應力-應變曲線

1、精選ppt19.金屬材料的變形與再結晶精選ppt2金屬材料的變形與再結晶123金屬熱變形、蠕變與超塑性金屬熱變形、蠕變與超塑性4金屬的應力應變曲線金屬的應力應變曲線金屬的塑性變形金屬的塑性變形回復與再結晶回復與再結晶精選ppt3單向靜拉伸試驗單向靜拉伸試驗n是應用最廣泛的力學性能試驗方法之一。n1）可揭示材料在靜載下的力學行為（三種失效形式）：n即：過量彈性變形過量彈性變形、塑性變形塑性變形、斷裂斷裂。n2）還可標定出材料的最基本力學性能指標：n如：屈服強度屈服強度、抗拉強度抗拉強度、伸長率伸長率、斷面收縮率斷面收縮率等。 9-1 金屬的應力應變曲線金屬的應力應變曲線精選ppt41、拉伸力伸長

2、曲線、拉伸力伸長曲線n1 1、拉伸曲線、拉伸曲線n拉伸力拉伸力F絕對伸長絕對伸長L的關系曲線。n在拉伸力的作用下，退火低碳鋼的變形過程四個階段：n1）彈性變形彈性變形：Oen2）不均勻屈服塑性變形不均勻屈服塑性變形：ACn3）均勻塑性變形均勻塑性變形：CBn4）不均勻集中塑性變形不均勻集中塑性變形：Bkn5）最后發(fā)生斷裂。k低碳鋼的拉伸力與伸長曲線精選ppt52、工程應力、工程應力 應變應變曲線曲線（工程）應力（工程）應力 應變應變曲線，曲線，曲線形狀不變。n由此，可建立材料在靜拉伸下的力學性能指標。n應力應力：物體受外載荷作用時，單位截面積上內(nèi)力。0FA000LLLLL工程應力應變曲線工程應

3、力應變曲線n應變應變：單位長度上的伸長。試樣原截面積 A0試樣標距 L0n彈性變形：應力去除后能夠彈性變形：應力去除后能夠恢復的變形?；謴偷淖冃?。=E=En彈性模量：彈性模量： E En彈性極限：彈性極限： e en屈服極限：屈服極限：s s， 0.20.2n加工硬化（應變硬化）加工硬化（應變硬化）n抗拉強度：抗拉強度： b bn斷裂強度：斷裂強度： k kn延伸率：延伸率：=(L=(Lk k-L-L0 0)/L)/L0 0n斷面收縮率：斷面收縮率：=（F F0 0-F-Fk k)/F)/F0 0精選ppt6n用靜拉伸應力應變曲線，可得出許多重要性能指標:n彈性模量彈性模量 E ：主要用于零件

4、的剛度設計。n屈服強度屈服強度s s 和抗拉強度和抗拉強度b b ：主要用于零件的強度設計。n特別是：抗拉強度抗拉強度b b 和彎曲疲勞強度彎曲疲勞強度有一定比例關系，進一步為零件在交變載荷下使用提供參考。n而材料的塑性材料的塑性，斷裂前的應變量斷裂前的應變量：主要是為材料在冷熱變形時的工藝性能作參考。2、工程應力、工程應力 應變應變曲線曲線精選ppt7n工程應力工程應力應變應變曲線：曲線：n不能真實反映試件拉伸過程中應力和應變的變化關系。n實際拉伸中，隨載荷F 增加，長度 L0 伸長，截面積 A0 相應減少。0FA工程應力應變曲線工程應力應變曲線000LLLLL2、工程應力、工程應力 應變應

5、變曲線曲線低鋼、正火、退火調(diào)質(zhì)中鋼，低、中C合金鋼某些Al合金及某些高分子材料具有類似上述曲線。鑄鐵、陶瓷：只有第I階段中、高碳鋼：沒有第II階段精選ppt83、真應力、真應力S真應變真應變e 曲線曲線n3 3、真應力、真應力S真應變真應變e 曲線：（流變曲線）曲線：（流變曲線）n在實踐的塑性變形中，試樣的截面積與長度也在不斷發(fā)生著變化，在研究金屬塑性變形時，為了獲得真實的變形特性，應當按真應力和真應變來進行分析。n流變曲線真實反映變形過程中，隨應變量增大，材料性質(zhì)的變化。工程應力應變曲線工程應力應變曲線精選ppt9真應力真應力S與真應變與真應變en1 1）真應力）真應力 S ：試件在某一瞬時

