第三章材料2014

1、首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 研究研究不同變形和硬化特性的材料的應(yīng)力不同變形和硬化特性的材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲應(yīng)變曲線和拉伸性能參數(shù)。了解不同材料的性質(zhì)。線和拉伸性能參數(shù)。了解不同材料的性質(zhì)。第3章 金屬在單向靜拉伸下的力學(xué)性能3.1 拉伸力-伸長(zhǎng)曲線與應(yīng)力-應(yīng)變曲線 3.2 彈性變形:彈性變形及其實(shí)質(zhì)；虎克定律；彈性模量、彈性后效、包辛格效應(yīng)等 3.3 塑性變形:塑性變形方式與特點(diǎn)；屈服現(xiàn)象；應(yīng)變硬化；頸縮現(xiàn)象等 3.4 金屬的斷裂:斷裂的類型、斷口形貌、斷裂強(qiáng)度等首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 前前 言言1 1、拉伸性能、拉伸性能: : 通過(guò)拉伸試驗(yàn)可測(cè)材料的彈性、強(qiáng)度、延性、通過(guò)拉伸試

2、驗(yàn)可測(cè)材料的彈性、強(qiáng)度、延性、應(yīng)變硬化和韌度等重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是材應(yīng)變硬化和韌度等重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是材料的基本力學(xué)性能。料的基本力學(xué)性能。2 2、拉伸性能的作用、用途：、拉伸性能的作用、用途：a.a.在工程應(yīng)用中，拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)在工程應(yīng)用中，拉伸性能是結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)之一。的主要依據(jù)之一。b.b.研究新材料，或合理使用現(xiàn)有材料和改善其研究新材料，或合理使用現(xiàn)有材料和改善其力學(xué)性能時(shí)，都要測(cè)定材料的拉伸性能。力學(xué)性能時(shí)，都要測(cè)定材料的拉伸性能。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 3.1 拉伸力-伸長(zhǎng)曲線與應(yīng)力-應(yīng)變曲線1. 拉伸拉伸 試件的形狀和尺寸試件的形狀和尺寸

3、光滑圓柱試件光滑圓柱試件:試件的標(biāo)距長(zhǎng)度比試件的標(biāo)距長(zhǎng)度比l0 直徑直徑d0要大得多；要大得多；通常，通常， l0 =5 d0 或或l0 =10 d0 板狀試件板狀試件:試件的標(biāo)距長(zhǎng)度試件的標(biāo)距長(zhǎng)度l0 應(yīng)滿足下列關(guān)系式：應(yīng)滿足下列關(guān)系式： l0 =5.65 A0 1/2或或11.3 A0 1/2 ； 具體標(biāo)準(zhǔn)：具體標(biāo)準(zhǔn)：GB 639786一、 拉伸試驗(yàn)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)2.2.拉伸試驗(yàn)中注意的問(wèn)題拉伸試驗(yàn)中注意的問(wèn)題 拉伸加載速率較低拉伸加載速率較低, ,俗稱靜拉伸試驗(yàn)。俗稱靜拉伸試驗(yàn)。 嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其結(jié)果方為有效，由不嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其結(jié)果方為

4、有效，由不同的實(shí)驗(yàn)室和工作人員測(cè)定的拉伸性能數(shù)據(jù)才可以互相比同的實(shí)驗(yàn)室和工作人員測(cè)定的拉伸性能數(shù)據(jù)才可以互相比較。較。 拉伸試驗(yàn)機(jī)帶有自動(dòng)記錄或繪圖裝置，記錄或繪制試件所拉伸試驗(yàn)機(jī)帶有自動(dòng)記錄或繪圖裝置，記錄或繪制試件所受的載荷受的載荷P P和伸長(zhǎng)量和伸長(zhǎng)量l l之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線; ;首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3 3、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)二、拉伸圖二、拉伸圖 拉伸曲線拉伸曲線拉伸圖拉伸圖-加載后標(biāo)距間的長(zhǎng)度變化量加載后標(biāo)距間的長(zhǎng)度變化量 l 荷荷載載P P關(guān)系曲線關(guān)系曲線拉伸曲線拉伸曲線-應(yīng)力應(yīng)力 應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線工程工程( (或條件或條件) )

5、應(yīng)力應(yīng)力荷載除以試件的原始截荷載除以試件的原始截面積即得工程應(yīng)力，面積即得工程應(yīng)力，=P=PA A0 0工程工程( (或條件或條件) )應(yīng)變應(yīng)變伸長(zhǎng)量除以原始標(biāo)距長(zhǎng)伸長(zhǎng)量除以原始標(biāo)距長(zhǎng)度即得工程應(yīng)變度即得工程應(yīng)變，=l l0 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)( (工程工程) )應(yīng)力應(yīng)力- -( (工程工程) )應(yīng)變應(yīng)變 曲線圖曲線圖拉伸圖：拉伸圖：彈性變形彈性變形 塑性塑性變形變形 斷裂斷裂首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)oabcefPesb首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.2 彈性變形與彈性不完整性一、彈性變形及其實(shí)質(zhì)一、彈性變形及其實(shí)質(zhì) 1.1.彈性變形彈

6、性變形 定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來(lái)形狀或尺寸定義：當(dāng)外力去除后，能恢復(fù)到原來(lái)形狀或尺寸的變形，叫彈性變形。的變形，叫彈性變形。 特點(diǎn)：?jiǎn)握{(diào)、可逆、變形量很?。ㄒ话悴怀^(guò)特點(diǎn)：?jiǎn)握{(diào)、可逆、變形量很?。ㄒ话悴怀^(guò)0.5%-1.0%)0.5%-1.0%)。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 2.彈性的物理本質(zhì)彈性的物理本質(zhì) 金屬的彈性性質(zhì)是金屬原子間結(jié)合力抵抗外力的金屬的彈性性質(zhì)是金屬原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)。以雙原子模型為例宏觀表現(xiàn)。以雙原子模型為例首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)

