AFee2 彈彈 性性 變變 形形v四、彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能）四、彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能）v金屬材料吸收彈

15、性變形功的能力金屬材料吸收彈性變形功的能力。v一般用材料開始塑性變形前單位體積吸一般用材料開始塑性變形前單位體積吸收的最大彈性變形功來表示。收的最大彈性變形功來表示。Eaeeee22122 彈彈 性性 變變 形形v彈性比功的含義就是彈性比功的含義就是彈性變形過程中所彈性變形過程中所吸收的引起彈性變形的能量吸收的引起彈性變形的能量。v數(shù)值上等于在應(yīng)力應(yīng)變曲線中被彈性變數(shù)值上等于在應(yīng)力應(yīng)變曲線中被彈性變形階段的曲線所覆蓋的面積。形階段的曲線所覆蓋的面積。2 彈彈 性性 變變 形形v幾種金屬材料的彈性比功：幾種金屬材料的彈性比功：3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v完全彈性體的彈性變形只與載荷大

16、小有完全彈性體的彈性變形只與載荷大小有關(guān)，而與加載方式和加載時間無關(guān)。關(guān)，而與加載方式和加載時間無關(guān)。v金屬材料是不完全純彈性體，因此，即金屬材料是不完全純彈性體，因此，即使在很小的應(yīng)力作用下，也會顯示出非使在很小的應(yīng)力作用下，也會顯示出非彈性性質(zhì)。其彈性變形過程除和載荷大彈性性質(zhì)。其彈性變形過程除和載荷大小有關(guān)外和上述其它因素均有關(guān)。因而小有關(guān)外和上述其它因素均有關(guān)。因而產(chǎn)生了包申格效應(yīng)、彈性后效和彈性滯產(chǎn)生了包申格效應(yīng)、彈性后效和彈性滯后等彈性不完整現(xiàn)象。后等彈性不完整現(xiàn)象。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v一、包申格（一、包申格（Bauschinger）效應(yīng)）效應(yīng)v包申格效應(yīng)可使規(guī)

17、定殘余伸長應(yīng)力降低包申格效應(yīng)可使規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低1520。v包申格效應(yīng)是多晶體金屬所具有的普遍現(xiàn)象包申格效應(yīng)是多晶體金屬所具有的普遍現(xiàn)象。v規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力的殘余伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v包申格效應(yīng)（包申格效應(yīng)（ 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力）規(guī)定殘余伸長應(yīng)力）:r3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受的阻力有關(guān)。的阻力有關(guān)。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v

18、包申格應(yīng)變：包申格應(yīng)變：v在給定的壓力下，拉伸卸載后第二次再拉伸與拉在給定的壓力下，拉伸卸載后第二次再拉伸與拉伸卸載后第二次壓縮兩曲線之間的應(yīng)變差伸卸載后第二次壓縮兩曲線之間的應(yīng)變差。v包申格應(yīng)變是度量包申格效應(yīng)的基本定量指標(biāo)。包申格應(yīng)變是度量包申格效應(yīng)的基本定量指標(biāo)。v如金屬預(yù)先受大量的塑性變形，因位錯增殖和難如金屬預(yù)先受大量的塑性變形，因位錯增殖和難于重新分布，則在隨后反向加載時，包申格應(yīng)變于重新分布，則在隨后反向加載時，包申格應(yīng)變等于零。等于零。v循環(huán)軟化：循環(huán)軟化：由于對材料反復(fù)加載，而且每次加載由于對材料反復(fù)加載，而且每次加載都要產(chǎn)生少量的變形，使得材料的規(guī)定殘余拉伸都要產(chǎn)生少量的變

19、形，使得材料的規(guī)定殘余拉伸應(yīng)力下降，產(chǎn)生的軟化現(xiàn)象應(yīng)力下降，產(chǎn)生的軟化現(xiàn)象。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v材料的包申格應(yīng)變材料的包申格應(yīng)變 v圖中的圖中的b-c段為包申格應(yīng)變。段為包申格應(yīng)變。消除包申格效應(yīng)的方法：消除包申格效應(yīng)的方法：1.預(yù)先進行較大的塑性變預(yù)先進行較大的塑性變形。形。2.在第二次反向受力前使在第二次反向受力前使金屬材料在回復(fù)或再結(jié)晶金屬材料在回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火溫度下退火 (如鋼：如鋼：400500以上，銅合金：以上，銅合金：250270以上以上)。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v二、彈性后效二、彈性后效（滯彈性）（滯彈性）v加載（或卸載）加載（或卸載）

20、時應(yīng)變落后于時應(yīng)變落后于應(yīng)力而和時間應(yīng)力而和時間有關(guān)的現(xiàn)象。有關(guān)的現(xiàn)象。v加載時為正彈加載時為正彈性后效，卸載性后效，卸載時為反彈性后時為反彈性后效。效。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v彈性后效產(chǎn)生的原因：彈性后效產(chǎn)生的原因：v主要與金屬中的點缺陷移動有關(guān)。主要與金屬中的點缺陷移動有關(guān)。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v彈性后效速率和滯彈性應(yīng)變量與材料的彈性后效速率和滯彈性應(yīng)變量與材料的成分組織有關(guān)，也與試驗條件有關(guān)。成分組織有關(guān)，也與試驗條件有關(guān)。v材料組織越不均勻，則彈性后效越明顯。材料組織越不均勻，則彈性后效越明顯。v溫度升高，彈性后效的速率和滯彈性應(yīng)溫度升高，彈性后效的速