6、承受的拉伸應力。n2）真應變）真應變 e ：試件瞬時伸長量 / 瞬時長度。n若拉伸過程各階段試件伸長量為一微小增量dL，則試件從L0伸長到Ln，總應變?yōu)椋?00LLLLL工程應變0AF工程應力初始長度最終長度lnln01120010LLLdLLLLLLLeLL試件瞬時截面積瞬時載荷iiAFS精選ppt10n3）真應力真應力S 與工程應力工程應力關系關系n當材料拉伸變形是等體積變化（等體積變化（A0L0=AL）過程時，n真應力真應力S 和工程應力工程應力 之間存在如下關系：n這說明，S 。（- -工程應變工程應變）（1S00000()(1)FFLFLLSAA LAL精選ppt11n4）真應變真應

7、變e 與工程應變工程應變關系關系n顯然，總是 e ，且變形量越大，二者的差距越大。0ln0LLLdLeLL000LLLLL000lnlnlnLLLeLL （1 ）精選ppt124、定義真應力、定義真應力S（應變（應變e）的意義）的意義n1 1）真應力）真應力 S 和真應變和真應變 e 的定義：的定義：n承認了在變形過程中試件長度和直徑間相互變化的事實。承認了在變形過程中試件長度和直徑間相互變化的事實。n因變形過程中體積保持不變，因此n即長度伸長了，其實際截面積 A 就會相應減少，因此，常數(shù)2211LALA工程應力真應力SiiFSA瞬時載荷試件瞬時截面積0AF精選ppt134、定義真應力、定義真

8、應力S （應變（應變e ）的意義）的意義n2 2）之所以如此定義真應變：）之所以如此定義真應變：n 因為每一時刻實際應變e 與瞬時標距長度瞬時標距長度L Li i 有關。n若固定每一位移增量L ，瞬時長度 Li 就隨之增加，相應地，應變增量應變增量就會減少。n（因隨附加每一位移增量L，瞬時標距長度Li 都要隨之增加 ）。n 由試件總長度變化來定義其真應變真應變e e，就有可能認為該長度變化是一步達到的，或任意多步達到的。試件初始長度試件最終長度lnln01120010LLLdLLLLLLLeLL精選ppt14n因此，若試件分幾次拉伸（如分2次拉伸），則n各次拉伸各次拉伸工程應變量工程應變量之和

9、之和不等于不等于一次拉伸的工程應變量。一次拉伸的工程應變量。n但是，各次拉伸各次拉伸真應變量真應變量e之和之和等于等于一次拉伸的真應變量。一次拉伸的真應變量。002112001LLLLLLLLL021201lnlnlnLLLLLL精選ppt155、不同類型材料典型的拉伸應力應變曲線、不同類型材料典型的拉伸應力應變曲線n1）第）第種類型：完全彈性種類型：完全彈性n可用虎克定律虎克定律描述其應力應力- -應變應變成比例的材料特性。En特點：特點：具有可逆應力應變曲線和不出現(xiàn)塑性變形的特征。n典型材料：典型材料：如玻璃、巖石、多種陶瓷、高交聯(lián)度的高聚合物和低溫下的某些金屬材料。n此類材料抗脆性（低能

10、量）斷裂的能力是極需注意的問題。E材料的彈性模量（楊氏模量）精選ppt16n蘇打石灰玻璃：蘇打石灰玻璃：應力-應變曲線只顯示彈性變形，沒有塑性變形立即斷裂，這是完全脆斷的情形。n工程結構陶瓷材料：工程結構陶瓷材料：如Al2O3，SiC等，淬火態(tài)高碳鋼、普通灰鑄鐵也屬這種情況。 精選ppt17n完全彈性材料：完全彈性材料：n不適用于在拉伸載荷下的工程應用，但用于承受壓縮載荷時，卻是一種理想的材料。因為脆性材料受壓時強度比受拉時強度要大好幾倍。n如：混凝土材料混凝土材料是其極好的例子，廣泛用于受壓的情況。n但工程中承受純壓縮載荷是極少的，一般或多或少地同時承受拉伸載荷，因此完全彈性材料（脆性材料）

11、應用于工程上應考慮提高其抵抗拉伸載荷的措施。n如：在混凝土材料中通過配鋼筋來混凝土材料中通過配鋼筋來提高其抗拉伸性能。精選ppt18n高分子材料，聚氯乙烯：高分子材料，聚氯乙烯：在拉伸開始時，應力和應變不成直線關系，即不服從虎克定律，而且變形表現(xiàn)為粘彈性粘彈性。n粘彈性：粘彈性：是指材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機理同時存在的力學行為。n其其特征特征是應變對應力的響應（或反之)不是瞬時完成的（應變落后于應力），需要需要通過一個弛豫過程通過一個弛豫過程，但卸裁后，應變恢復到初始值，不應變恢復到初始值，不留下殘余變形留下殘余變形。精選ppt19n2 2）第）第種類型：彈性均勻塑性種類型：彈性