7、上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 拐點(diǎn)拐點(diǎn)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)The slope of the force-distance curve in the linear regime close to r0 is a measure of the resistance of a solid to small elastic deformation. The modulus may also vary with direction of loading, especially in crystals that are highly anisotropic.首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)例例: 已知

8、兩原子間的鍵能為：已知兩原子間的鍵能為：A和和B為常數(shù)，為常數(shù)，r為原子間距。為原子間距。E與與r的關(guān)系如圖，求的關(guān)系如圖，求A和和B（1）當(dāng)）當(dāng)r=0.3, E=-4eV(2)當(dāng)當(dāng)r=0.30drdE83 . 03 . 04BA928BrArdrdE0)3 . 0(8)3 . 0(92BA51075. 3;37. 1BA首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) E 二、彈性模量 2.彈性模量的物理意義和作用彈性模量的物理意義和作用物理意義：工程上把彈性模量物理意義：工程上把彈性模量E、G稱做材料的剛度，它表稱做材料的剛度，它表 示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能力。

9、用途：計(jì)算梁或其他構(gòu)件撓度時(shí)必須用之。重要的力學(xué)性能用途：計(jì)算梁或其他構(gòu)件撓度時(shí)必須用之。重要的力學(xué)性能之一。之一。1.虎克定律：虎克定律： G 13221 E 12331 E 32111 E 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3. 比剛度比剛度 在航空航天裝置中要求材料具有高彈性模量和質(zhì)量輕，為此在航空航天裝置中要求材料具有高彈性模量和質(zhì)量輕，為此提出了比剛度。提出了比剛度。比剛度依載荷形式而定，拉伸桿件比剛度依載荷形式而定，拉伸桿件E/E/；1/21/3EE梁；板 下表來(lái)自：石德珂下表來(lái)自：石德珂材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能，部分公式有打印錯(cuò)誤。，部分公式有打印錯(cuò)誤。如梁的撓度計(jì)算公式、比強(qiáng)度的

10、推導(dǎo)等。如梁的撓度計(jì)算公式、比強(qiáng)度的推導(dǎo)等。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)33FlEI首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 思考題：減輕汽車重量對(duì)降低燃油消耗有很重要的作用。思考題：減輕汽車重量對(duì)降低燃油消耗有很重要的作用。汽車底盤約占汽車總重量的汽車底盤約占汽車總重量的6060。底盤的主要尺寸是按。底盤的主要尺寸是按比剛度來(lái)確定的，鋁合金的比剛度比鋼比剛度來(lái)確定的，鋁合金的比剛度比鋼( (低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼) )大，為什么汽車底盤一般用鋼而不用鋁合金，除了生產(chǎn)大，為什么汽車底盤一般用鋼而不用鋁合金，除了生產(chǎn)成本之外，還有什么必須考慮的重要因素成本之外，

11、還有什么必須考慮的重要因素? ?首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)4.4.影響彈性模量的因素影響彈性模量的因素 (Tm指熔點(diǎn)指熔點(diǎn))主要取決于結(jié)合鍵的本性和主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié)合力原子間的結(jié)合力, 材料的成分材料的成分(如金屬的合金化如金屬的合金化)和組織和組織(如金如金屬熱處理等屬熱處理等)對(duì)對(duì)E的影響不大。的影響不大。(高分子和陶瓷材料不同高分子和陶瓷材料不同) 在在-5050范圍內(nèi)范圍內(nèi),溫度對(duì)溫度對(duì)E的影響不大的影響不大.但是碳鋼溫度每但是碳鋼溫度每升高升高100 , E值下降值下降35%；(3)加載速率影響不大。加載速率影響不大。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)

12、：1.1.7 化學(xué)鍵與材料力學(xué)性能的關(guān)系化學(xué)鍵與材料力學(xué)性能的關(guān)系（1)結(jié)合鍵能是影響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，結(jié)合鍵能是影響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，即彈性模量越大。即彈性模量越大。金剛石具有較高的彈性模量值，為金剛石具有較高的彈性模量值，為1000GPa；工程陶瓷如碳化物、氧化物、氮化物等結(jié)合鍵能；工程陶瓷如碳化物、氧化物、氮化物等結(jié)合鍵能也較高，彈性模量為也較高，彈性模量為250-600GPa。由金屬鍵結(jié)合的金屬材料，。由金屬鍵結(jié)合的金屬材料，彈性模量略低一些，常用金屬材料的彈性模量約為彈性模量略低一些，常用金屬材料的彈性模量約為70-350GPa。而聚合物由于二次鍵的作

13、用，彈性模量?jī)H為而聚合物由于二次鍵的作用，彈性模量?jī)H為0.7-35GPa。（2)工程材料的強(qiáng)度與結(jié)合鍵能有一定的聯(lián)系，然而很大程工程材料的強(qiáng)度與結(jié)合鍵能有一定的聯(lián)系，然而很大程度上還取決于材料的其他結(jié)構(gòu)因素（如細(xì)微組織），因此強(qiáng)度上還取決于材料的其他結(jié)構(gòu)因素（如細(xì)微組織），因此強(qiáng)度將在更寬的幅度內(nèi)變化，度將在更寬的幅度內(nèi)變化，強(qiáng)度與鍵能的關(guān)系不如彈性模量強(qiáng)度與鍵能的關(guān)系不如彈性模量明顯。明顯。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)三、彈性極限、彈性比功oabcefPesb1、比例極限、彈性極限、比例極限、彈性極限2、彈性比功（又稱為彈性比能）、彈性比功（又稱為彈性比能）物理意義：?jiǎn)挝惑w積材料所吸收彈

