材料的力學(xué)性能學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1材料材料(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能第一頁，共54頁。q什么是材料什么是材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能？的力學(xué)性能？q材料材料(cilio)(cilio)力學(xué)性能課程的研究內(nèi)容有哪些？力學(xué)性能課程的研究內(nèi)容有哪些？緒論緒論(xln)(xln)q什么什么(shn me)(shn me)是材料的力學(xué)性能？是材料的力學(xué)性能？q（金屬）材料（金屬）材料 具有各種使用性能具有各種使用性能 用途用途廣泛廣泛使用性能使用性能物理性能物理性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電磁等）（導(dǎo)電、導(dǎo)熱、電磁等）力學(xué)性能力學(xué)性能（強度、硬度、塑性等）（強度、硬度、塑性等）工藝性能工藝性能（焊接、成形等）（焊接、

2、成形等）化學(xué)性能（耐腐蝕、抗氧化等）第1頁/共54頁第二頁，共54頁。緒論緒論(xln)(xln)材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷（外力或能量）作用下，或載荷與環(huán)境因素（材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷（外力或能量）作用下，或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)出的行為。這種行為又稱為力學(xué)溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)出的行為。這種行為又稱為力學(xué)行為，通常表現(xiàn)為金屬的變形和斷裂。行為，通常表現(xiàn)為金屬的變形和斷裂。 材料抵抗外加載荷引起的變形材料抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能力。和斷裂的能力。 mechanical properties; mechanical beh

3、avior mechanical properties; mechanical behavior 材料的失效材料的失效(failure)(failure)： 如果材料抵抗變形與斷裂的能力與服役條件不適應(yīng)，則機件失去如果材料抵抗變形與斷裂的能力與服役條件不適應(yīng)，則機件失去(shq)(shq)預(yù)定預(yù)定效能（過量彈性變形、過量塑性變形、斷裂、磨損等），材料的力學(xué)性能又效能（過量彈性變形、過量塑性變形、斷裂、磨損等），材料的力學(xué)性能又可以稱為失效抗力?？梢苑Q為失效抗力。 第2頁/共54頁第三頁，共54頁。緒論緒論(xln)(xln)影響力學(xué)性能的因素影響力學(xué)性能的因素載荷性質(zhì)載荷性質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)環(huán)

4、環(huán) 境境溫溫 度度化學(xué)成分化學(xué)成分顯微組織顯微組織殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量內(nèi)在因素內(nèi)在因素外在因素外在因素第3頁/共54頁第四頁，共54頁。緒論緒論(xln)(xln)不同服役條件對材料的性能不同服役條件對材料的性能(xngnng)(xngnng)要要求不同求不同第4頁/共54頁第五頁，共54頁。緒論緒論(xln)(xln)q材料力學(xué)性能課程主要內(nèi)容？材料力學(xué)性能課程主要內(nèi)容？q 材料在各種服役材料在各種服役(f y)(f y)條件下的失效現(xiàn)象及條件下的失效現(xiàn)象及微觀機理；微觀機理；q 材料力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、概念、實用意義材料力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、概念、實用意義，以及各種力學(xué)性能，以及

5、各種力學(xué)性能q 指標(biāo)之間的相互聯(lián)系；指標(biāo)之間的相互聯(lián)系；q 影響材料力學(xué)性能的因素，提高力學(xué)性能的影響材料力學(xué)性能的因素，提高力學(xué)性能的方向和途徑；方向和途徑；q 材料力學(xué)性能的測試技術(shù)。材料力學(xué)性能的測試技術(shù)。q目的：目的：q1 1）合理使用材料掌握不同服役）合理使用材料掌握不同服役(f y)(f y)條件下條件下力學(xué)性能變化規(guī)律，有助于正確選擇材料；力學(xué)性能變化規(guī)律，有助于正確選擇材料；q2 2）研究開發(fā)新材料明確提高力學(xué)性能的方向）研究開發(fā)新材料明確提高力學(xué)性能的方向和途徑，是研發(fā)新材料的關(guān)鍵；和途徑，是研發(fā)新材料的關(guān)鍵；q3 3）改進和開發(fā)冷熱加工工藝。）改進和開發(fā)冷熱加工工藝。第5頁

6、/共54頁第六頁，共54頁。1 1、材料、材料(cilio)(cilio)的變形的變形第6頁/共54頁第七頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能材料力學(xué)性能指標(biāo)是結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、工藝評價以及材料檢驗的主要依據(jù)。測定材料力學(xué)性能最常用的方法是靜載荷方法，即在溫度、應(yīng)力狀態(tài)和加載速率都固定不變的狀態(tài)下測定力學(xué)性能指標(biāo)的一種方法。1.1 材料的拉伸材料的拉伸(l shn)性能性能靜拉伸試驗：常溫、單向靜拉伸載荷，光滑試樣。（應(yīng)用最為廣泛的方法靜拉伸試驗：常溫、單向靜拉伸載荷，光滑試樣。（應(yīng)用最為廣泛的方法(fngf)）通過拉伸試驗，可以獲得材料的彈

