材料力学第一章(二) 拉伸过程中的变形及力学性能指标.ppt

1、1、第一章，材料在单轴静拉伸载荷下的力学性能，发表人：刘桂武江苏高等院校材料学院，Email:电话：材料力学性能，2，1，拉伸过程中的弹性变形2，拉伸过程中的塑性形变3 (2)弹性变形(elastic deformation ) :材料外力(3)弹性模数(elastic modulus，modulusofelasticity ) :是表示材料弹性的物理残奥计，也是材料在弹性变形范围内，与应力对应的应变之比E=/、材料内部原子间的结合力弱的直接的尺度。 4、一、基本概念；(4)刚度(stiffness ) :指物体(固体)在外力作用下抵抗变形的能力，可以用产生单位变形所

2、需的外力值进行测量。 刚性越高，物体看起来越硬。 (5)弹性比工作：材料表示吸收弹性变形工作的能力，弹性比能量、应变比能量由弹性模数和弹性极限(即材料从弹性变形转变为弹塑性变形时的应力)来决定。 (6)滞弹性(anelasticity ) :在弹性范围内加速加载或卸载后，随时延长而产生附加弹性变形的现象。 5、一、基本概念、(7)循环弹性(cyclic elasticity ) :在交变负荷(振动)下材料吸收不可逆变形功的能力。 (8)包申格效应(Bauschingerseffect，Bauschinger effect):简单地说，预先加载产生少量塑性形变的金属材料，再次进行同向或反向加载时

3、，残馀拉伸应力(弹性极限或屈服极限)增加(9)塑性形变(plasticdeformation ) :材料因外力而产生的永久不能恢复的变形。 方式：滑动和孪生子。 (6)、一、基本概念；(10 )屈服现象和屈服极限/屈服极限(yieldpoint/yield limit ) :屈服现象：在抗拉试验过程中，外力不增加(恒定)的样品可以继续伸长(11 )应变硬化/应变强化(strain hardening，strainstrengthening ) 此时，为了使材料继续变形，需要增大应力。 经屈服滑动，材料再次呈持续变形的能力，称为应变硬化。 应变硬化特性：金属材料有阻止继续塑性形变的能力。 塑性应

4、变是硬化的原因，硬化是塑性形变的结果。 (7)、一、基本概念；(12 )塑性(plasticity ) :材料在断裂前塑性形变(不可逆永久变形)的能力，即固体材料在外力作用下稳定永久变形，无损其完全性(不断裂、不破损)的能力；“延展性”(ductility ) :材料塑性形变时不破坏的能力金属材料断裂前产生的塑性形变由均匀塑性形变和集中塑性形变两部分组成(因为没有不均匀屈服塑性形变，只有低碳钢是其应力应变曲线)。 塑性指标(plasticityindex ) :断裂伸长率() 、断面收缩率() 、8、一、基本概念、(12 )韧性/韧性：韧性(tenacity/tool )韧性(toughnes

5、s ) :是材料的力学性能，是材料在断裂前吸收塑性功和断裂功的能力，或者是材料抵抗裂纹扩展的能力。 静力韧性值：材料在静拉伸时每单位体积的断裂前吸收的功是强度和塑性的综合指标，9、2、知识点、10、弹性变形、弹性变形及其本质，(1)弹性(概念？ 变形表现：可逆性变形。 无论在加载期间还是卸载期间，应力与应变之间都保持一值线性关系，弹性变形量小，金属一般为0.5%1%以下，陶瓷一般为0.1%(0.01% )，高分子材料一般为200% (1001000% )以上。 (2)实质：晶格中的原子由平衡位置产生可逆位移的反映。 (3)解释：双原子模型在原子间的相互平衡受到力破坏时，原子的位置必须进行相应的

6、调整，即产生位移，原子的位移总和在宏观上表现为变形。 11、弹性变形、胡克定律：表示材料或微小单位的应力-应变关系的规则。 包括单向拉伸、剪切和扭转、广义。 (1)简单应力状态的胡克定律，(a )单向拉伸：(b )剪切：(c )扭转：12，弹性变形，胡克定律，(2)广义的胡克定律。 在复杂的应力状态中，用广义胡克定律描述应力和应变的关系：如果公式中的1，2，3主应力1，2，3主应变主应力有压缩应力，则为负。 畸变为正时表示伸长，为负时表示收缩。 弹性变形、弹性模数(1)是材料弹性的物理残奥表，材料在弹性变形范围内，应力与对应应变之比(E=/)也是材料内部原子间结合力强弱的直接尺度。 (2)弹性