14、性變形功；物理意義：?jiǎn)挝惑w積材料所吸收彈性變形功；幾何意義：應(yīng)力幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。2122eevE 彈性極限與彈性模量的區(qū)別？彈性極限與彈性模量的區(qū)別？ 彈性極限是材料的強(qiáng)度指標(biāo)，彈性極限是材料的強(qiáng)度指標(biāo)，它敏感地決定于材料的成分、組織它敏感地決定于材料的成分、組織及其他結(jié)構(gòu)因素；而彈性模量是剛及其他結(jié)構(gòu)因素；而彈性模量是剛度指標(biāo)，只決定于原子間的結(jié)合力，度指標(biāo)，只決定于原子間的結(jié)合力，對(duì)材料成分、結(jié)構(gòu)等不敏感。對(duì)材料成分、結(jié)構(gòu)等不敏感。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)四、彈性不完整性 理想彈性體的變形速度很快，相當(dāng)于聲音在彈性體內(nèi)的理想彈

15、性體的變形速度很快，相當(dāng)于聲音在彈性體內(nèi)的傳播速度。完整的彈性應(yīng)該是加載時(shí)立即變形，卸載時(shí)立即傳播速度。完整的彈性應(yīng)該是加載時(shí)立即變形，卸載時(shí)立即恢復(fù)原狀，應(yīng)力恢復(fù)原狀，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上加載線與卸載線完全重合，即應(yīng)應(yīng)變曲線上加載線與卸載線完全重合，即應(yīng)力與應(yīng)變同步，變形值大小與時(shí)間無(wú)關(guān)，即變形的性質(zhì)是完力與應(yīng)變同步，變形值大小與時(shí)間無(wú)關(guān)，即變形的性質(zhì)是完全彈性的。但是實(shí)際上，全彈性的。但是實(shí)際上， 應(yīng)變落后于應(yīng)力，存在應(yīng)變落后于應(yīng)力，存在滯彈性滯彈性(anelasticity or elastic backeffect)、包辛格效應(yīng)（包辛格效應(yīng)（Baushinger effect)等，屬于彈性

16、變等，屬于彈性變形中的非彈性問(wèn)題，統(tǒng)稱為形中的非彈性問(wèn)題，統(tǒng)稱為彈性不完整性。彈性不完整性。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 1、滯彈性（彈性后效）、滯彈性（彈性后效）1)正彈性后效或彈性蠕變正彈性后效或彈性蠕變 驟然加載時(shí)驟然加載時(shí),試樣立即產(chǎn)生的彈性試樣立即產(chǎn)生的彈性 應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變?yōu)镺a段段,再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間應(yīng)變?cè)黾釉俳?jīng)過(guò)一段時(shí)間應(yīng)變?cè)黾觓H段段(應(yīng)力不變應(yīng)力不變),稱為稱為正彈性后效或彈正彈性后效或彈性蠕變。性蠕變。 2)反彈性后效反彈性后效 驟然卸載時(shí)驟然卸載時(shí),彈性應(yīng)變（彈性應(yīng)變（eH)先消失先消失,其余部分的應(yīng)變是逐漸恢復(fù)的其余部分的應(yīng)變是逐漸恢復(fù)的, 此現(xiàn)象此現(xiàn)象稱為稱為反彈性后效或

17、彈性蠕變。反彈性后效或彈性蠕變。 上述現(xiàn)象表明應(yīng)變不僅是應(yīng)力的函上述現(xiàn)象表明應(yīng)變不僅是應(yīng)力的函數(shù)數(shù),還是時(shí)間的函數(shù)還是時(shí)間的函數(shù), 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為彈性后效。彈性后效。 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 注意：注意：對(duì)于多數(shù)金屬材料，如果不是在微應(yīng)變對(duì)于多數(shù)金屬材料，如果不是在微應(yīng)變范圍內(nèi)精密測(cè)量，其滯彈性不明顯，而對(duì)鑄鐵、范圍內(nèi)精密測(cè)量，其滯彈性不明顯，而對(duì)鑄鐵、高鉻不銹鋼則有明顯的滯彈性。高鉻不銹鋼則有明顯的滯彈性。 對(duì)于對(duì)于高分子材料，滯彈性表現(xiàn)為粘彈性高分子材料，滯彈性表現(xiàn)為粘彈性并成并成為高分子材料的普遍特性。為高分子材料的普遍特性。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) （a）晶體中的點(diǎn)缺陷

18、；顯微組織的不均勻性。）晶體中的點(diǎn)缺陷；顯微組織的不均勻性。 就金屬而言就金屬而言,特別是間隙原子在基體點(diǎn)陣中存在的固特別是間隙原子在基體點(diǎn)陣中存在的固溶體溶體, 滯彈性和應(yīng)力作用下間隙原子在基體點(diǎn)陣中作定向滯彈性和應(yīng)力作用下間隙原子在基體點(diǎn)陣中作定向擴(kuò)散所引起的變形有關(guān)。擴(kuò)散過(guò)程是時(shí)間相關(guān)的，滯彈性擴(kuò)散所引起的變形有關(guān)。擴(kuò)散過(guò)程是時(shí)間相關(guān)的，滯彈性必然是時(shí)間相關(guān)的；必然是時(shí)間相關(guān)的； 3)滯彈性影響因素滯彈性影響因素首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（b）應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)烈影響）應(yīng)力狀態(tài)強(qiáng)烈影響滯彈性。滯彈性。應(yīng)力狀態(tài)越軟（見(jiàn)下頁(yè)應(yīng)力狀態(tài)越軟（見(jiàn)下頁(yè)P(yáng)PT)，即切應(yīng)力