7、性、塑性、強度、應(yīng)變硬化、韌性等重要而又基本的力學(xué)通過拉伸試驗，可以獲得材料的彈性、塑性、強度、應(yīng)變硬化、韌性等重要而又基本的力學(xué)性能指標(biāo)，這些指標(biāo)的特性統(tǒng)稱為材料的拉伸性能。性能指標(biāo)，這些指標(biāo)的特性統(tǒng)稱為材料的拉伸性能。第7頁/共54頁第八頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能1.1.1 拉伸曲線拉伸曲線(qxin)和應(yīng)力應(yīng)和應(yīng)力應(yīng)變曲線變曲線(qxin)應(yīng)力：單位截面上所受到的力稱為應(yīng)力應(yīng)力：單位截面上所受到的力稱為應(yīng)力應(yīng)變：單位長度應(yīng)變：單位長度(chngd)上的變形量上的變形量 0PA00l ll工程應(yīng)力：拉伸載荷除以原始截面積工程應(yīng)力：

8、拉伸載荷除以原始截面積工程應(yīng)變：試樣斷裂后量伸長量與原始長度的比值工程應(yīng)變：試樣斷裂后量伸長量與原始長度的比值真應(yīng)力：實際上，在拉伸過程中，試樣的橫截面積是逐漸減小的，外加載荷除以試樣某一變形瞬間的截面積稱為真應(yīng)力。真應(yīng)力：實際上，在拉伸過程中，試樣的橫截面積是逐漸減小的，外加載荷除以試樣某一變形瞬間的截面積稱為真應(yīng)力。iSPAl l0第8頁/共54頁第九頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能拉伸曲線拉伸曲線(qxin)：載荷伸長曲線載荷伸長曲線(qxin)（P-Dl） 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 屈屈 服服 頸頸 縮縮第9頁/共54頁第

9、十頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能比例極限比例極限彈性彈性(tnxng)極限極限屈服極限屈服極限強度極限強度極限斷裂強度斷裂強度應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變(yngbin)(stress-strain)曲線曲線第10頁/共54頁第十一頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能強度強度(qingd)指標(biāo)及其測定方指標(biāo)及其測定方法法（1）比例極限）比例極限p= Pp/A0 (MPa)當(dāng)應(yīng)力比較小時，試樣的伸長隨應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力比較小時，試樣的伸長隨應(yīng)力成正比地增加，保持直線關(guān)系。當(dāng)應(yīng)成正比地增加，保持直線關(guān)系。當(dāng)應(yīng)力超

10、過力超過p時，曲線開始時，曲線開始(kish)偏離偏離直線，因此稱直線，因此稱p為比例極限，是應(yīng)為比例極限，是應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系的最大應(yīng)力值。力與應(yīng)變成直線關(guān)系的最大應(yīng)力值。第11頁/共54頁第十二頁，共54頁。1.11.1材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能強度強度(qingd)指標(biāo)及其測定指標(biāo)及其測定方法方法（2）彈性極限）彈性極限e= Pe/A0 (MPa)應(yīng)力應(yīng)變曲線中，應(yīng)力在應(yīng)力應(yīng)變曲線中，應(yīng)力在e時稱時稱為彈性強度極限，該階段為彈性變?yōu)閺椥詮姸葮O限，該階段為彈性變形階段。形階段。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加，超過當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)增加，超過e以后，試以后，試樣樣(sh yn)在繼續(xù)

11、產(chǎn)生彈性變形的在繼續(xù)產(chǎn)生彈性變形的同時，也伴隨有微量的塑性變形，同時，也伴隨有微量的塑性變形，因此因此e是材料由彈性變形過渡到彈是材料由彈性變形過渡到彈塑性變形的應(yīng)力。應(yīng)力超過彈性塑性變形的應(yīng)力。應(yīng)力超過彈性極限以后，便開始發(fā)生塑性變形。極限以后，便開始發(fā)生塑性變形。 第12頁/共54頁第十三頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能強度強度(qingd)指標(biāo)及其測定方法指標(biāo)及其測定方法（3）屈服極限（屈服強度）屈服極限（屈服強度）在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，拉伸曲線上出現(xiàn)了平臺或鋸齒形流變，在應(yīng)力不增加或減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長而進入屈服

12、階段。屈服階段恒定載荷在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力達到一定值時，拉伸曲線上出現(xiàn)了平臺或鋸齒形流變，在應(yīng)力不增加或減小的情況下，試樣還繼續(xù)伸長而進入屈服階段。屈服階段恒定載荷(zi h)Ps所對應(yīng)的應(yīng)力為材料的屈服點。所對應(yīng)的應(yīng)力為材料的屈服點。 第13頁/共54頁第十四頁，共54頁。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性的力學(xué)性能能強度強度(qingd)指標(biāo)及其測定方法指標(biāo)及其測定方法（4）強度極限（抗拉強度）強度極限（抗拉強度）隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力達到隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加，當(dāng)應(yīng)力達到(d do)最大值最大值b以后，材料的形變強化效應(yīng)已經(jīng)不

