Chapter-1-金屬在單向靜拉伸載荷下的力課件

第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能本章目的：

(1)揭示金屬變形和斷裂的基本規(guī)律；(2)闡述靜載荷下各種力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、意義、相互關(guān)系及變化規(guī)律；

(3)靜拉伸試驗(yàn)方法。1第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能本章目的：1主要內(nèi)容塑性變形彈性變形拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線金屬的斷裂2主要內(nèi)容塑性變形彈性變形拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線金屬(1)測(cè)試的是材料的“短期”(與時(shí)間無(wú)關(guān))力學(xué)行為；(2)采用的是光滑試樣；(3)常溫、大氣介質(zhì)，單調(diào)、單向拉伸載荷；(4)可以測(cè)得材料的彈性、強(qiáng)度和塑性性能。引言:單向靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)（GB/T228-2002）3(1)測(cè)試的是材料的“短期”(與時(shí)間無(wú)關(guān))力學(xué)行為；引言§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖1-1退火低碳鋼的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線F截面積A材料所受應(yīng)力：材料的應(yīng)變：l伸長(zhǎng)計(jì)§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖1-1退火低

拉伸曲線

彈性變形oe

Eσ=Eε

σe

均勻塑性變形（強(qiáng)化）sbσb

不均勻集中塑性變形bz“縮頸”現(xiàn)象低碳鋼單向靜拉伸曲線

不均勻屈服變形esσs、σ0.2z點(diǎn)：試樣發(fā)生斷裂σs、σ0.2及σb是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)拉伸曲線彈性變形oe均勻塑性變形（強(qiáng)化）sb不均勻★拉伸曲線6彈性形變?cè)嚇訑嗔阉苄孕巫儜?yīng)力應(yīng)變曲線呈線性，去除外力后變形可以恢復(fù)?！?殘余應(yīng)變e彈性極限強(qiáng)度s屈服強(qiáng)度b抗拉強(qiáng)度0.20.2%e、s以及b都可以反映材料的強(qiáng)度。我們通常所說(shuō)材料的強(qiáng)度一般指屈服強(qiáng)度s

。e:最大彈性形變延伸率：材料另一個(gè)重要的性能指標(biāo)：塑性，通常用延伸率來(lái)表示。另外也經(jīng)常用斷面收縮率表示，=(A0-A)/A0斜率為楊氏模量如果材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，通常用產(chǎn)生0.2%塑性變形的應(yīng)力(表示為0.2)表征屈服強(qiáng)度。去除外力后變形不能完全恢復(fù)，存在殘余應(yīng)變。塑性變形與材料中位錯(cuò)的移動(dòng)(滑移)相關(guān)?！锢烨€6彈性形變?cè)嚇訑嗔阉苄孕巫儜?yīng)力應(yīng)變曲線呈線

退火低碳鋼在靜拉伸作用的力-伸長(zhǎng)曲線可分為彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形和斷裂幾個(gè)階段。

圖1-2幾種典型材料的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線1-高碳鋼(淬火+高溫回火)；2-低合金結(jié)構(gòu)鋼；3-黃銅；4-陶瓷、玻璃；5-橡膠；6-工程塑料因材料而不同7退火低碳鋼在靜拉伸作用的力-伸長(zhǎng)曲線可分為彈陶瓷、玻璃塑料含雜質(zhì)鐵合金淬火高溫回火高碳鋼黃銅低合金鋼8陶瓷、玻璃塑料含雜質(zhì)鐵合金淬火高溫回火高碳鋼黃銅低合金鋼8應(yīng)力：材料受外加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力；應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度(或面積)上的伸長(zhǎng)(或收縮)稱為應(yīng)變。工程應(yīng)力和工程應(yīng)變：基于試樣初始截面和初始長(zhǎng)度定義的應(yīng)力、應(yīng)變。又稱條件應(yīng)力和條件應(yīng)變。二、工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線9應(yīng)力：材料受外加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力；二、工程應(yīng)力：工程應(yīng)變（以長(zhǎng)度表示）工程應(yīng)變（以面積表示）工程應(yīng)力：圖1-3低碳鋼的工程應(yīng)力－工程應(yīng)變曲線11圖1-3低碳鋼的工程應(yīng)力－工程應(yīng)變曲線11按拉伸時(shí)試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L，可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