19、成分越大，滯彈性越顯著。故扭轉(zhuǎn)時(shí)的滯彈，即切應(yīng)力成分越大，滯彈性越顯著。故扭轉(zhuǎn)時(shí)的滯彈性比彎曲和拉伸時(shí)的大。性比彎曲和拉伸時(shí)的大。 （c）外在服役條件。溫度升高，滯彈性速率加快。）外在服役條件。溫度升高，滯彈性速率加快。 3)滯彈性影響因素滯彈性影響因素首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 4 4）彈性滯后環(huán)）彈性滯后環(huán) 圖圖b)b)中中交變載荷的最大應(yīng)力低于彈性極限；交變載荷的最大應(yīng)力低于彈性極限；c)c)中高于中高于彈性極限。彈性極限。 由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載曲線與卸載曲線不重合由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載曲線與卸載曲線不重合而形成的閉合曲線，稱為彈性滯后環(huán)。

20、而形成的閉合曲線，稱為彈性滯后環(huán)。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)物理意義：物理意義： 加載時(shí)消耗的變形功大于卸載時(shí)釋放的變形功?；?，加載時(shí)消耗的變形功大于卸載時(shí)釋放的變形功?；?，滯后環(huán)的滯后環(huán)的面積為一個(gè)循環(huán)所消耗的不可逆功。面積為一個(gè)循環(huán)所消耗的不可逆功。 這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。5 5）循環(huán)韌性）循環(huán)韌性: : 金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，叫循金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，叫循環(huán)韌性。循環(huán)韌性又稱為消振性。環(huán)韌性。循環(huán)韌性又稱為消振性。1 1）減振材料（機(jī)床床身、缸體等）減振材料（機(jī)床床身、缸體等）: :因?yàn)殍T鐵有此特

21、性，因?yàn)殍T鐵有此特性，故常被用來(lái)制作機(jī)床床身和內(nèi)燃機(jī)的支座。故常被用來(lái)制作機(jī)床床身和內(nèi)燃機(jī)的支座。循環(huán)韌性的應(yīng)用：循環(huán)韌性的應(yīng)用：2）但傳感材料、樂(lè)器等要求循環(huán)韌性小。）但傳感材料、樂(lè)器等要求循環(huán)韌性小。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 2、包辛格效應(yīng)、包辛格效應(yīng)（Baushinger effect) 0e124.0217.8328.748.52 30.1定義：材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形（定義：材料經(jīng)過(guò)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形（1%4%1%4%），），卸載后，再同向加載，卸載后，再同向加載，彈性極限或屈服強(qiáng)度彈性極限或屈服強(qiáng)度增加；反向加載時(shí)，增加；反向加載時(shí)，彈性極限或屈服強(qiáng)度彈性

22、極限或屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（1）包辛格應(yīng)變）包辛格應(yīng)變:為度量為度量包辛格效應(yīng)包辛格效應(yīng)的基本定量的基本定量指標(biāo)。指標(biāo)。指給定應(yīng)力下指給定應(yīng)力下, ,正向加正向加載與反向加載兩應(yīng)力載與反向加載兩應(yīng)力- -應(yīng)變曲應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。如圖中的線之間的應(yīng)變差。如圖中的首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（2 2）包辛格效應(yīng)的包辛格效應(yīng)的微觀本質(zhì)微觀本質(zhì) 交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化（強(qiáng)度極限下降）交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化（強(qiáng)度極限下降） 同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加；同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力

23、增加； 反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易，反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低。應(yīng)力降低。 規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力：指試樣在卸載后，其標(biāo)距部分的殘留伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力：指試樣在卸載后，其標(biāo)距部分的殘留伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定比例時(shí)的應(yīng)力。如達(dá)到定比例時(shí)的應(yīng)力。如達(dá)到0.2%。（3 3）包辛格效應(yīng)的危害及防止方法）包辛格效應(yīng)的危害及防止方法預(yù)先產(chǎn)生較大的塑性變形，可不產(chǎn)生包辛格效應(yīng)。預(yù)先產(chǎn)生較大的塑性變形，可不產(chǎn)生包辛格效應(yīng)。 第二次第二次反向受力前，先使金屬材料回復(fù)或再結(jié)晶退火。反向受力前，先使金屬材料回復(fù)或再結(jié)晶退火。 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 3.3

24、 塑性變形塑性變形塑性變形：塑性變形：外載荷卸去后，不能恢復(fù)的變形。外載荷卸去后，不能恢復(fù)的變形。塑性：塑性：材料受力，應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，仍能繼續(xù)材料受力，應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，仍能繼續(xù)變形變形 而不發(fā)生斷裂的性質(zhì)。而不發(fā)生斷裂的性質(zhì)。1.3.1 塑性變形的定義與特點(diǎn)塑性變形的定義與特點(diǎn)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)多晶體材料的塑性變形不可能在不同晶粒中同時(shí)開(kāi)始，這多晶體材料的塑性變形不可能在不同晶粒中同時(shí)開(kāi)始，這也是連續(xù)屈服材料的應(yīng)力也是連續(xù)屈服材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性變形和塑性變形應(yīng)變曲線上彈性變形和塑性變形間沒(méi)有嚴(yán)格界限的原因。間沒(méi)有嚴(yán)格界限的原因。塑性變形的特點(diǎn)塑性變形的特點(diǎn):(2 (

25、2）各晶粒塑性變形的相互制約與協(xié)調(diào)）各晶粒塑性變形的相互制約與協(xié)調(diào): :晶粒間塑性變形的相互制約晶粒間塑性變形的相互制約晶粒間塑性變形的相互協(xié)調(diào)晶粒間塑性變形的相互協(xié)調(diào)晶粒內(nèi)不同滑移系滑移的相互協(xié)調(diào)晶粒內(nèi)不同滑移系滑移的相互協(xié)調(diào) （1）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性）各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性:材料表面優(yōu)材料表面優(yōu)先先; 與切應(yīng)力取向最佳的滑移系優(yōu)先與切應(yīng)力取向最佳的滑移系優(yōu)先首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)塑性變形的度量塑性變形的度量:延伸率延伸率 ： 材料的塑性常用延伸率表示。測(cè)定方法如下：拉材料的塑性常用延伸率表示。測(cè)定方法如下：拉伸試驗(yàn)前測(cè)定試件的標(biāo)距伸試驗(yàn)前測(cè)定試件的標(biāo)距L L0