21、率和滯彈性應(yīng)變量都急劇增加。變量都急劇增加。v切應(yīng)力分量越大彈性后效越強列。切應(yīng)力分量越大彈性后效越強列。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v三、彈性滯后和循環(huán)韌性三、彈性滯后和循環(huán)韌性1.彈性滯后：彈性滯后：金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載和卸載金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載和卸載時，由于應(yīng)變落后與應(yīng)力，使加載與卸時，由于應(yīng)變落后與應(yīng)力，使加載與卸載線不重合而行成的一封閉回線載線不重合而行成的一封閉回線。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v由彈性滯后回線圍起來的面積由彈性滯后回線圍起來的面積稱為稱為“彈性滯后彈性滯后環(huán)環(huán)”，該環(huán)表示，該環(huán)表示金屬在加載和卸載的過程中，金屬在加載和卸載的過程中，一部分能量被金屬

22、所吸收，這部分一部分能量被金屬所吸收，這部分被吸收的能被吸收的能量稱為量稱為“金屬的內(nèi)耗金屬的內(nèi)耗”。v金屬內(nèi)耗功的大小用該滯后環(huán)的面積度量。金屬內(nèi)耗功的大小用該滯后環(huán)的面積度量。v如果所加載荷為交變載荷則得到的滯后環(huán)為交如果所加載荷為交變載荷則得到的滯后環(huán)為交變滯后環(huán)。變滯后環(huán)。v如果所加最大應(yīng)力低于該材料的宏觀彈性極限，如果所加最大應(yīng)力低于該材料的宏觀彈性極限，則所得到的滯后環(huán)為彈性滯后環(huán)。則所得到的滯后環(huán)為彈性滯后環(huán)。v如果所加最大應(yīng)力高于該材料的宏觀彈性極限如果所加最大應(yīng)力高于該材料的宏觀彈性極限則所得到的滯后環(huán)為塑性滯后環(huán)。則所得到的滯后環(huán)為塑性滯后環(huán)。3 彈彈 性性 不不 完完 整

23、整 性性v三種滯后環(huán)的類型：三種滯后環(huán)的類型：3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性2.循環(huán)韌性（消振性）循環(huán)韌性（消振性）v金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，稱為力，稱為“金屬的循環(huán)韌性金屬的循環(huán)韌性”，也叫，也叫“金屬的金屬的內(nèi)耗內(nèi)耗”。v循環(huán)韌性指循環(huán)韌性指金屬在塑性變形區(qū)內(nèi)加載吸收不可金屬在塑性變形區(qū)內(nèi)加載吸收不可逆變形功的能力逆變形功的能力。用塑性滯后環(huán)來度量。用塑性滯后環(huán)來度量。v金屬內(nèi)耗指金屬內(nèi)耗指金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載時吸收不可逆金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載時吸收不可逆變形功的能力變形功的能力，用彈性滯后環(huán)面積來度量。，用彈性滯后環(huán)面積來度量

24、。v通?？梢曰煊?。通常可以混用。3 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v循環(huán)韌性的意義在于：材料的循環(huán)韌性越高，則循環(huán)韌性的意義在于：材料的循環(huán)韌性越高，則機件依靠材料自身的消振能力越好，故又稱為機件依靠材料自身的消振能力越好，故又稱為“消振性消振性”。v通常用振動試樣中自由震動振幅的自然對數(shù)值通常用振動試樣中自由震動振幅的自然對數(shù)值 來表示循環(huán)韌性的大小。來表示循環(huán)韌性的大小。v影響循環(huán)韌性的因素與影響彈性滯后的因素類似。影響循環(huán)韌性的因素與影響彈性滯后的因素類似。TTTTTTTkklnln13 彈彈 性性 不不 完完 整整 性性v自由振動衰減曲線自由振動衰減曲線3 彈彈 性性 不不 完完

25、整整 性性v一些金屬材料的循環(huán)韌性一些金屬材料的循環(huán)韌性4 塑塑 性性 變變 形形v一、塑性變形方式及特點一、塑性變形方式及特點v金屬材料常見塑性變形方式滑移和孿生。金屬材料常見塑性變形方式滑移和孿生。v滑移是滑移是金屬材料在切應(yīng)力作用下金屬材料在切應(yīng)力作用下,沿滑移面和滑沿滑移面和滑移方向進行的切變過程移方向進行的切變過程。v孿生也是孿生也是滑移變形的過程滑移變形的過程,只不過和位錯滑移不只不過和位錯滑移不同的是同的是,它是沿孿晶面整體對稱滑移它是沿孿晶面整體對稱滑移?；坪蟮摹；坪蟮慕饘僭右曰泼鏋閷ΨQ軸和未滑移的金屬原金屬原子以滑移面為對稱軸和未滑移的金屬原子一一對稱。子一一對稱。v

26、發(fā)生孿生滑移較位錯滑移所需外力更大發(fā)生孿生滑移較位錯滑移所需外力更大,滑移更滑移更加困難。因此加困難。因此,只有位錯滑移不能進行的條件下只有位錯滑移不能進行的條件下才產(chǎn)生孿生滑移。才產(chǎn)生孿生滑移。4 塑塑 性性 變變 形形v位錯滑移與孿生滑移位錯滑移與孿生滑移v滑移是沿著滑移面上的滑移方向進行的，通常滑移是沿著滑移面上的滑移方向進行的，通常每一個滑移面和一個滑移方向被稱為一個滑移每一個滑移面和一個滑移方向被稱為一個滑移系。金屬中滑移系越多則該金屬越易產(chǎn)生位錯系。金屬中滑移系越多則該金屬越易產(chǎn)生位錯滑移?；?。v通常金屬中的滑移面在原子的最密排面上，而通常金屬中的滑移面在原子的最密排面上，而滑移