三、真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力：用載荷F除以某一變形瞬間的截面積A，稱為真應(yīng)力S。真實(shí)應(yīng)變：在拉伸過(guò)程中，在某一瞬間，當(dāng)載荷增加dF時(shí)伸長(zhǎng)dL，則瞬時(shí)真應(yīng)變?yōu)閐e=dL/L，則e即為真應(yīng)變。按拉伸時(shí)試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L，可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲面積表示真實(shí)應(yīng)變?chǔ)譭

：長(zhǎng)度表示的真實(shí)應(yīng)變e：真實(shí)應(yīng)力S：13面積表示真實(shí)應(yīng)變?chǔ)譭：長(zhǎng)度表示的真實(shí)應(yīng)變e：真實(shí)應(yīng)力S：1圖1-4真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線14圖1-4真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線14

1、彈性變形的定義定義：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。

2、彈性變形的特點(diǎn)

(1)可逆；

(2)在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間呈單值線性關(guān)系，符合胡克定律，且彈性變形量都較小。

(＜0.5~1.0%)?！?.2彈性變形151、彈性變形的定義§1.2彈性變形15

3、胡克定律單向拉伸剪切扭轉(zhuǎn)相互關(guān)系163、胡克定律單向拉伸剪切扭轉(zhuǎn)相互關(guān)系16圖1-5彈性變形的雙原子模型彈性變形的物理本質(zhì)—雙原子模型：

材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。圖1-5彈性變形的雙原子模型彈性變形的物理本質(zhì)—雙原子模Chapter-1--金屬在單向靜拉伸載荷下的力課件

5、彈性模量產(chǎn)生100%彈性變形所需要的應(yīng)力稱為彈性模量。

(1)物理意義：工程上亦稱為材料的剛度，表征材料對(duì)彈性變形的抗力。

(2)用途：工程上是度量零件或構(gòu)件剛度的系數(shù)，是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。

構(gòu)件的剛度：構(gòu)件產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。195、彈性模量19

提高構(gòu)件剛度進(jìn)而減少?gòu)椥宰冃蔚耐緩剑哼x擇高彈性模量材料；加大構(gòu)件截面積。

(3)構(gòu)件剛度的意義是構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。剛度小易于彈性變形，過(guò)量的彈性變形導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)。構(gòu)件的剛度20提高構(gòu)件剛度進(jìn)而減少?gòu)椥宰冃蔚耐緩剑哼x擇高彈

小結(jié)

(1)彈性模量主要決定于原子或分子本性和晶格類型。

(2)合金化、熱處理(獲得不同的顯微組織)、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小。(3)金屬的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。溫度、加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大。21小結(jié)21彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。

幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。彈性極限：在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，試件卸載后能恢復(fù)原狀的最大應(yīng)力。

6、彈性比功(彈性比能、應(yīng)變比能)

22彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。幾何意義：應(yīng)彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出的非彈性性質(zhì)。

金屬在彈性變形中存在滯彈性(彈性后效)和包申格效應(yīng)等彈性不完整現(xiàn)象?！?.3彈性不完整性23彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出圖1-8滯彈性示意圖一、滯彈性(彈性后效)定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變，即應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。影響因素：材料成分、組織均勻性24圖1-8滯彈性示意圖一、滯彈性(彈性后效)24

組織越不均勻，彈性后效越顯著?？梢圆捎瞄L(zhǎng)時(shí)間回火處理，增加組織均勻性，降低彈性后效效果。25組織越不均勻，彈性后效越顯著。可以采用長(zhǎng)時(shí)間