26、 0，拉伸斷裂后測(cè)得標(biāo)距為，拉伸斷裂后測(cè)得標(biāo)距為L(zhǎng) Lk k，然，然而按下式算出延伸率：而按下式算出延伸率：%10000LLLK 斷面收縮率斷面收縮率： 斷面收縮率斷面收縮率是評(píng)定材料塑性的主要指標(biāo)。是評(píng)定材料塑性的主要指標(biāo)。00100%kAAA 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.3.2 屈服與屈服強(qiáng)度屈服與屈服強(qiáng)度1、屈服、屈服 在金屬塑性變形的開(kāi)始階在金屬塑性變形的開(kāi)始階段，外力不增加、甚至下降段，外力不增加、甚至下降的情況下，而變形繼續(xù)進(jìn)行的的情況下，而變形繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象，稱為屈服。現(xiàn)象，稱為屈服。上屈服點(diǎn)，下屈服點(diǎn)上屈服點(diǎn)，下屈服點(diǎn)呂德絲帶呂德絲帶(Luders bond) 拉伸實(shí)驗(yàn)

27、時(shí)拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí),屈服變形開(kāi)始于距試樣夾持部位較近的地方屈服變形開(kāi)始于距試樣夾持部位較近的地方,然后逐漸傳播到整個(gè)試樣?？梢杂^察到與拉伸方向成然后逐漸傳播到整個(gè)試樣?？梢杂^察到與拉伸方向成450的的滑移帶滑移帶, 也稱為呂德絲帶也稱為呂德絲帶(Luders bond)。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)上下屈服點(diǎn)上下屈服點(diǎn)(作業(yè)：習(xí)題作業(yè)：習(xí)題5）首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)、對(duì)于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺(tái)、對(duì)于拉伸曲線上有明顯的屈服平臺(tái)的材料的材料(屈服不連續(xù)屈服不連續(xù))，屈服平臺(tái)，屈服平臺(tái)(取下取下屈服點(diǎn)屈服點(diǎn))所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強(qiáng)度，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強(qiáng)

28、度，記為記為s s = Fs / A02、屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、對(duì)于拉伸曲線上沒(méi)有屈服平臺(tái)、對(duì)于拉伸曲線上沒(méi)有屈服平臺(tái)的材料的材料(屈服連續(xù)屈服連續(xù)) ，此時(shí)將屈服強(qiáng)，此時(shí)將屈服強(qiáng)度定義為產(chǎn)生度定義為產(chǎn)生 0.2% 殘余伸長(zhǎng)時(shí)的殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力，記為應(yīng)力，記為0.2s= 0.2= F0.2/A0首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3、影響屈服強(qiáng)度的因素、影響屈服強(qiáng)度的因素首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（一）影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因（一）影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因(作業(yè)：習(xí)題作業(yè)：習(xí)題9）1 、金屬本性與晶格類型、金屬本性與晶格類型12Gb對(duì)于在滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)來(lái)說(shuō)，穿過(guò)此滑移面的其他位錯(cuò)稱為對(duì)于在滑移面上運(yùn)動(dòng)

29、的位錯(cuò)來(lái)說(shuō)，穿過(guò)此滑移面的其他位錯(cuò)稱為林位錯(cuò)林位錯(cuò)。林位錯(cuò)會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但是若應(yīng)力足夠大，滑動(dòng)的位。林位錯(cuò)會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，但是若應(yīng)力足夠大，滑動(dòng)的位錯(cuò)將切過(guò)林位錯(cuò)繼續(xù)前進(jìn)錯(cuò)將切過(guò)林位錯(cuò)繼續(xù)前進(jìn)。 首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)2 、晶粒大小與亞結(jié)構(gòu)、晶粒大小與亞結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化(Strengthening strategy 1: REDUCE GRAIN SIZE)1)Grain boundaries are barriers to slip;2)Barrier “strength”increases with misorientation;3)Smal

30、ler grain size:more barriers to slip;4) Hall-Petch Equation: 為位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的總阻力為位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的總阻力,大大體相當(dāng)單晶體的屈服強(qiáng)度體相當(dāng)單晶體的屈服強(qiáng)度;d為多為多晶體中各晶粒的平均直徑晶體中各晶粒的平均直徑;k為表為表征晶界對(duì)強(qiáng)度影響的常數(shù)征晶界對(duì)強(qiáng)度影響的常數(shù).2/10dkys首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 3、溶質(zhì)元素（形成固溶體）、溶質(zhì)元素（形成固溶體）首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化(Strengthening strategy 2: solid solutio

31、ns)1)Impurity atoms distort the lattice and generate stress;2)Stress can produce a barrier to dislocation motion.首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 4、第二相、第二相首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化(Strengthening strategy 3: precipitation strengthening)Hard precipitates are difficult to shear.Example:

32、 Ceramics in metals (SiC in Fe or Al)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（二）影響屈服強(qiáng)度的外因（二）影響屈服強(qiáng)度的外因溫度溫度 加載速率加載速率應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)溫度的影響溫度的影響首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)應(yīng)變速率的影響應(yīng)變速率的影響首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響 應(yīng)力狀態(tài)越軟（見(jiàn)教材P21），即切應(yīng)力成分越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低，所以扭轉(zhuǎn)的屈服強(qiáng)度小于拉伸的，拉伸的屈服強(qiáng)度小于彎曲的。 注意：不同應(yīng)力狀態(tài)下材料屈服強(qiáng)度不同，說(shuō)明材料注意：不同應(yīng)