27、方向為原子的最密排方向。滑移方向為原子的最密排方向。vbcc金屬有金屬有6個滑移面，個滑移面，2個滑移方向個滑移方向/面，面，12個個滑移系。而滑移系。而fcc金屬有金屬有4個滑移面，有個滑移面，有3個滑移方個滑移方向向/面，面，12個滑移系，但個滑移系，但fcc金屬的塑性好于金屬的塑性好于bcc金屬，說明滑移方向在滑移過程中的作用大于金屬，說明滑移方向在滑移過程中的作用大于滑移面。滑移面。hcp金屬只有兩個滑移面，有三個滑金屬只有兩個滑移面，有三個滑移方向移方向/面，共面，共6個滑移系，因此個滑移系，因此hcp金屬的塑金屬的塑性，較性，較fcc、bcc要差。易于產(chǎn)生孿生變形。要差。易于產(chǎn)生孿

28、生變形。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形v多晶體塑性變形的特點：多晶體塑性變形的特點：v多晶體中每一個晶粒的塑性變形過程和單多晶體中每一個晶粒的塑性變形過程和單晶體相同，但各晶粒之間存在著晶界，而晶體相同，但各晶粒之間存在著晶界，而且各晶粒的取向不同，因此塑性變形有其且各晶粒的取向不同，因此塑性變形有其特有的特點。特有的特點。v1.各晶粒變形的不同時性和不均勻性。各晶粒變形的不同時性和不均勻性。v2.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。4 塑塑 性性 變變 形形v二、屈服現(xiàn)象和屈服點二、屈服現(xiàn)象和屈服點v材料在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力增加到一定材料在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力增

29、加到一定數(shù)值，突然下降并在一定數(shù)值下保持恒數(shù)值，突然下降并在一定數(shù)值下保持恒定（或波動），而變形持續(xù)增加，這種定（或波動），而變形持續(xù)增加，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為“屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象”。v產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為“屈服點屈服點”。記為記為“ ”，試樣，試樣發(fā)生屈服而力首次下發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力稱為降前的最大應(yīng)力稱為“上屈服點上屈服點”記為記為“ ”屈服階段中的最小應(yīng)力稱為屈服階段中的最小應(yīng)力稱為“下下屈服點屈服點”，記為記為“ ”。ssusl4 塑塑 性性 變變 形形v上、下屈服點、屈服平臺、屈服伸長、上、下屈服點、屈服平臺、屈服伸長、呂德斯（呂德斯（Lders

30、）線）線4 塑塑 性性 變變 形形v屈服現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：屈服現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：v材料在拉伸過程中，當(dāng)外力大于屈服極限材料在拉伸過程中，當(dāng)外力大于屈服極限后，在不增加外力的條件下，材料變形繼后，在不增加外力的條件下，材料變形繼續(xù)增加，并產(chǎn)生呂德斯（續(xù)增加，并產(chǎn)生呂德斯（Lders）線，隨）線，隨時間的增加呂德斯線沿試樣表面增加，直時間的增加呂德斯線沿試樣表面增加，直至布滿試樣表面，屈服現(xiàn)象結(jié)束。至布滿試樣表面，屈服現(xiàn)象結(jié)束。v屈服伸長是一個不均勻塑性變形的過程。屈服伸長是一個不均勻塑性變形的過程。4 塑塑 性性 變變 形形屈服現(xiàn)象和下列三個因素有關(guān)：屈服現(xiàn)象和下列三個因素有關(guān)：v1.材料在變形前可

31、動位錯密度很小。材料在變形前可動位錯密度很小。v2.隨塑性變形的發(fā)生，位錯快速增殖。隨塑性變形的發(fā)生，位錯快速增殖。v3.位錯運動速率與外加應(yīng)力有強烈的依存關(guān)系。位錯運動速率與外加應(yīng)力有強烈的依存關(guān)系。v塑性變形應(yīng)變速率與可動位錯密度、位錯運動速塑性變形應(yīng)變速率與可動位錯密度、位錯運動速率及柏氏矢量成正比。率及柏氏矢量成正比。v位錯運動速率決定于外加應(yīng)力大小位錯運動速率決定于外加應(yīng)力大小。vbmv)(0塑性變形應(yīng)變速率；塑性變形應(yīng)變速率；b柏氏矢量的模；柏氏矢量的模；可動位錯密度；可動位錯密度；v位錯運動平均速率。位錯運動平均速率。沿滑移面上的切應(yīng)力；沿滑移面上的切應(yīng)力；0位錯以單位速率運動所

32、需的位錯以單位速率運動所需的切應(yīng)力；切應(yīng)力；4 塑塑 性性 變變 形形vm : 位錯運動速率應(yīng)力敏感指數(shù)。位錯運動速率應(yīng)力敏感指數(shù)。v該指數(shù)越小，則屈服現(xiàn)象越明顯。該指數(shù)越小，則屈服現(xiàn)象越明顯。v通常試驗中上屈服點（通常試驗中上屈服點（su），波動性較），波動性較大，因此常采用下屈服點來代表材料的大，因此常采用下屈服點來代表材料的屈服強度。屈服強度。0AFss0AFslsl4 塑塑 性性 變變 形形v對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，常采用規(guī)定微量塑對于屈服現(xiàn)象不明顯的材料，常采用規(guī)定微量塑性變形伸長應(yīng)力來表征材料對微量塑性變形的抗性變形伸長應(yīng)力來表征材料對微量塑性變形的抗力（屈服強度）。力（屈服強度