13、能補償橫截面積的減小而引起的承載能力的降低，試樣的某一部位截面開始急劇縮小，因而在工程應(yīng)力應(yīng)變曲線上，出現(xiàn)了應(yīng)力隨應(yīng)變的增大而降低的現(xiàn)象。以后，材料的形變強化效應(yīng)已經(jīng)不能補償橫截面積的減小而引起的承載能力的降低，試樣的某一部位截面開始急劇縮小，因而在工程應(yīng)力應(yīng)變曲線上，出現(xiàn)了應(yīng)力隨應(yīng)變的增大而降低的現(xiàn)象。曲線上的最大應(yīng)力曲線上的最大應(yīng)力b為抗拉強度極限，它是由試樣拉斷前最大載荷所決定的條件臨界應(yīng)力，即試樣所能承受的最大載荷除以原始截面積。為抗拉強度極限，它是由試樣拉斷前最大載荷所決定的條件臨界應(yīng)力，即試樣所能承受的最大載荷除以原始截面積。 第14頁/共54頁第十五頁，共54頁。1.1 1.1

14、材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性的力學(xué)性能能強度強度(qingd)指標(biāo)及其測定方法指標(biāo)及其測定方法（5）斷裂強度）斷裂強度斷裂強度斷裂強度K是試樣拉斷時的真實應(yīng)力，表征材料對斷裂的抗力。是試樣拉斷時的真實應(yīng)力，表征材料對斷裂的抗力。但是，對塑性材料來說，它在工程上意義不大，因為產(chǎn)生頸縮后，試樣所能承受的外力不但不增加，反而但是，對塑性材料來說，它在工程上意義不大，因為產(chǎn)生頸縮后，試樣所能承受的外力不但不增加，反而(fn r)減少，故國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定斷裂強度。減少，故國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定斷裂強度。 第15頁/共54頁第十六頁，共54頁。1 1 材料材料(cilio)(cilio)的力

15、學(xué)性能的力學(xué)性能脆性材料的拉伸性能脆性材料的拉伸性能脆性材料（玻璃、巖石、陶瓷、淬火高碳鋼及鑄鐵等材料脆性材料（玻璃、巖石、陶瓷、淬火高碳鋼及鑄鐵等材料 ）在拉伸）在拉伸變形時只產(chǎn)生變形時只產(chǎn)生(chnshng)彈性變形彈性變形(a)，一般不產(chǎn)生，一般不產(chǎn)生(chnshng)或產(chǎn)或產(chǎn)生生(chnshng)很微量的塑性變形。很微量的塑性變形。表征脆性材料力學(xué)特征的主要參量有兩個：彈性模量表征脆性材料力學(xué)特征的主要參量有兩個：彈性模量E；斷裂強度；斷裂強度k。在工程上使用的脆性材料并非都屬于完全的脆性，尤其是金屬材料，絕大多數(shù)都有些塑性，在拉伸在工程上使用的脆性材料并非都屬于完全的脆性，尤其是金屬

16、材料，絕大多數(shù)都有些塑性，在拉伸(l shn)(l shn)變形后，即便是脆性材料，也或多或少會產(chǎn)生一些塑性變形變形后，即便是脆性材料，也或多或少會產(chǎn)生一些塑性變形.(c) .(c) 第16頁/共54頁第十七頁，共54頁。材料材料(cilio)(cilio)的力學(xué)性能的力學(xué)性能脆性材料的斷裂脆性材料的斷裂(dun li)(dun li)強度等于甚至低于彈性極限，因此斷裂強度等于甚至低于彈性極限，因此斷裂(dun li)(dun li)前不發(fā)生塑性變形，其抗拉強度比較低，但是這種材料的前不發(fā)生塑性變形，其抗拉強度比較低，但是這種材料的抗壓強度比較高，一般情況下，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大幾倍

17、，抗壓強度比較高，一般情況下，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大幾倍，理論上可以達到抗拉強度的理論上可以達到抗拉強度的8 8倍。倍。因此，在工程上，脆性材料被大量地應(yīng)用于受壓載荷的構(gòu)件上，如車床因此，在工程上，脆性材料被大量地應(yīng)用于受壓載荷的構(gòu)件上，如車床的床身一般由鑄鐵制造，建筑上用的混凝土被廣泛地用于受壓狀態(tài)下，的床身一般由鑄鐵制造，建筑上用的混凝土被廣泛地用于受壓狀態(tài)下，如果需要承受拉伸載荷，則用鋼筋來加固。如果需要承受拉伸載荷，則用鋼筋來加固。 第17頁/共54頁第十八頁，共54頁。1.2 材料的彈性材料的彈性(tnxng)變變形形 任何材料在外力作用下都會或多或少地發(fā)生變形，根據(jù)外力去除

18、后材料的變形能否恢復(fù)，可分為彈性變形和塑性變形兩種：能恢復(fù)的變形稱為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。本章將集中研究材料的彈性變形和塑性變形的基本規(guī)律及原理。任何材料在外力作用下都會或多或少地發(fā)生變形，根據(jù)外力去除后材料的變形能否恢復(fù)，可分為彈性變形和塑性變形兩種：能恢復(fù)的變形稱為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。本章將集中研究材料的彈性變形和塑性變形的基本規(guī)律及原理。第18頁/共54頁第十九頁，共54頁。1.2 1.2 材料材料(cilio)(cilio)的彈性變的彈性變形形 彈性變形的基本特點彈性變形的基本特點 材料材料(cilio)(cilio)的彈性變形是指材的彈性變形是指材料