33、力狀態(tài)下材料屈服強(qiáng)度不同，說(shuō)明材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為不同而已。在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為不同而已。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.3.3 真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線與形變強(qiáng)化應(yīng)變曲線與形變強(qiáng)化工程工程(或條件或條件)應(yīng)力應(yīng)力載荷除以試件的原始截面積載荷除以試件的原始截面積工程工程(或條件或條件)應(yīng)變應(yīng)變伸長(zhǎng)量除以原始標(biāo)距長(zhǎng)度伸長(zhǎng)量除以原始標(biāo)距長(zhǎng)度1AAAPAPSoo00100%AAA0lnln(1)llodllell真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：在拉伸過(guò)程中每一時(shí)刻的真實(shí)微應(yīng)變?yōu)樵诶爝^(guò)程中每一時(shí)刻的真實(shí)微應(yīng)變?yōu)閐ldel0PA00lll注意注意:上式是按頸縮前塑性變形沿整

34、個(gè)試樣長(zhǎng)度是均上式是按頸縮前塑性變形沿整個(gè)試樣長(zhǎng)度是均勻的這一條件得來(lái)的勻的這一條件得來(lái)的,只能用于強(qiáng)化階段只能用于強(qiáng)化階段.首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)2002200 2.5258.262.2l AlmmA00l AlA262000526.132.2104PSMPaA例例1:1:一直徑為一直徑為2.5mm2.5mm，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為200mm200mm的桿，在載荷的桿，在載荷2000N2000N作用下，作用下，直徑縮小為直徑縮小為2.2mm, 2.2mm, 試計(jì)算：試計(jì)算：(1)(1)桿的最終長(zhǎng)度；桿的最終長(zhǎng)度；(2)(2)在該在該載荷作用下的真應(yīng)力載荷作用下的真應(yīng)力S S與真應(yīng)變；與真應(yīng)變；

35、由體積不變由體積不變,得得: 解解: 00258.26200ln(1)ln(1)ln(1)0.256200llel首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)0lnln(1)llodllell 在工程應(yīng)變?yōu)?.1左右時(shí),兩者相差不大(1)(1)(真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線) )頸縮開(kāi)始頸縮開(kāi)始的點(diǎn)位于的點(diǎn)位于工程應(yīng)力工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線相應(yīng)點(diǎn)相應(yīng)點(diǎn)的左上方的左上方;(參考頸縮條件參考頸縮條件)(2)隨著塑性變形的發(fā)展隨著塑性變形的發(fā)展, ,材料一直材料一直在形變強(qiáng)化在形變強(qiáng)化, ,工程應(yīng)力工程應(yīng)力- -應(yīng)變曲線上應(yīng)變曲線上頸縮后的應(yīng)力降低是一種假象頸縮后的應(yīng)力降低是一種假象; ;（3 3

36、）頸縮后的集中應(yīng)變并不比均勻）頸縮后的集中應(yīng)變并不比均勻變形階段的應(yīng)變量小。變形階段的應(yīng)變量小。3.3.3 真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線與形變強(qiáng)化應(yīng)變曲線與形變強(qiáng)化首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 從試樣開(kāi)始屈服到發(fā)生頸縮為止從試樣開(kāi)始屈服到發(fā)生頸縮為止，兩者滿足，兩者滿足HollomonHollomon關(guān)系式關(guān)系式：2）真實(shí)應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變之間的關(guān)系）真實(shí)應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變之間的關(guān)系 應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)n n反映了金屬材料對(duì)進(jìn)一步塑性變形的抵反映了金屬材料對(duì)進(jìn)一步塑性變形的抵抗能力。從上式抗能力。從上式, , 在在S/eS/e相同時(shí)相同時(shí), n, n值大時(shí)值大時(shí) dS/dedS/de也大也大,

37、, 真真實(shí)應(yīng)力實(shí)應(yīng)力- -應(yīng)變曲線越陡。應(yīng)變曲線越陡。 大多數(shù)金屬材料大多數(shù)金屬材料n n為為0.10.10.5; n=10.5; n=1為為理想彈性體理想彈性體; n=0; n=0為為理想塑性體理想塑性體，材料無(wú)硬化能力。，材料無(wú)硬化能力。n 1nndSKnedeKedeenSKedSSndeeKK強(qiáng)度系數(shù)強(qiáng)度系數(shù); ; n應(yīng)變硬化（或強(qiáng)化）指數(shù)應(yīng)變硬化（或強(qiáng)化）指數(shù)SdSndee首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)例例2:2:今有今有直徑直徑10mm10mm的正火態(tài)的正火態(tài)60Mn60Mn鋼的拉伸試樣，其試驗(yàn)鋼的拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下數(shù)據(jù)如下(9.91mm(9.91mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的為

38、屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑試樣直徑) )求求K K與與n n 39.543.54.7652.955.454.052.44843.19.919.879.819.659.218.618.217.416.710 0000000001A lAAAllll llAAlll100100%AAA首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)作業(yè)作業(yè)1AAAPAPSoo首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)（1 1）應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化可使金屬零件具有一定的抗偶然過(guò)載能力?？墒菇饘倭慵哂幸欢ǖ目古既贿^(guò)載能力。如果沒(méi)有這一能力，超載將引起塑性變形并因變形繼續(xù)發(fā)展如果沒(méi)有這一能力，超載將引起塑性變形并因變形繼續(xù)發(fā)展而斷裂。而斷裂。 3

39、）應(yīng)變硬化（）應(yīng)變硬化（形變硬化，加工硬化）意義形變硬化，加工硬化）意義 （2）強(qiáng)化金屬，提高力學(xué)性能。）強(qiáng)化金屬，提高力學(xué)性能。（3）應(yīng)變硬化可以保證某些冷成型工藝。如汽車覆應(yīng)變硬化可以保證某些冷成型工藝。如汽車覆蓋件的蓋件的低碳鋼薄板的深沖成型。低碳鋼薄板的深沖成型。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 應(yīng)變硬化的內(nèi)因：應(yīng)變硬化的內(nèi)因：首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化Strengthening strategy 4:Strengthening strategy 4: Strain hardening or Cold work (%CW)Strain hardening or C