33、）。v（1）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力：）規(guī)定非比例伸長應(yīng)力：拉伸過程中，材料拉伸過程中，材料標(biāo)距部分的非比例伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距的百標(biāo)距部分的非比例伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距的百分比時的應(yīng)力分比時的應(yīng)力。( )常用的如：常用的如： 、 v (2) 規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：規(guī)定殘余伸長應(yīng)力：試樣卸除拉伸力后，試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分其標(biāo)距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力比時的應(yīng)力。（。（ ）常用的如：）常用的如： 等。等。v（3）規(guī)定總伸長應(yīng)力：）規(guī)定總伸長應(yīng)力：試樣標(biāo)距部分的總伸長試樣標(biāo)距部分的總伸長達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時的應(yīng)力達到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時

34、的應(yīng)力。( ）pr2 . 0r01. 0p2 . 0pt4 塑塑 性性 變變 形形v三、影響屈服強度的因素三、影響屈服強度的因素v金屬材料往往具有多相組織，故考慮影響金屬材料往往具有多相組織，故考慮影響屈服強度因素時，應(yīng)注意以下三點：屈服強度因素時，應(yīng)注意以下三點：1.屈服變形是位錯增殖和運動的結(jié)果。屈服變形是位錯增殖和運動的結(jié)果。2.實際金屬材料中，單個晶粒的力學(xué)行為不實際金屬材料中，單個晶粒的力學(xué)行為不能決定整個材料的力學(xué)行為（晶界、相鄰能決定整個材料的力學(xué)行為（晶界、相鄰晶粒的約束、材料的化學(xué)成分、第二相的晶粒的約束、材料的化學(xué)成分、第二相的影響等影響等) 。3.各種外界因素通過影響位錯

35、運動而影響屈各種外界因素通過影響位錯運動而影響屈服強度。服強度。4 塑塑 性性 變變 形形v（一）影響屈服強度的內(nèi)在因素（一）影響屈服強度的內(nèi)在因素v1.金屬本性及晶格類型金屬本性及晶格類型v晶格阻力（派納力晶格阻力（派納力 ）v派納力：派納力：在理想晶體中。僅存在一個位錯運動在理想晶體中。僅存在一個位錯運動時所需克服的阻力時所需克服的阻力。v：位錯寬度，位錯寬度， ，為滑移面內(nèi)原子位移，為滑移面內(nèi)原子位移大于大于50b區(qū)域的寬度。區(qū)域的寬度。npbbanpeGeG2)1(212121a4 塑塑 性性 變變 形形v位錯寬度位錯寬度大時，原子偏離平衡位置小，大時，原子偏離平衡位置小，晶格畸變小，

36、派納力小。反之，則大。晶格畸變小，派納力小。反之，則大。v滑移面的原子面間距最大，滑移方向原子滑移面的原子面間距最大，滑移方向原子間距最小，派納力小，位錯最易運動。間距最小，派納力小，位錯最易運動。v不同的材料，其滑移面、滑移方向的原子不同的材料，其滑移面、滑移方向的原子間距不同，故派納力也不相同。間距不同，故派納力也不相同。v派納力還和剪切模量派納力還和剪切模量G有關(guān)。有關(guān)。4 塑塑 性性 變變 形形位錯之間交互作用產(chǎn)生的阻力有兩種類型：位錯之間交互作用產(chǎn)生的阻力有兩種類型：v平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力。平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力。v運動位錯和林位錯交互作用產(chǎn)生的阻力。運動位錯和林位錯交

37、互作用產(chǎn)生的阻力。v兩者都正比于兩者都正比于Gb，反比于位錯間距離，反比于位錯間距離L。LGb。、位錯結(jié)構(gòu)及分布有關(guān)比例系數(shù)，與晶體本性主滑移面中位錯密度:2/1 L因為，21Gb故，4 塑塑 性性 變變 形形v2.晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)v晶粒小，晶界面積增加，阻礙位錯運動，故使晶粒小，晶界面積增加，阻礙位錯運動，故使材料的屈服強度增加。材料的屈服強度增加。v晶粒小，減小晶粒內(nèi)部位錯塞積長度，使材料晶粒小，減小晶粒內(nèi)部位錯塞積長度，使材料的屈服強度增加。的屈服強度增加。v屈服強度與晶粒大小的關(guān)系符合霍爾派奇屈服強度與晶粒大小的關(guān)系符合霍爾派奇（Hall-Patch）公式，即：）公式，

38、即：晶粒平均直徑；晶界對位錯的釘扎常數(shù)位錯運動的總阻力；:2/1dkdkyiyis4 塑塑 性性 變變 形形v霍爾霍爾-派奇公式對以鐵素體為基的鋼而言，晶粒大小派奇公式對以鐵素體為基的鋼而言，晶粒大小在在0.3400m之間都符合。之間都符合。vbcc金屬較金屬較fcc、hcp金屬的金屬的ky值都高，所以值都高，所以bcc金屬細金屬細晶強化作用明顯，而晶強化作用明顯，而fcc、hcp金屬則差之。金屬則差之。v細晶強化不僅可以提高金屬的強度，同時也使金屬細晶強化不僅可以提高金屬的強度，同時也使金屬的塑性、韌性增加。的塑性、韌性增加。v亞晶界的作用和晶界類似。符合霍爾派奇公式。亞晶界的作用和晶界類似