19、料(cilio)(cilio)在外力作用下發(fā)生一定量的變在外力作用下發(fā)生一定量的變形，當(dāng)外力去除后，材料形，當(dāng)外力去除后，材料(cilio)(cilio)能夠恢能夠恢復(fù)原來形狀的變形。復(fù)原來形狀的變形。 可逆性可逆性 單值性單值性 正彈性應(yīng)變正彈性應(yīng)變- -由正應(yīng)力引起；由正應(yīng)力引起； 切彈性應(yīng)變切彈性應(yīng)變- -由切應(yīng)力引起由切應(yīng)力引起 變形量?。鹤冃瘟啃。?.5%-1%0.5%-1%第19頁/共54頁第二十頁，共54頁。1.21.2材料的彈性材料的彈性(tnxng)(tnxng)變變形形 彈性彈性(tnxng)(tnxng)變形的物理本變形的物理本質(zhì)質(zhì)起源于晶體點陣中原子間的相起源于晶體點陣

20、中原子間的相互作用互作用第20頁/共54頁第二十一頁，共54頁。1.21.2材料材料(cilio)(cilio)的彈性變形的彈性變形 胡克定律胡克定律(h k dn (h k dn l)l)簡單應(yīng)力狀態(tài)下的胡克簡單應(yīng)力狀態(tài)下的胡克定律定律(h k dn l)(h k dn l)yyEyxzE G2(1)EG單向拉伸單向拉伸E, G,之間關(guān)系之間關(guān)系剪切和扭轉(zhuǎn)剪切和扭轉(zhuǎn)第21頁/共54頁第二十二頁，共54頁。1.21.2材料的彈性材料的彈性(tnxng)(tnxng)變變形形 胡克定律胡克定律(h k dn l)(h k dn l)廣義胡克定律廣義胡克定律(h k dn (h k dn l)l)

21、1()xxyzE xyxyG1()yyzxE 1()zzxyE yzyzGzxzxG第22頁/共54頁第二十三頁，共54頁。 彈性模量的意義彈性模量的意義表明材料表明材料(cilio)(cilio)抵抗彈性變形的能力抵抗彈性變形的能力- -剛度；剛度；單晶體材料單晶體材料(cilio)-(cilio)-各向異性；多晶體材料各向異性；多晶體材料(cilio)-(cilio)-（基本（基本上）各向同性。上）各向同性。對于按照剛度要求設(shè)計的構(gòu)件，應(yīng)選用彈性模量值高的材料對于按照剛度要求設(shè)計的構(gòu)件，應(yīng)選用彈性模量值高的材料(cilio)(cilio)。因為用彈性模量高的材料。因為用彈性模量高的材料(c

22、ilio)(cilio)制成的構(gòu)件受到外制成的構(gòu)件受到外力作用時，保持其固有尺寸和形狀的能力強，即構(gòu)件的剛度高。力作用時，保持其固有尺寸和形狀的能力強，即構(gòu)件的剛度高。1.3 1.3 彈性模量彈性模量(tn xn m (tn xn m lin)lin)及其影響因素及其影響因素第23頁/共54頁第二十四頁，共54頁。1.3 1.3 彈性模量及其影響彈性模量及其影響(yngxing)(yngxing)因素因素厚度減到 11.5mm 最大彈性(tnxng)變形 0.0299mm 原有厚度(hud)：13.5mm 最大彈性變形 0.0245mm 對車輪減重進行了對車輪減重進行了FEM模擬計算，確認減薄

23、、減重的可行性模擬計算，確認減薄、減重的可行性模擬計算結(jié)果：最大彈性變形相差模擬計算結(jié)果：最大彈性變形相差0.005mm，滿足要求，滿足要求 第24頁/共54頁第二十五頁，共54頁。1.3 1.3 彈性模量及其影響彈性模量及其影響(yngxing)(yngxing)因素因素 彈性模量的影響彈性模量的影響(yngxing)因素因素 與晶格類型和原子間距密切相關(guān)；與晶格類型和原子間距密切相關(guān)； 化學(xué)成分：合金中固溶溶質(zhì)元素雖然可化學(xué)成分：合金中固溶溶質(zhì)元素雖然可以改變合金的晶格常數(shù)，但對于常用鋼鐵合以改變合金的晶格常數(shù)，但對于常用鋼鐵合金來說，合金化對其晶格常數(shù)改變不大，因金來說，合金化對其晶格常

24、數(shù)改變不大，因而對彈性模量影響很小。而對彈性模量影響很小。 熱處理改變組織的強化工藝，但對彈性熱處理改變組織的強化工藝，但對彈性模量值影響不大。模量值影響不大。 冷塑性變形使冷塑性變形使E值稍有降低，一般降低值稍有降低，一般降低4%6%，但當(dāng)變形量很大時，因形變織構(gòu)，但當(dāng)變形量很大時，因形變織構(gòu)而而使其出現(xiàn)各向異性使其出現(xiàn)各向異性( xin y xn)，沿變，沿變形方向形方向 E 值最大。值最大。 對于鋼鐵材料來說，每加熱對于鋼鐵材料來說，每加熱100，其彈，其彈性模量性模量E值就下降值就下降3%5%。但在。但在-5050范圍內(nèi)，鋼的范圍內(nèi)，鋼的E值變化不大，可以不考慮溫值變化不大，可以不考慮