40、old work (%CW)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)習(xí)題習(xí)題9？首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.3.4 頸縮現(xiàn)象頸縮現(xiàn)象 頸縮前塑性變形沿整個(gè)試樣長(zhǎng)度是均勻的，發(fā)生頸縮頸縮前塑性變形沿整個(gè)試樣長(zhǎng)度是均勻的，發(fā)生頸縮后變形則主要集中在局部區(qū)域。后變形則主要集中在局部區(qū)域。 此時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)由均勻變形時(shí)的單軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藭r(shí)，應(yīng)力狀態(tài)由均勻變形時(shí)的單軸應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)。軸應(yīng)力狀態(tài)。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 1、頸縮條件、頸縮條件出現(xiàn)頸縮時(shí)正是拉伸力出現(xiàn)頸縮時(shí)正是拉伸力-伸長(zhǎng)曲線上的最大載荷處，即有：伸長(zhǎng)

41、曲線上的最大載荷處，即有：dF0dFd(S A)AdSSdA0dAdSSA 2() SVS VSddldlAlA llSdedSSdedSSndee又en 當(dāng)應(yīng)變強(qiáng)化速率與真實(shí)應(yīng)力相等時(shí)就開(kāi)始頸縮當(dāng)應(yīng)變強(qiáng)化速率與真實(shí)應(yīng)力相等時(shí)就開(kāi)始頸縮;或者或者真真實(shí)應(yīng)變等于應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)時(shí)開(kāi)始頸縮實(shí)應(yīng)變等于應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)時(shí)開(kāi)始頸縮。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 2、頸縮頸部應(yīng)力的修正、頸縮頸部應(yīng)力的修正* S比實(shí)際的真實(shí)應(yīng)力要大，為此按上式比實(shí)際的真實(shí)應(yīng)力要大，為此按上式修正為修正為S，式中，式中R，a參數(shù)見(jiàn)本片參數(shù)見(jiàn)本片P130。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)韌性韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的

42、能力。：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。 3、靜力韌度、靜力韌度靜力韌度靜力韌度：靜拉伸時(shí)，單位體積材料斷裂所吸收的功，：靜拉伸時(shí)，單位體積材料斷裂所吸收的功，為為真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力- -應(yīng)變曲線所圍的面積應(yīng)變曲線所圍的面積。塑性和強(qiáng)度的綜合指標(biāo)。塑性和強(qiáng)度的綜合指標(biāo)。 單位：?jiǎn)挝唬篔/mJ/m3 3 韌度韌度：度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。：度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。 有靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度等。有靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度等。靜力韌度對(duì)按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而在服役中有可能偶然過(guò)靜力韌度對(duì)按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而在服役中有可能偶然過(guò)載的機(jī)件（如鏈條、起重吊鉤等）必須考慮。載的機(jī)件（如鏈條

43、、起重吊鉤等）必須考慮。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 機(jī)械和工程構(gòu)件失效的形式有斷裂、磨損、腐機(jī)械和工程構(gòu)件失效的形式有斷裂、磨損、腐蝕等，斷裂是主要形式之一，危害性最大。蝕等，斷裂是主要形式之一，危害性最大。 斷裂是材料的一種十分復(fù)雜的行為，在不同的斷裂是材料的一種十分復(fù)雜的行為，在不同的力學(xué)、物理和化學(xué)環(huán)境下，會(huì)有不同的斷裂形力學(xué)、物理和化學(xué)環(huán)境下，會(huì)有不同的斷裂形式。式。 研究斷裂的主要目的是防止斷裂，以保證構(gòu)件研究斷裂的主要目的是防止斷裂，以保證構(gòu)件在服役過(guò)程中的安全。在服役過(guò)程中的安全。 3.4 材料斷裂材料斷裂首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 根據(jù)斷裂前塑性變形大小分類根據(jù)斷裂

44、前塑性變形大小分類: 脆性斷裂脆性斷裂；韌性斷裂韌性斷裂3.4.1 斷裂的基本類型斷裂的基本類型 根據(jù)斷裂面的取向分類根據(jù)斷裂面的取向分類: 正斷；切斷正斷；切斷 根據(jù)裂紋擴(kuò)展的途徑分類根據(jù)裂紋擴(kuò)展的途徑分類: 穿晶斷裂；沿晶斷裂穿晶斷裂；沿晶斷裂 根據(jù)斷裂機(jī)理分類根據(jù)斷裂機(jī)理分類: 解理斷裂，微孔聚集型斷裂；純剪切斷裂解理斷裂，微孔聚集型斷裂；純剪切斷裂首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.4.2 3.4.2 韌性斷裂韌性斷裂（ductile fracture）斷裂特點(diǎn)：斷裂特點(diǎn)：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形；過(guò)程較慢；斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形；過(guò)程較慢；危害危

45、害比脆性斷裂小，斷裂前機(jī)件已變形失效。比脆性斷裂小，斷裂前機(jī)件已變形失效。多發(fā)生于中、低強(qiáng)度鋼多發(fā)生于中、低強(qiáng)度鋼1.4.2.1韌性斷裂特點(diǎn)韌性斷裂特點(diǎn)首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)(a)當(dāng)拉伸載荷達(dá)到最大值時(shí)，試樣發(fā)生當(dāng)拉伸載荷達(dá)到最大值時(shí)，試樣發(fā)生頸縮。在頸縮區(qū)形成三向拉應(yīng)力狀態(tài)，頸縮。在頸縮區(qū)形成三向拉應(yīng)力狀態(tài)，且在試樣的心部軸向應(yīng)力最大。且在試樣的心部軸向應(yīng)力最大?！邦i縮微孔形核微孔長(zhǎng)大微孔聚合邊緣剪切斷裂”(c)增大外力，微孔在縱向與橫向均長(zhǎng)大；增大外力，微孔在縱向與橫向均長(zhǎng)大；(b)在三向應(yīng)力作用下，使得試樣心部的夾在三向應(yīng)力作用下，使得試樣心部的夾雜物雜物(如鋼中的硫化物如鋼中