39、。符合霍爾派奇公式。v相界也阻礙位錯運動，同時相界兩側(cè)金屬具有不同相界也阻礙位錯運動，同時相界兩側(cè)金屬具有不同的晶體結(jié)構(gòu)和性能，因此，多相合金中第二相的大的晶體結(jié)構(gòu)和性能，因此，多相合金中第二相的大小、形狀、分布等因素均對屈服強度有影響小、形狀、分布等因素均對屈服強度有影響。4 塑塑 性性 變變 形形v3.溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素v金屬中加入溶金屬中加入溶質(zhì)元素，將對質(zhì)元素，將對金屬產(chǎn)生固溶金屬產(chǎn)生固溶強化作用，使強化作用，使材料的屈服強材料的屈服強度增加。度增加。v通常，間隙溶通常，間隙溶質(zhì)對金屬的強質(zhì)對金屬的強化作用大于置化作用大于置換原子。換原子。v溶質(zhì)原子與基體原子的直徑不同，引起晶溶質(zhì)原子與

40、基體原子的直徑不同，引起晶格畸變，形成畸變應(yīng)力場，使金屬強化。格畸變，形成畸變應(yīng)力場，使金屬強化。v溶質(zhì)原子對位錯的運動起到了釘扎作用。溶質(zhì)原子對位錯的運動起到了釘扎作用。v溶質(zhì)原子還和基體原子之間產(chǎn)生電學(xué)交互溶質(zhì)原子還和基體原子之間產(chǎn)生電學(xué)交互作用、化學(xué)交互作用以及有序化作用。作用、化學(xué)交互作用以及有序化作用。v空位對金屬的強化作用，類似與置換溶質(zhì)空位對金屬的強化作用，類似與置換溶質(zhì)的作用。的作用。v固溶強化將增加材料的強度，但同時降低固溶強化將增加材料的強度，但同時降低材料的塑性和韌性。材料的塑性和韌性。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形v4.第二相第二相v多相合金中，除

41、基體以外的其它相。多相合金中，除基體以外的其它相。第二相對屈服強度的影響：第二相對屈服強度的影響：v第二相可以分為兩類第二相可以分為兩類v不可變形的第二相，如碳化物、氮化物等。不可變形的第二相，如碳化物、氮化物等。v可變形的第二相，如可變形的第二相，如GP區(qū)、區(qū)、相等。相等。4 塑塑 性性 變變 形形v不可變形的第二相大都是以很小的質(zhì)點不可變形的第二相大都是以很小的質(zhì)點方式存在，其強化可以有兩種類型：方式存在，其強化可以有兩種類型：v彌散強化、沉淀強化。彌散強化、沉淀強化。v彌散強化：彌散強化：以很細小的質(zhì)點方式分布在以很細小的質(zhì)點方式分布在基體上基體上。v沉淀強化：沉淀強化：先固溶到基體里，

42、然后在回先固溶到基體里，然后在回火（或時效）時彌散析出在基體上火（或時效）時彌散析出在基體上。4 塑塑 性性 變變 形形v根據(jù)位錯理論，材料中的位錯在運動過根據(jù)位錯理論，材料中的位錯在運動過程中，遇到不可變形的第二相，將采取程中，遇到不可變形的第二相，將采取繞過的辦法，并留下位錯環(huán)，材料的屈繞過的辦法，并留下位錯環(huán)，材料的屈服強度取決于第二相質(zhì)點的密度。服強度取決于第二相質(zhì)點的密度。4 塑塑 性性 變變 形形v含有可變形第二相的材料，當(dāng)位錯運動含有可變形第二相的材料，當(dāng)位錯運動遇到第二相時，可以運用切過機制，使遇到第二相時，可以運用切過機制，使之與基體一同變形，由此也可以提高屈之與基體一同變形

43、，由此也可以提高屈服強度。服強度。v這是由于質(zhì)點與基體間晶格錯排及位錯這是由于質(zhì)點與基體間晶格錯排及位錯切過質(zhì)點產(chǎn)生新的界面需要做功等原因切過質(zhì)點產(chǎn)生新的界面需要做功等原因造成的。這類質(zhì)點的強化效果與粒子本造成的。這類質(zhì)點的強化效果與粒子本身的性質(zhì)及與基體的結(jié)合情況有關(guān)。身的性質(zhì)及與基體的結(jié)合情況有關(guān)。4 塑塑 性性 變變 形形v塊狀第二相對屈服強度的影響塊狀第二相對屈服強度的影響v一般認(rèn)為，塊狀第二相阻礙滑移，使基一般認(rèn)為，塊狀第二相阻礙滑移，使基體產(chǎn)生不均勻滑移，由于局部的約束增體產(chǎn)生不均勻滑移，由于局部的約束增加而導(dǎo)致強化。加而導(dǎo)致強化。v一些經(jīng)驗公式可以測這兩相組織的強度：一些經(jīng)驗公式