25、溫度的影響。度的影響。加載速度對彈性模量也沒有大的影響。加載速度對彈性模量也沒有大的影響。第25頁/共54頁第二十六頁，共54頁。彈性比功彈性比功又被稱為彈性應(yīng)變能密度，又被稱為彈性應(yīng)變能密度，指材料吸收變形指材料吸收變形(bin xng)功而又不發(fā)生永久變形功而又不發(fā)生永久變形(bin xng)的能力。的能力。 彈性：材料彈性：材料(cilio)彈性變形彈性變形的能力；的能力；剛度：材料剛度：材料(cilio)彈性變形彈性變形抗力抗力2122eeeWE 一種是汽車(qch)沒有滿載，彈簧變形已達到最大，卸載后，彈簧完全恢復(fù)到原來的狀態(tài)，這是由于彈簧剛度不足造成的。由于彈性模量是對成分、組織不

26、敏感的性能，因此，解決這一問題，要從加大彈簧尺寸和改進彈簧結(jié)構(gòu)著手。另一種情況是彈簧使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)彈簧的弓形越來越小，即產(chǎn)生了塑性變形，這是彈簧的彈性不足，是由于材料的彈性極限低造成的?？梢岳酶淖儾牧?、對材料進行熱處理等手段，從而提高鋼的彈性極限的辦法來解決。1.3 1.3 彈性模量及其影響因素彈性模量及其影響因素第26頁/共54頁第二十七頁，共54頁。1）滯彈性）滯彈性 實際金屬材料在外力作用下實際金屬材料在外力作用下開始產(chǎn)生彈性變形時，沿開始產(chǎn)生彈性變形時，沿OA變變化，產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變化，產(chǎn)生瞬時彈性應(yīng)變Oa之后，之后，在載荷不變的條件下，隨時間延在載荷不變的條件下，隨時間延長，

27、變形慢慢增加，產(chǎn)生附加的長，變形慢慢增加，產(chǎn)生附加的彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變aH。這一現(xiàn)象叫做正。這一現(xiàn)象叫做正彈性后效或彈性蠕變。彈性后效或彈性蠕變。 卸載時，立即沿卸載時，立即沿Bc變化，變化，部分部分(b fen)彈性應(yīng)變彈性應(yīng)變Hc消失，消失，之后，隨時間延長，變形才緩慢之后，隨時間延長，變形才緩慢消失至零。這一現(xiàn)象稱為反彈性消失至零。這一現(xiàn)象稱為反彈性后效。后效。 這種彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)這種彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的彈性變形稱力，并和時間有關(guān)的彈性變形稱為滯彈性或彈性后效。隨時間延為滯彈性或彈性后效。隨時間延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變稱為滯長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變稱為滯彈性應(yīng)變。彈性

28、應(yīng)變。 1.4 1.4 材料材料(cilio)(cilio)的非理想彈性行為的非理想彈性行為第27頁/共54頁第二十八頁，共54頁。1.4 1.4 材料的非理想材料的非理想(lxing)(lxing)彈性行為彈性行為第28頁/共54頁第二十九頁，共54頁。不足甚至無法使用。不足甚至無法使用。1.4 1.4 材料材料(cilio)(cilio)的非理想彈性的非理想彈性行為行為第29頁/共54頁第三十頁，共54頁。1.4 1.4 材料的非理想彈性材料的非理想彈性(tnxng)(tnxng)行為行為第30頁/共54頁第三十一頁，共54頁。1.4 1.4 材料的非理想材料的非理想(lxing)(lxi

29、ng)彈性彈性行為行為4）包申格效應(yīng)）包申格效應(yīng): 對于產(chǎn)生了少量對于產(chǎn)生了少量(sholing)塑性變形（殘塑性變形（殘余應(yīng)變約為余應(yīng)變約為1%4%）的材料，若再同向加）的材料，若再同向加載則規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服強載則規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服強度）升高；若再反向加載則規(guī)定殘余伸長應(yīng)度）升高；若再反向加載則規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服強度）降低，該現(xiàn)象稱力（彈性極限或屈服強度）降低，該現(xiàn)象稱為包申格效應(yīng)。為包申格效應(yīng)。第31頁/共54頁第三十二頁，共54頁。4）包申格效應(yīng)）包申格效應(yīng)材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形，材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形，同向加載彈性同向加載

30、彈性(tnxng)極限升高，極限升高，反向加載彈性反向加載彈性(tnxng)極限降低。極限降低。 320240160 80 080320240160240MPa176MPa287MPa85MPa初始拉伸初始壓縮初始壓縮后，二次壓縮初始壓縮后，二次拉伸1.4 1.4 材料的非理想彈性材料的非理想彈性(tnxng)(tnxng)行行為為第32頁/共54頁第三十三頁，共54頁。產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：與位錯運動阻力變化有關(guān)。與位錯運動阻力變化有關(guān)。運動著的位錯遇林位錯而使運動著的位錯遇林位錯而使其彎曲，所以位錯前方林位其彎曲，所以位錯前方林位錯密度增加，形成錯密度增加，形成(xngchng)位錯纏結(jié)等。