46、的硫化物)或第二相或第二相(如鋼中的如鋼中的彌散的碳化物彌散的碳化物)質(zhì)點(diǎn)破裂，或夾雜物或第二質(zhì)點(diǎn)破裂，或夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)與基體界面脫離結(jié)合而形成微孔。相質(zhì)點(diǎn)與基體界面脫離結(jié)合而形成微孔。(d)微孔不斷長(zhǎng)大并發(fā)生聯(lián)接而形微孔不斷長(zhǎng)大并發(fā)生聯(lián)接而形成大的中心空腔成大的中心空腔(裂紋裂紋)。(e)最后，沿最后，沿450方向切斷，形成杯錐狀斷口方向切斷，形成杯錐狀斷口.3.4.2.2韌性斷裂機(jī)理韌性斷裂機(jī)理首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè): 斷口宏觀呈纖維狀，灰暗色斷口宏觀呈纖維狀，灰暗色,杯錐狀。杯錐狀。3.4.2.2韌性斷裂韌性斷裂斷口特征斷口特征 放射區(qū)：裂紋快速擴(kuò)展，放射線放射區(qū)：裂紋快速

47、擴(kuò)展，放射線平行于裂紋擴(kuò)展方向而垂直于裂紋平行于裂紋擴(kuò)展方向而垂直于裂紋前端的輪廓線。前端的輪廓線。 撕裂時(shí)塑性變形量越大，放射線撕裂時(shí)塑性變形量越大，放射線越粗。越粗。 纖維區(qū)：微孔在變形帶內(nèi)成纖維區(qū)：微孔在變形帶內(nèi)成核、長(zhǎng)大和聚合核、長(zhǎng)大和聚合, 這一過(guò)程重復(fù)這一過(guò)程重復(fù)進(jìn)行就形成了鋸齒形的纖維區(qū)。進(jìn)行就形成了鋸齒形的纖維區(qū)。 斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇沿沿45450 0方向切斷方向切斷, ,產(chǎn)生剪切唇產(chǎn)生剪切唇. .首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 斷口微觀特征是韌窩形貌；在正應(yīng)力作用下，韌斷口微觀特征是韌窩形貌；在正應(yīng)力作用下，韌窩是等

48、軸形的；在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，韌窩被拉長(zhǎng)窩是等軸形的；在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，韌窩被拉長(zhǎng)為橢圓形。為橢圓形。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.4.2.3 3.4.2.3 影響韌性斷裂的因素影響韌性斷裂的因素(1) (1) 基體的形變強(qiáng)化，基體的形變強(qiáng)化指數(shù)越大，基體的形變強(qiáng)化，基體的形變強(qiáng)化指數(shù)越大，則塑性變形后的強(qiáng)化越強(qiáng)烈，哪里變形，哪里便則塑性變形后的強(qiáng)化越強(qiáng)烈，哪里變形，哪里便強(qiáng)化，其結(jié)果是各處均勻的變形。強(qiáng)化，其結(jié)果是各處均勻的變形。 相反地，如果基體的形變強(qiáng)化指數(shù)小，則變形容相反地，如果基體的形變強(qiáng)化指數(shù)小，則變形容易局部化易局部化;(;(參考頸縮條件參考頸縮條件),),較易出現(xiàn)快速剪切裂較

49、易出現(xiàn)快速剪切裂開(kāi)。這種聚合模式塑性韌性低。開(kāi)。這種聚合模式塑性韌性低。（2）第二相粒子）第二相粒子, 鋼的塑性下降鋼的塑性下降(參考固溶強(qiáng)化）；參考固溶強(qiáng)化）；硫化物比碳化物的影響要明顯得多。同時(shí)碳化物硫化物比碳化物的影響要明顯得多。同時(shí)碳化物形狀也對(duì)斷裂應(yīng)變有很大影響，球狀的要比片狀形狀也對(duì)斷裂應(yīng)變有很大影響，球狀的要比片狀的好很多。的好很多。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè) 脆性斷裂的宏觀特征，理論上講，是斷裂脆性斷裂的宏觀特征，理論上講，是斷裂前不發(fā)生塑性變形，而裂紋的擴(kuò)展速度往往前不發(fā)生塑性變形，而裂紋的擴(kuò)展速度往往很快，接近聲速。很快，接近聲速。 脆性斷裂前無(wú)明顯的征兆可尋，且斷裂脆性斷裂前無(wú)明顯的征兆可尋，且斷裂是突然發(fā)生的，因而往往引起嚴(yán)重的后果。是突然發(fā)生的，因而往往引起嚴(yán)重的后果。因此，防止脆斷。因此，防止脆斷。3.4.3 脆性斷裂脆性斷裂(brittle fracture)脆性斷裂的微觀機(jī)制有脆性斷裂的微觀機(jī)制有解理斷裂解理斷裂和和沿晶斷裂沿晶斷裂。首頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)上頁(yè)返回返回下頁(yè)下頁(yè)3.4.3.1 3.4.3.1 解理斷裂解理斷裂 解理斷裂是材料在拉應(yīng)力的作用下，由于解理斷裂是材料在拉應(yīng)力的作用下，由于原于間結(jié)合鍵遭到破壞，嚴(yán)格地沿一定的原于間結(jié)合鍵遭到破壞，嚴(yán)格