44、可以測這兩相組織的強度：如：混合率或霍爾派奇公式等如：混合率或霍爾派奇公式等:混合率：混合率：)(31313)1 (CFesff4 塑塑 性性 變變 形形v霍爾派奇公式也是適用，如：珠光體霍爾派奇公式也是適用，如：珠光體強度：強度：212.0ptKS片片狀狀珠珠光光體體的的屈屈服服強強度度：材材料料常常數(shù)數(shù)。珠珠光光體體片片層層間間距距。的的總總阻阻力力，摩摩擦擦阻阻力力。位位錯錯在在基基體體金金屬屬中中運運動動、:2.0 KSipiv上式表明上式表明,在某些混合物中，合金的強度決在某些混合物中，合金的強度決定于第二相對位錯運動的阻力。定于第二相對位錯運動的阻力。v第二相的強化效果還與其尺寸、

45、形狀、數(shù)第二相的強化效果還與其尺寸、形狀、數(shù)量和分布以及第二相與基體的強度、塑性量和分布以及第二相與基體的強度、塑性和應(yīng)變硬化特性、兩相之間的晶體學(xué)配合和應(yīng)變硬化特性、兩相之間的晶體學(xué)配合和界面能等因素有關(guān)。和界面能等因素有關(guān)。v長型的第二相比球形的對位錯阻力更大，長型的第二相比球形的對位錯阻力更大，因此，片狀珠光體比球狀珠光體強度高。因此，片狀珠光體比球狀珠光體強度高。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形v一般第二相都是硬、脆物質(zhì)。因此如果第一般第二相都是硬、脆物質(zhì)。因此如果第二相以網(wǎng)狀在晶界分布時，材料較脆。二相以網(wǎng)狀在晶界分布時，材料較脆。v彌散分布于較軟的基體上，韌性最

46、好。彌散分布于較軟的基體上，韌性最好。v綜上所述，綜上所述，屈服強度是一個對成分、組織屈服強度是一個對成分、組織極為敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，受許多內(nèi)在因極為敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，受許多內(nèi)在因素的影響，改變合金成分或熱處理工藝都素的影響，改變合金成分或熱處理工藝都可使屈服強度產(chǎn)生明顯變化?？墒骨姸犬a(chǎn)生明顯變化。4 塑塑 性性 變變 形形（二）影響屈服強度的外在因素（二）影響屈服強度的外在因素】v影響屈服強度的外在因素有溫度、應(yīng)變速率、影響屈服強度的外在因素有溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)力狀態(tài)。v一般，溫度升高，金屬材料的屈服強度降低，一般，溫度升高，金屬材料的屈服強度降低，圖圖116。v晶體結(jié)構(gòu)不

47、同，其變化規(guī)律不同，圖晶體結(jié)構(gòu)不同，其變化規(guī)律不同，圖115 。4 塑塑 性性 變變 形形vbcc金屬溫度效應(yīng)較強烈，金屬溫度效應(yīng)較強烈，fcc、hcp金屬金屬差之。差之。v屈服強度隨應(yīng)變速率的變化較抗拉強度屈服強度隨應(yīng)變速率的變化較抗拉強度的變化強烈的多，圖的變化強烈的多，圖117 。4 塑塑 性性 變變 形形v通常，靜拉伸試驗使用的應(yīng)變速率為通常，靜拉伸試驗使用的應(yīng)變速率為。v對許多工程材料，應(yīng)變速率按此值變化一個對許多工程材料，應(yīng)變速率按此值變化一個數(shù)量級，它們的數(shù)量級，它們的曲線不發(fā)生變化。曲線不發(fā)生變化。v但當(dāng)應(yīng)變速率過高時，材料的屈服強度和抗但當(dāng)應(yīng)變速率過高時，材料的屈服強度和抗拉

48、強度將明顯增加。如：冷扎、拉絲應(yīng)變速拉強度將明顯增加。如：冷扎、拉絲應(yīng)變速率可達率可達。v在測定材料的屈服強度時應(yīng)按在測定材料的屈服強度時應(yīng)按GB規(guī)定的伸長規(guī)定的伸長速率進行試驗，才能得到可資比較的屈服強速率進行試驗，才能得到可資比較的屈服強度值。度值。4 塑塑 性性 變變 形形v在應(yīng)變量與溫度一定時，流變應(yīng)力與應(yīng)在應(yīng)變量與溫度一定時，流變應(yīng)力與應(yīng)變速率的關(guān)系為：變速率的關(guān)系為：應(yīng)變速率敏感指數(shù)；應(yīng)變速率；一定應(yīng)力狀態(tài)下為常數(shù)流變應(yīng)力；應(yīng)變量與溫度一定時的、mCt1mtC)(1、vC1和和 m與試驗溫度及晶粒大小有關(guān)。與試驗溫度及晶粒大小有關(guān)。v純金屬材料的純金屬材料的m值很低（值很低（0.1

49、）v對于一般鋼材對于一般鋼材 m = 0.2 ;v對于超塑性金屬，對于超塑性金屬，m 值較高（值較高（m3）；）；v金屬材料金屬材料m值越高，拉伸時越易產(chǎn)生縮頸；值越高，拉伸時越易產(chǎn)生縮頸；v應(yīng)力狀態(tài)也影響屈服強度，切應(yīng)力分量越大，應(yīng)力狀態(tài)也影響屈服強度，切應(yīng)力分量越大，材料越易產(chǎn)生塑性變形，屈服強度越低。材料越易產(chǎn)生塑性變形，屈服強度越低。v三向應(yīng)力條件下材料的屈服強度增加。三向應(yīng)力條件下材料的屈服強度增加。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形（形變強化）（形變強化）v所謂應(yīng)變硬化就是說，所謂應(yīng)變硬化就是說，材料發(fā)生屈服以后，隨材料發(fā)生屈服以后，隨著變形的進行，變形抗力不斷增