7、模数的大小反映了材料对外力的抵抗力；(3)工序上的弹性模数被称为材料的刚性，表示材料对弹性变形的抵抗力，其值越大，在同一应力下发生的弹性变形就越小。 单晶呈现弹性各向异性现象、多晶各向同性(伪各向异性现象)。 弹性模数与原子间作用力(主)和原子间距离有关。 由于原子间作用力取决于材料的原子性和晶格型，因此，弹性模数主要取决于材料的原子性和晶格型。 (4)合金化、热处理、冷塑性形变对弹性模数影响不大，材料的弹性模数是对组织不敏感的力学性能指标，外在因素的变化对其影响也比较小。 弹性变形、弹性比功，(1)弹性比功是指材料吸收弹性变形功的能力，又称为弹性比能量、应变比能量。 (2)一般用材料开始塑性

8、形变前体积吸收的最大弹性变形功表示。 材料拉伸时弹性比功在应力应变曲线上的弹性变形阶段的面积分别为弹性比功ae、弹性极限e、最大弹性应变e，因此材料的弹性比功取决于弹性模数和弹性极限(材料从弹性变形转变为弹塑性变形时的应力)。 e是表示材料弹性的重要残奥表，e值越高，材料的弹性越好，不易产生塑性形变。弹性变形、滞弹性(弹性后效应)、(1)在弹性范围内快速加载或卸载后，随时延长产生附加弹性应变的现象。 (2)弹性/塑性磁滞回线(塑性区域/弹性区域中的负荷与卸载线不重合，形成闭合曲线) (3)循环韧性(内消耗):材料由塑性区域/弹性区域的交变负荷(振动)吸收的不可逆变形的能力，在单向式拉伸迟滞现象

9、卸载后再次向相同方向施加负荷， 规定了残留的伸长应力(弹性极限或屈服强度)增加(的现象)，或者向反方向施加负荷，残留的伸长应力降低(特别是弹性极限在反方向负荷时几乎降低到零)的现象。 (2)原因：包申格效应与材料中位错运动所受阻力变化有关。预先拉伸(应变2 )、屈服强度约380MPa； 再次可逆压缩负荷、压缩屈服强度为100MPa左右，弹性变形、包申格(Bauschinger )效应，(3)测量包申格效应的基本量化指标为包申格应变，这是指在规定应力下，正向负荷和反向负荷两应力应变曲线间的应变差。 (4)消除金属材料包申格效应的方法：可以预先进行较大的塑性形变，或者在第二次反向受力之前恢复或再结

10、晶温度金属材料并进行退火。 (5)包申格效应的意义： (a )包申格效应在受应变疲劳载荷作用的机械零件应变疲劳过程中，每一个循环产生微量的塑性形变，在反向载荷时微量的塑性形变阻力(规定的残馀应力)降低，显示循环软化现象。 (b )对于预先受到冷塑性形变的材料，如果在兵役时受到反作用力，则必须考虑冷型材和管子在受压状态下使用等微量的塑性形变阻力降低的有害影响。 (c )利用薄板的反弯曲成形等包申格效应。 拉伸的钢棒用辊压机变为直溜溜等。塑性形变、塑性形变的方式和特点，材料的宏命令塑性形变来自微观上大量的位移运动的结果。 (原子位移总和表示变形)金属(塞拉混合双打？ 材料中常见的塑性形变方式是滑动

11、和孪生子(材料科学的基础)。 滑动是材料因剪切应力而沿着滑移面(原子最密列面)和滑动方向(原子最密列方向)进行的滑动过程。 孪生子也是材料在剪切应力的作用下沿着特定的结晶面和特定的结晶面进行的塑性形变方式。 滑动系越多，材料的塑性越好。 由于陶瓷材料(超塑性、温度和负载速度密切相关)多晶材料存在晶界，因此各晶粒的取向也不同，多晶材料的塑性形变特征： (1)各晶粒变形的不同时性和不均匀性；(2)各晶粒变形的相互协调性、塑性形变、屈服现象和屈服极限；(2)屈服现象的表现：试验中外力增加或者外力增加到一定值时急剧降低，之后试料不会增加或上下变动，继续伸长变形。 (3)由应力表示的屈服极限或下降点表示