31、位錯纏結(jié)等。卸載后同向加載，位錯不能卸載后同向加載，位錯不能做明顯運動；做明顯運動；反向加載，位錯運動障礙較反向加載，位錯運動障礙較少，位錯可以在較低應(yīng)力下少，位錯可以在較低應(yīng)力下移動較大距離。移動較大距離。121.4 1.4 材料的非理想彈性材料的非理想彈性(tnxng)(tnxng)行為行為第33頁/共54頁第三十四頁，共54頁。 度量包申格效應(yīng)的基本度量包申格效應(yīng)的基本(jbn)定量指標(biāo)是包申格定量指標(biāo)是包申格應(yīng)變，它是指在給定應(yīng)力應(yīng)變，它是指在給定應(yīng)力下，正向加載與反向加載下，正向加載與反向加載兩應(yīng)力應(yīng)變曲線之間的兩應(yīng)力應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差應(yīng)變差(圖圖1-8)。 在圖在圖1-8中，中，

32、b點為拉伸點為拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上給定的應(yīng)力應(yīng)變曲線上給定的流變應(yīng)力，流變應(yīng)力， bc即為包即為包申格應(yīng)變。申格應(yīng)變。第34頁/共54頁第三十五頁，共54頁。包申格效應(yīng)包申格效應(yīng)(xioyng)(xioyng)的意義的意義 如果金屬材料預(yù)先經(jīng)受大量塑性變形，因位錯增殖和難于重分布，則在隨后反向加載時，包申格應(yīng)變等于零。 用處： （1）.包申格效應(yīng)對于承受應(yīng)變疲勞載荷作用的機件在應(yīng)變疲勞過程中，每一周期內(nèi)都產(chǎn)生微量塑性變形，在反向加載時，微量塑性變形抗力(規(guī)定殘余伸長應(yīng)力)降低，顯示循環(huán)軟化現(xiàn)象。 （2）.對于預(yù)先經(jīng)受冷塑性變形的材料，如服役時受反向力作用，就要考慮(kol)微量塑性變形抗力降低的

33、有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態(tài)下使用就是這種情況。 （3）.利用包申格效應(yīng)，如薄板反向彎曲成型。拉撥的鋼棒經(jīng)過軋輥壓制變直等。 消除包申格效應(yīng)的方法是:預(yù)先進行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先使金屬材料于回復(fù)或再結(jié)晶溫度下退火，如鋼在400500以上，銅合金在250270以上退火。第35頁/共54頁第三十六頁，共54頁。 塑性變形的一般塑性變形的一般(ybn)特特點點1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性變形的塑性變形變形不可逆；變形不可逆；主要有切應(yīng)力引起；主要有切應(yīng)力引起；指標(biāo)指標(biāo)延伸率，斷面收縮率；延伸率，斷面收縮率；形變程度大；形變程度大；塑性變形能力和

34、抗力受多種因素影響塑性變形能力和抗力受多種因素影響(yngxing)；變形過程會產(chǎn)生回復(fù)、再結(jié)晶、應(yīng)力松弛等；變形過程會產(chǎn)生回復(fù)、再結(jié)晶、應(yīng)力松弛等；伴隨有彈性變形和加工硬化，伴隨有彈性變形和加工硬化，變形曲線非線性。變形曲線非線性。第36頁/共54頁第三十七頁，共54頁。 塑性變形機理塑性變形機理塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑移、擴散塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑移、擴散型蠕變型蠕變（1）滑移變形）滑移變形材料在切應(yīng)力材料在切應(yīng)力(yngl)作用下，沿一定的晶面和一作用下，沿一定的晶面和一定的晶向進行的切變過程定的晶向進行的切變過程1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)

35、的塑性變形的塑性變形滑移系:每個滑移面和其上的一個滑移方向的組合面心立方g-Fe, Cu，Al 111110 12體心立方Fe110112123111 48密排六方(0001)(100)112-0 3材料(cilio)的塑性與滑移系有關(guān)，還與滑移面原子排列的密度及原子在滑移方向上的排列數(shù)目有關(guān)。第37頁/共54頁第三十八頁，共54頁。 塑性變形機理塑性變形機理（2）孿生變形）孿生變形高應(yīng)變速率下發(fā)生；高應(yīng)變速率下發(fā)生；孿生產(chǎn)生變形量??；孿生產(chǎn)生變形量?。痪哂幸欢ǖ目赡嫘?。具有一定的可逆性。孿生與滑移的區(qū)別：孿生與滑移的區(qū)別：第一，在晶體取向上，孿生變形產(chǎn)生孿晶，形成的第一，在晶體取向上，孿生變

36、形產(chǎn)生孿晶，形成的是鏡像對稱晶體，晶體的取向發(fā)生了改變，而滑移是鏡像對稱晶體，晶體的取向發(fā)生了改變，而滑移之后，沿滑移面兩側(cè)的晶體在取向上沒有發(fā)生變化。之后，沿滑移面兩側(cè)的晶體在取向上沒有發(fā)生變化。第二，切變情況不同?；剖且环N不均勻的切變，第二，切變情況不同?；剖且环N不均勻的切變，其變形主要集中在某些晶面上進行，而另一些晶面其變形主要集中在某些晶面上進行，而另一些晶面之間則不發(fā)生滑移。孿生是一種均勻的切變，其每之間則不發(fā)生滑移。孿生是一種均勻的切變，其每個晶面位移量與到孿晶面的距離成正比。個晶面位移量與到孿晶面的距離成正比。第三，變形量不同。孿生的變形量很小，并且很易第三，變形量不同。孿生