12、均勻塑性n若材料具有不可逆的塑性變形能力，在彈性變形后，接著有一個均勻變形階段，應力-應變曲線呈現(xiàn)為第第類型類型。第種類型的應力應變曲線 n應力很小時，仍有彈性變形區(qū)彈性變形區(qū)，接著一段光滑的拋物線，其相應于均勻塑性變形過程均勻塑性變形過程。n均勻塑性變形：均勻塑性變形：n表明塑性變形需要不斷增加外力才能繼續(xù)進行，即材料有阻止繼續(xù)塑變的能力（應變硬化（應變硬化性能）性能）。精選ppt20n多數(shù)塑性金屬材料多數(shù)塑性金屬材料，如鋁鎂合金、銅合金、中碳合金結構鋼（經(jīng)淬火中高溫回火）其應力-應變曲線也是如此。n材料由彈性連續(xù)過渡到塑性變形，塑性變形時無鋸齒形平臺，變形時總伴隨著加工硬化。精選ppt21

13、n3）第）第種類型：彈性不均勻塑性變形種類型：彈性不均勻塑性變形n在正常彈性后，有一系列鋸齒疊加在拋物線型曲線上。n此類材料特性：是由于材料內(nèi)部不均勻變形所致。n出現(xiàn)的情況：出現(xiàn)的情況：n（1）面心立方金屬在低溫和高應）面心立方金屬在低溫和高應變率下，其塑變通過孿生進行。變率下，其塑變通過孿生進行。n標距的長度隨孿生帶的成核和生長間歇地突然伸長，當試樣中瞬時應變率超過試驗機夾頭運動速率，則載荷就下降。精選ppt22n（2 2）含碳的體心立方鐵基固溶體及鋁的低溶質(zhì)固溶體。）含碳的體心立方鐵基固溶體及鋁的低溶質(zhì)固溶體。n由于溶質(zhì)原子或空位與晶格位錯相互作用的結果所致。n若應力足夠大，位錯可從溶質(zhì)原

14、子簇中掙脫，載荷就下降。n若溶質(zhì)原子足夠快地擴散開，就可將位錯重新鎖住，則須再增大載荷才使變形繼續(xù)下去。精選ppt23n4）第）第種類型：彈性種類型：彈性不均勻塑性不均勻塑性均勻塑性變形均勻塑性變形n許多體心立方鐵基合金和有色合金，應力應變曲線在彈性彈性與均勻塑性變形均勻塑性變形間有一狹窄一段屬不均勻塑變區(qū)不均勻塑變區(qū)。即從彈性向塑性變形的過渡明顯。n主要表現(xiàn)：主要表現(xiàn)：在試驗中，外力不增加（保持恒定）試樣仍繼續(xù)伸長；或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動下，試樣繼續(xù)伸長變形。這便是“屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象”。精選ppt24n5）第）第種類型：種類型：彈性不均勻塑性均勻塑性變形

15、彈性不均勻塑性均勻塑性變形n它有一個上屈服點上屈服點A，接著載荷下降。n其中：OA彈性彈性；AB不均勻塑變不均勻塑變；BC均勻塑變均勻塑變。n到達B點后，試件出現(xiàn)“縮頸縮頸”，但并很快失效。n典型的結晶高聚合物材料結晶高聚合物材料具有此特征，這與其結構有關。n以B點為界，整個塑變出現(xiàn)兩種不同趨勢。nAB應力隨應變增大而下降，BC則隨應變增大而上升。ABC精選ppt25不同類型材料典型的拉伸應力應變曲線不同類型材料典型的拉伸應力應變曲線n退火低碳鋼：退火低碳鋼：n在拉伸應力-應變曲線上，出現(xiàn)屈服平臺，平臺的延伸長度隨鋼的含碳量增加而減少。n當含碳量增至0.6%以上，平臺消失。精選ppt26其它類型材料的應力其它類型材料的應力-應變曲線應變曲線彈性變形、彈性變形、塑性變形塑性變形彈性變形彈性變形非線性非線性彈性變彈性變形形1純金屬純金屬（Al、Cu、Ag等）等）2高彈性材料高彈性材料（橡膠）（橡膠）3脆性材料脆性材料（陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼）（陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼）1234102030 (%)0100200300400500600700800900 (MPa)1、錳鋼、錳鋼 2、硬鋁、硬鋁 3、退火球墨鑄鐵、退火球墨鑄鐵 4、低碳鋼、低碳鋼特點：特點：d d 較大，為塑性