12、材料对微量塑性形变的抵抗力，即屈服强度。 屈服强度是金属材料重要的力学性能指标，是工艺上从静强度的角度选择韧性材料的基本判断标准。上下屈服极限屈服拉伸屈服平台/齿、塑性形变、屈服现象和屈服极限(屈服强度)、(4)与屈服现象有关的元件材料在变形前可动位错密度小(或有多个位错被固定，例如钢中的位错被固定在杂质原子或第二相质点)； 伴随着塑性形变的产生，变位急速增殖的变位的运动速度与施加应力有很强的依存关系。 (5)在研究影响屈服强度的因素时，屈服变形是位错增殖和运动的结果，必须注意影响位错增殖和运动的各种因素一定会影响屈服强度，实际金属材料的力学行为是许多晶粒综合作用的结果，导致晶界偏聚、相邻晶粒

13、的约束， 必须考虑材料的化学成分及第二相的影响的各种外在因素影响位错运动而影响屈服强度。塑性形变、屈服现象和屈服极限(屈服强度)，(6)影响屈服强度的因素内在因素：结晶性和晶格类型晶粒尺寸和子结构：减小晶粒尺寸，增加晶界偏聚的影响，增加位错运动损伤的数量，减小晶粒内位错插头群的长度，提高屈服强度(细粒强化)。霍尔间距(Hall-Petch )公式：溶质元素体：固溶强化第二相：弥散强化、沉淀强化、其效果及其尺寸、形状、数量以及与基体的结晶学匹配和界面能等关系外在因素：温度：一般温度上升，屈服强度降低(。 (2)应变硬化是位错增殖、运动阻碍造成的。 (2)应变硬化指数n反映金属材料持续塑性形变的能

14、力，是表示金属材料的应变硬化的性能指标。 Hollomon公式：应变硬化、应变硬化的工序意义、应变硬化使五金制品具有一定的偶然过载能力，保证零配件的安全。 适当配合应变硬化和塑性形变，能均匀地塑性形变金属，保证冷变形工艺的顺利实施。 应变硬化是强化金属的重要工艺手段之一。 该方法可以单独使用，也可以与其他强化方法并用。 应变硬化降低塑性，改善低碳钢(软、刀)的切削加工性能，实现缩颈现象和极限拉伸强度，(1)缩颈现象的意义(2)缩颈判断标准(3)缩颈点和缩颈应力的修正(4)确定极限拉伸强度韧性金属试样，极限拉伸强度b的实际意义： b表示塑性金属材料的实际负载能力，但该负载b是脆性材料的破坏强度，

15、用于产品设定修订，许用应力以b为基准。 b的高低由屈服强度和应变硬化指数决定。 b与布氏硬度HB、疲劳极限-1等之间有经验关系。 (1)塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形(塑性形变)的能力。 在金属材料断裂之前产生的塑性形变由均匀的塑性形变和(不均匀的)集中塑性形变两部分组成。 (低碳钢还具有不均匀屈服塑性形变) (2)金属材料常用的塑性指标为断裂伸长率()和断面收缩率()。 (3)塑性的意义和影响因素金属的塑性指标通常不能直接用于机械零件的设定修订，但塑性的大小可以反映材料冶金质量的好坏，可用于做评估材料质量。 金属材料的塑性多与其强度性能有关(不符点统一)。 判断后伸长率：判断后伸长率是试样挖墙脚后的目标距离的伸长与原来的目标距离的百分率，是使用式中的L0试样的原来的目标距离长度的L1试样断裂后的男同性恋条纹长度。 断面收缩率：断面收缩率是试样撕裂后，缩颈处的横截面积的最大缩小量与原来的横截面积的百分率，式中的A0试样的原来的横截面积用符号表示，A1缩颈部的最小横截面积、静力韧性、(1)韧性是测定材料韧性的力学性能指标，其中(2)金属材料在静拉伸时每单位体积材料断裂前吸收的功被定义为静力韧性，是强度和塑性的综合指标。 通过测量材料的真实应力-应变曲线包围的面积，可以准确得到