37、的變形量很小，并且很易受阻受阻(shu z)而引起裂紋?；频淖冃瘟靠蛇_百分之而引起裂紋?；频淖冃瘟靠蛇_百分之百乃至數(shù)千。百乃至數(shù)千。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性變形的塑性變形第38頁/共54頁第三十九頁，共54頁。 塑性變形機理塑性變形機理（3）晶界滑移和擴散型蠕變）晶界滑移和擴散型蠕變高溫下，多晶體金屬材料因晶界性質(zhì)弱化，變形將集中高溫下，多晶體金屬材料因晶界性質(zhì)弱化，變形將集中于晶界進行。于晶界進行。變形時，可以使晶界切變滑動變形時，可以使晶界切變滑動(hudng)，也可以借助于，也可以借助于晶界上空穴和間隙原子定向擴散遷移來實現(xiàn)。晶界上空穴和間隙原子定

38、向擴散遷移來實現(xiàn)。1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性變形的塑性變形第39頁/共54頁第四十頁，共54頁。 單晶體和多晶體材料塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（1）單晶體塑性變形的特點）單晶體塑性變形的特點 滑移面上分切應(yīng)力必須大于臨界分切應(yīng)力；滑移面上分切應(yīng)力必須大于臨界分切應(yīng)力； 晶體的臨界分切應(yīng)力是各向異性的；晶體的臨界分切應(yīng)力是各向異性的； 對于制備好后卻從未受過任何形變的晶體，其最對于制備好后卻從未受過任何形變的晶體，其最易滑移面和最易滑移方向上的臨界分切應(yīng)力都很小。易滑移面和最易滑移方向上的臨界分切應(yīng)力都很小。隨著塑性形變的發(fā)展，緊跟著就迅速隨著

39、塑性形變的發(fā)展，緊跟著就迅速“硬化硬化” ； 形變硬化并不是絕對穩(wěn)固形變硬化并不是絕對穩(wěn)固(wng)的特性的特性 ； 單晶體的塑性變形將由一連串的破壞過程和一連單晶體的塑性變形將由一連串的破壞過程和一連串的串的“回復(fù)回復(fù)”過程組成。過程組成。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性變形的塑性變形第40頁/共54頁第四十一頁，共54頁。 單晶體和多晶體材料塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（2）多晶體塑性變形的特點）多晶體塑性變形的特點 形變的不均一性形變的不均一性 ； 各晶粒變形的不同時性；各晶粒變形的不同時性； 多晶體的形變抗力通常較單晶體高；多晶體的形變抗力

40、通常較單晶體高； 在較低溫度下，晶界具有比晶粒內(nèi)部大的形變阻在較低溫度下，晶界具有比晶粒內(nèi)部大的形變阻力；而在較高溫度時，塑性變形可表現(xiàn)為沿著晶粒力；而在較高溫度時，塑性變形可表現(xiàn)為沿著晶粒間分界面相對滑移，即晶界的形變阻力此時并不比間分界面相對滑移，即晶界的形變阻力此時并不比晶粒內(nèi)部大。晶粒內(nèi)部大。晶體塑性變形在性質(zhì)上所表現(xiàn)的特點和單晶體比晶體塑性變形在性質(zhì)上所表現(xiàn)的特點和單晶體比較較(bjio)有重大差別，這些差別的根源在于多晶體有重大差別，這些差別的根源在于多晶體各晶粒本身空間取向的不一致和晶界的存在各晶粒本身空間取向的不一致和晶界的存在 。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(ci

41、lio)的塑性變形的塑性變形第41頁/共54頁第四十二頁，共54頁。 單晶體和多晶體材料塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（3）形變織構(gòu)和各向異性）形變織構(gòu)和各向異性 隨著塑性變形程度的增加，各個晶粒的滑移方隨著塑性變形程度的增加，各個晶粒的滑移方向逐漸向主形變方向轉(zhuǎn)動，使多晶體中原來取向互向逐漸向主形變方向轉(zhuǎn)動，使多晶體中原來取向互不相同的各個晶粒在空間取向逐漸趨向一致，這一不相同的各個晶粒在空間取向逐漸趨向一致，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向；材料變形過程中的這種組織現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向；材料變形過程中的這種組織(zzh)狀態(tài)稱為形變織構(gòu)。狀態(tài)稱為形變織構(gòu)。 1.5 1.5 材料材料(cil

42、io)(cilio)的塑性變形的塑性變形第42頁/共54頁第四十三頁，共54頁。1 1.6 .6 塑性材料塑性材料的力學(xué)性能的力學(xué)性能塑性材料的拉伸塑性材料的拉伸(l shn)性能性能塑性較好的工程材料塑性較好的工程材料(cilio)曲線大致可分為彈性變形、塑性變形和斷裂曲線大致可分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個階段。三個階段。彈性變形階段，真應(yīng)力應(yīng)變曲彈性變形階段，真應(yīng)力應(yīng)變曲線與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線基本重合；線與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線基本重合；從塑性變形開始到應(yīng)力最大的從塑性變形開始到應(yīng)力最大的b點，即均勻塑性變形階段，真應(yīng)力高于工程應(yīng)力，隨應(yīng)變的增大，兩者之差增大，但真實應(yīng)變小于工程應(yīng)變。點，即均