50、加的現(xiàn)象著變形的進行，變形抗力不斷增加的現(xiàn)象。v（一）應(yīng)變硬化的意義（一）應(yīng)變硬化的意義v1.提高機件的抗偶然過載能力。提高機件的抗偶然過載能力。v2.可使金屬均勻塑性變形。可使金屬均勻塑性變形。v3.強化金屬的重要手段。強化金屬的重要手段。v4.改善低碳鋼的切削加工性能改善低碳鋼的切削加工性能。4 塑塑 性性 變變 形形v（二）應(yīng)變硬化機理（二）應(yīng)變硬化機理v上圖為三種不同單晶體金屬屈服后的上圖為三種不同單晶體金屬屈服后的曲線，曲線，曲線的斜率稱為曲線的斜率稱為“應(yīng)變硬化速率應(yīng)變硬化速率”。v圖中圖中fcc單晶體金屬的硬化曲線可以分為三個階單晶體金屬的硬化曲線可以分為三個階段，即：易滑移階段

51、、線性硬化階段、拋物線硬段，即：易滑移階段、線性硬化階段、拋物線硬化階段?；A段。v易滑移階段：易滑移階段：d/d很低，大約為很低，大約為10-4G量級。量級。v線性硬化階段：線性硬化階段： d/d為常數(shù)為常數(shù),大約大約300/G量級。量級。v拋物線階段：拋物線階段： d/d隨形變增加逐漸減小。隨形變增加逐漸減小。v三個變形階段對應(yīng)三種不同的變形和硬化機理。三個變形階段對應(yīng)三種不同的變形和硬化機理。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形v易滑移階段，主要是單系滑移。位錯密度很低，易滑移階段，主要是單系滑移。位錯密度很低，運動不受其它位錯的阻礙，故運動不受其它位錯的阻礙，故d/d很

52、低，大約很低，大約在在10-4G的量級。的量級。v線性硬化階段，線性硬化階段， d/dG/300，為多系滑移，由，為多系滑移，由于位錯的交互作用，形成割階、于位錯的交互作用，形成割階、Lomer-Cottrell位位錯鎖和胞狀結(jié)構(gòu)等障礙，使位錯運動阻力增加，錯鎖和胞狀結(jié)構(gòu)等障礙，使位錯運動阻力增加，故故d/d線性增加。線性增加。v拋物線硬化階段，塑性變形是通過交滑移來實現(xiàn)拋物線硬化階段，塑性變形是通過交滑移來實現(xiàn)的，并有可能通過雙交滑移而使位錯回到原來的的，并有可能通過雙交滑移而使位錯回到原來的滑移面，避開滑移障礙。因此，使得滑移面，避開滑移障礙。因此，使得 d/d下降。下降。在此階段的硬化主

53、要是由滑移面上的刃位錯引起在此階段的硬化主要是由滑移面上的刃位錯引起的，因為刃位錯不能產(chǎn)生交滑移。的，因為刃位錯不能產(chǎn)生交滑移。v多晶體金屬一開始就是交滑移所以在應(yīng)力應(yīng)變曲多晶體金屬一開始就是交滑移所以在應(yīng)力應(yīng)變曲線上沒有易滑移階段，主要是第三階段且線上沒有易滑移階段，主要是第三階段且d/d較較單晶體要大。單晶體要大。4 塑塑 性性 變變 形形（三）應(yīng)變硬化指數(shù)（三）應(yīng)變硬化指數(shù)nv應(yīng)變硬化指數(shù)反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變應(yīng)變硬化指數(shù)反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。是表征應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)。形的能力。是表征應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)。v在金屬材料真應(yīng)力應(yīng)變曲線上的均勻塑性變形在金屬材料真應(yīng)力應(yīng)變

54、曲線上的均勻塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間符合階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間符合Hollmon關(guān)系式，關(guān)系式，即：即：nKeS 時的真實應(yīng)力。變等于硬化系數(shù)，是真實應(yīng)應(yīng)變硬化指數(shù)；真實應(yīng)變；真實應(yīng)力；0.1KneS 4 塑塑 性性 變變 形形vn=1,表示完全理想彈性體，表示完全理想彈性體，S與與e成正比關(guān)系；成正比關(guān)系；vn=0,表示材料沒有應(yīng)變硬化能力，表示材料沒有應(yīng)變硬化能力，S=K常數(shù)；常數(shù)；v大多數(shù)金屬的大多數(shù)金屬的n值在值在0.10.5之間。之間。v和和n值有關(guān)的因素：值有關(guān)的因素：vn值和材料的層錯能有關(guān)，層錯能高值和材料的層錯能有關(guān)，層錯能高n值低。值低。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑

55、 性性 變變 形形v屈服強度高，屈服強度高，n值低。值低。ns=常數(shù)。常數(shù)。v合金中合金中,溶質(zhì)原子數(shù)量增加溶質(zhì)原子數(shù)量增加,n值下降。值下降。v晶粒尺寸增大晶粒尺寸增大,n值提高。值提高。v應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)n數(shù)值上等于形成頸縮時的真數(shù)值上等于形成頸縮時的真實均勻應(yīng)變量實均勻應(yīng)變量eB(或或eB)。條件是。條件是:只有在真應(yīng)只有在真應(yīng)力應(yīng)變曲線上的均勻塑性變形階段力應(yīng)變曲線上的均勻塑性變形階段,且符合且符合Hollomon關(guān)系式時才成立。關(guān)系式時才成立。v奧氏體鋼由于形變誘發(fā)馬氏體相變引起的硬奧氏體鋼由于形變誘發(fā)馬氏體相變引起的硬化大于應(yīng)變硬化化大于應(yīng)變硬化,故此類鋼不存在故此類鋼不存

