金属材料的塑性变形

1、ZC0CE1.3金属材料的塑性变形1.3.1屈服强度及其影响因素1. 屈服标准工程上常用的屈服标准有三种：(1) 比例极限 应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用c p表示，超过c p时即认为材料开始屈服。(2) 弹性极限 试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以C el表示。应力超过C el时即认为材料开始屈服。(3) 屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈 服强度，符号为C 0.2或C ys O2. 影响屈服强度的因素影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服

2、强度与陶 瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化； 形变强化；(3)沉淀强化和弥散 强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的 手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶 粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。随着温度的降低与应变速率的 增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的 低温脆化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反

3、映材料的内在性能的一个本质指标， 但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时 的屈服强度。3. 屈服强度的工程意义传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力C = (7 ys/n ,安全 系数n般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力7 = 7 b/n，安全系数n 般取6。需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度， 但是 随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度 量。例如材料屈服

4、强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和 焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。1.3.2 加工硬化和真应力一应变曲线1. 真实应力-应变曲线材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。但材料的加工硬化行为，不能用条件的应$硬化作用较强，足以补偿因截面之减小所引起的应力升高，而在交点的右方dS/d S加工硬化的能力已经失去或已十分微弱，导致颈缩发生。在发生颈缩时所对应的均匀真应变量m在数值上等于n（见ScllflLSflird00Un006)04002O图 1-8）。因为从n的疋义得出 dS/d =n S/ 颈缩条件为dS/d =S代入上式得n

5、=m2. 抗拉强度在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力。 脆性材料用于产品设计时，其许用应力是以抗拉强度为依据的。抗拉强度对一般的塑性材料有什么意义呢？虽然抗拉强度只代表产生最大 均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力。对应于抗拉强度c b的但外表示外载荷，是试样所能承受的最大载荷，尽管此后颈缩在不断发展，实际应力在不断增加, 载荷却是在很快下降的。134塑性的测量及其实际意义1.塑性的测量工程上常用条件塑性而不是真实塑性。拉伸时条件塑性以延伸率;和断面收缩率亍（点击察看动画演示）“为均匀变形阶段的最大延伸率；八为局集变形时的延伸率；断裂时总延伸率为弓=4叫）仏，相应地

6、断面收缩率表示断裂时的最小截面积2.塑性指标间的关系塑性指标间的关系要区分颈缩前和颈缩后的这两种情况。对于颈缩前，由于变形前后体积不变F 十加列（1+为珂（1+刀*0A 25小珂g咼（i-）m）于是得到条件塑性与断面收缩率之间的关系有可以看出均匀变形时恒大于如研究均匀变形阶段真实塑性和条件塑性间的关系= In = ln(l + 5) = In可以看出条件塑性恒大于真实塑性-在发生颈缩后，由于局部变形的结果，条件塑性和已不能建立关系，真实塑性工1琐1 +可。但是真实塑性占仍可按照颈缩区域体积不变，求得和条件塑性 炉之间的关系因此，在断裂时可通过测量 心，求得真实塑性 二f3. 塑性的实际意义试样拉断时所测得的条件延伸率 二主要反映了材料均匀变形的能力，而断面收缩率 门则 主要反映了材料局部变形的能力。如试样的 儿，说明拉断时不产生颈缩，反之发生颈缩 的试样，其e 八。135 静力韧度材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。严格的说，它应该 I Ed E是真应力-应变曲线下所包围的面积也就是.J工程上为了简化方便，近似地采取：对塑性材料