43、勻塑性變形階段，真應(yīng)力高于工程應(yīng)力，隨應(yīng)變的增大，兩者之差增大，但真實應(yīng)變小于工程應(yīng)變。頸縮開始后，塑性變形集中在頸縮區(qū)，試樣的橫截面面積頸縮開始后，塑性變形集中在頸縮區(qū)，試樣的橫截面面積(min j)急劇減小，雖然工程應(yīng)力隨應(yīng)變增加而減少，但真應(yīng)力仍然增大，真應(yīng)力應(yīng)變曲線顯示出與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線不同的變化趨勢。急劇減小，雖然工程應(yīng)力隨應(yīng)變增加而減少，但真應(yīng)力仍然增大，真應(yīng)力應(yīng)變曲線顯示出與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線不同的變化趨勢。第43頁/共54頁第四十四頁，共54頁。1 1.6 .6 塑性材料塑性材料的力學(xué)性能的力學(xué)性能塑性材料的拉伸塑性材料的拉伸(l shn)性能性能幾種塑性不連續(xù)型應(yīng)力應(yīng)變曲線：

44、幾種塑性不連續(xù)型應(yīng)力應(yīng)變曲線： （a）有明顯的屈服現(xiàn)象，而且有一段鋸齒形屈服平臺，之后發(fā)生均勻塑性變形。（退火低碳鋼等）有明顯的屈服現(xiàn)象，而且有一段鋸齒形屈服平臺，之后發(fā)生均勻塑性變形。（退火低碳鋼等） （b）均勻屈服型應(yīng)力應(yīng)變曲線，試樣受力產(chǎn)生彈性變形后，出現(xiàn)了明顯上、下屈服點。（）均勻屈服型應(yīng)力應(yīng)變曲線，試樣受力產(chǎn)生彈性變形后，出現(xiàn)了明顯上、下屈服點。（Fe單晶中常見，多晶純鐵、半導(dǎo)體材料硅、金屬鍺也有。）單晶中常見，多晶純鐵、半導(dǎo)體材料硅、金屬鍺也有。） （c）彈性變形之后，有一系列的鋸齒疊加于拋物線型的塑性流變）彈性變形之后，有一系列的鋸齒疊加于拋物線型的塑性流變(li bin)曲線上

45、。這種現(xiàn)象是由于材料內(nèi)部不均勻變形造成的。（多是由于孿生或者溶質(zhì)原子與位錯的交互作用）曲線上。這種現(xiàn)象是由于材料內(nèi)部不均勻變形造成的。（多是由于孿生或者溶質(zhì)原子與位錯的交互作用） 第44頁/共54頁第四十五頁，共54頁。 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象在拉伸試驗中，當(dāng)外力不增加在拉伸試驗中，當(dāng)外力不增加(保持恒定保持恒定)時試樣仍然能夠伸長時試樣仍然能夠伸長或外力增加或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，然后在外力不增加或上下波動時試樣到一定數(shù)值時突然下降，然后在外力不增加或上下波動時試樣繼續(xù)伸長變形，這種現(xiàn)象叫屈服。繼續(xù)伸長變形，這種現(xiàn)象叫屈服。 呂德斯帶呂德斯帶 屈服強度屈服強度對單晶體來說，對單晶體來說，它

46、是第一條滑移線開始出現(xiàn)的抗力。如它是第一條滑移線開始出現(xiàn)的抗力。如用切應(yīng)力表示，即滑移臨界切應(yīng)力用切應(yīng)力表示，即滑移臨界切應(yīng)力c。對于多晶體來說，對于多晶體來說，用產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力定義為屈服強度。用產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力定義為屈服強度。對于拉伸時出現(xiàn)屈服平臺的材料，對于拉伸時出現(xiàn)屈服平臺的材料，由于下屈服點再現(xiàn)性較好，由于下屈服點再現(xiàn)性較好，故以下故以下(yxi)屈服應(yīng)力作為材料的屈服強度。屈服應(yīng)力作為材料的屈服強度。 1.7 1.7 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服第45頁/共54頁第四十六頁，共54頁。 影響屈服強度影響屈服強度(qingd)的的因素因素1.7 1.7

47、 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服(1)影響屈服強度的內(nèi)在因素 (2)金屬本質(zhì)及晶格類型(3) 一般地，多相合金的塑性變形主要在基體相中進行，這表明位錯主要分布在基體相中。位錯的運動首先決定于基體相的各種阻力。而金屬臨界切應(yīng)力都與其(yq)切變彈性模量G有關(guān)。G值越高，其臨界切應(yīng)力越大。過渡族金屬Fe，Ni等，G值較高，其臨界切應(yīng)力也高，因而屈服強度也高。(4) 同時，臨界切應(yīng)力還與晶體類型有關(guān)。金屬滑移方向的原子間距b(柏氏矢量)越大，臨界切應(yīng)力越大；反之，則臨界切應(yīng)力越小。如密排面心立方金屬Cu，Al和六方金屬Mg，Zn等，因為b小，其臨界切應(yīng)力都很低；而體心立方金屬Fe，Cr等，其臨界切應(yīng)力因b大都較高。(5)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)(6) 許多金屬與合金的屈服強度和晶粒大小的關(guān)系符合HallPetch關(guān)系 120syk d第46頁/共54頁第四十七頁，共54頁。1.7 1.7 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服 溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素 固溶合金的屈服強度高于純金屬，其流變曲線也高于純金屬。這