56、在n=eB關(guān)系。關(guān)系。v只有退火、正火、調(diào)質(zhì)態(tài)金屬只有退火、正火、調(diào)質(zhì)態(tài)金屬n值才等于值才等于eB.4 塑塑 性性 變變 形形v中碳鋼經(jīng)淬火、不同溫度下后的中碳鋼經(jīng)淬火、不同溫度下后的n與與eB的的對比數(shù)據(jù)：對比數(shù)據(jù)：4 塑塑 性性 變變 形形v根據(jù)根據(jù)GB5028-85金屬薄板拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)金屬薄板拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）值） 試驗方法試驗方法規(guī)定測定規(guī)定測定n值。值。v一般用直線作圖法：將一般用直線作圖法：將Hollomon公式兩邊取對公式兩邊取對數(shù)數(shù),則：則： lgS=lgK+nlge則有：則有：lgs-lge線性線性關(guān)系曲線，該曲線關(guān)系曲線，該曲線的斜率則為所求的的斜率則為所求的n值

57、。即為值。即為“應(yīng)變硬應(yīng)變硬化指數(shù)化指數(shù)“。v五、縮頸現(xiàn)象五、縮頸現(xiàn)象（一）縮頸的意義（一）縮頸的意義v縮頸是應(yīng)變硬化與截面減小綜合作用的結(jié)果?？s頸是應(yīng)變硬化與截面減小綜合作用的結(jié)果。v在在B點以前，塑性變形是均勻的，因為隨著材料變形的點以前，塑性變形是均勻的，因為隨著材料變形的增加應(yīng)變硬化增加，且承載能力增加，可以補償因截面增加應(yīng)變硬化增加，且承載能力增加，可以補償因截面減小使其承載能力下降的作用。減小使其承載能力下降的作用。vB點以后，由于點以后，由于 應(yīng)變硬化跟不上塑性變形發(fā)展，使變形應(yīng)變硬化跟不上塑性變形發(fā)展，使變形集中于試樣的局部，因此產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象。集中于試樣的局部，因此產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象

58、。vB點以前點以前dF0,B點以后點以后dF0，B點點dF0為最大力點。為最大力點。vB點是局部塑性變形開始點，亦稱拉伸失穩(wěn)點或塑性失點是局部塑性變形開始點，亦稱拉伸失穩(wěn)點或塑性失穩(wěn)點。穩(wěn)點。4 塑塑 性性 變變 形形4 塑塑 性性 變變 形形v（二）縮頸的判據(jù)（二）縮頸的判據(jù)vdF=0,即拉伸圖上的即拉伸圖上的B點（最大力點），點（最大力點），也是曲線的拐點。對其進行全微分，也是曲線的拐點。對其進行全微分，則有則有 dF=AdS+SdA=0;v所以所以 v在塑性變形中，在塑性變形中，dS恒大于零，恒大于零，dA恒小恒小于零。于零。v根據(jù)塑性變形中，體積不變的原理則根據(jù)塑性變形中，體積不變的原

59、理則有：有：dV=0；因；因V=AL,故：故：AdL+LdA=0;SdSAdAv故，故，v聯(lián)立以上兩式，則有聯(lián)立以上兩式，則有：v根據(jù)上式，當(dāng)應(yīng)變根據(jù)上式，當(dāng)應(yīng)變 硬化速率等于該點硬化速率等于該點 的真實應(yīng)力（流變的真實應(yīng)力（流變 應(yīng)力）時，縮頸產(chǎn)應(yīng)力）時，縮頸產(chǎn) 生。生。v下圖中兩曲線的交下圖中兩曲線的交 點則為縮頸的產(chǎn)生點則為縮頸的產(chǎn)生 點。（點。（dS/de=S）4 塑塑 性性 變變 形形1ddeLdLAdA1SddSdedSS或（三）確定縮頸點及頸部應(yīng)力的修正（三）確定縮頸點及頸部應(yīng)力的修正1.縮頸點的確定縮頸點的確定v用分析法確定拉伸失穩(wěn)點用分析法確定拉伸失穩(wěn)點v在拉伸失穩(wěn)點處，在拉

60、伸失穩(wěn)點處，Hollomon關(guān)系成立，關(guān)系成立，v這表明，金屬材料的應(yīng)變硬化指數(shù)等于最這表明，金屬材料的應(yīng)變硬化指數(shù)等于最大真實均勻塑性應(yīng)變量時，縮頸便會產(chǎn)生。大真實均勻塑性應(yīng)變量時，縮頸便會產(chǎn)生。4 塑塑 性性 變變 形形)(為試樣的真實抗拉強度bnbbSKeS 。1nbbKnedS因此：所以，,1nbnbKneKenebv縮頸還和應(yīng)變硬化敏感指數(shù)縮頸還和應(yīng)變硬化敏感指數(shù)m有關(guān)。有關(guān)。v若若m值低，則在一定溫度和應(yīng)變條件下的值低，則在一定溫度和應(yīng)變條件下的流變應(yīng)力就比較低，致流變應(yīng)力就比較低，致dS/deS,故不能有故不能有效阻止縮頸形成；效阻止縮頸形成；v反之，反之，m值高時，縮頸處應(yīng)力急