2、滯彈性產(chǎn)生的原因金屬產(chǎn)生滯彈性的原因可能與晶體中點(diǎn)缺陷的移動(dòng)有關(guān)。圖1-9碳在α-Fe中的遷移

262、滯彈性產(chǎn)生的原因圖1-9碳在α-Fe中的遷移

(1)彈性滯后環(huán)：金屬在彈性區(qū)內(nèi)單向或交變快速加載，緊接著快速卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。

(2)內(nèi)耗：彈性滯后環(huán)的存在，說(shuō)明加載時(shí)消耗于金屬的變形功大于卸載時(shí)金屬放出的變形功，有一部分變形功為金屬所吸收，這部分功稱之為內(nèi)耗。3、彈性滯后環(huán)和循環(huán)韌性27(1)彈性滯后環(huán)：金屬在彈性區(qū)內(nèi)單向或交變快速加載，緊接彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線（圖a）。σ＜σe

，圖b。σ＞σe，圖c。28彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變圖1-10滯后環(huán)的類型

(a)單向加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗)；(b)交變加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗)

；(c)交變加載塑性滯后環(huán)-(吸收的功稱為循環(huán)韌性)(3)循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，叫做循環(huán)韌性，也稱為內(nèi)耗。29圖1-10滯后環(huán)的類型(3)循環(huán)韌性：金

循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別

循環(huán)韌性指金屬在塑性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。

內(nèi)耗指金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。意義:力學(xué)性能之一；循環(huán)韌性越高，機(jī)件的消振能力越好。30循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別301、定義材料經(jīng)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%~4%)，卸載后，再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加，反向加載規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。二、包申格效應(yīng)311、定義二、包申格效應(yīng)31圖1-11包申格效應(yīng)

初始拉伸初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)行第二次壓縮初始?jí)嚎s后卸載，第二次進(jìn)行拉伸初始拉伸后卸載，再進(jìn)行第二次拉伸32圖1-11包申格效應(yīng)初始拉伸初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)33332、包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因圖1-12包申格效應(yīng)的林位錯(cuò)理論預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)。同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，σr增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易σr降低。342、包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因圖1-12弊：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化，從而使強(qiáng)度極限下降。利：薄板反向彎曲成形、拉拔的鋼棒經(jīng)過(guò)軋輥壓制變直，可以降低成形或壓制應(yīng)力。

4、消除方法

(1)預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形；

(2)第二次受力前先在引起回復(fù)或再結(jié)晶的溫度下退火。3、包申格效應(yīng)的弊與利35弊：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化，從而使強(qiáng)度極限下降。3、§1.3塑性變形與應(yīng)變硬化一、塑性變形的主要方式：滑移，孿生1、滑移滑移：指的是金屬在切應(yīng)力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)進(jìn)行的切變過(guò)程?；葡担夯泼婧突品较虻慕M合。36§1.3塑性變形與應(yīng)變硬化一、塑性變形的主要方式：滑移，孿2、孿生（低溫或快速形變時(shí)）孿生：指的是金屬在切應(yīng)力作用下，在金屬晶體內(nèi)部局部區(qū)域內(nèi)，沿特定晶面和特定晶向進(jìn)行的一個(gè)均勻切變過(guò)程。

孿生提供的直接變形很小，一般不超過(guò)10%，但其間接貢獻(xiàn)卻很大。372、孿生（低溫或快速形變時(shí)）37二、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

1、各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性；

2、變形的相互協(xié)調(diào)性。二、多晶體塑性變形的特點(diǎn)三、屈服現(xiàn)象

(一)屈服現(xiàn)象

屈服：是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開始從彈性變形過(guò)渡到穩(wěn)定的塑性變形，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征，可將屈服分為非均勻屈服(不連續(xù)屈服)、均勻屈服和連續(xù)屈服三種。

39三、屈服現(xiàn)象39圖1-13拉伸曲線中的三種典型屈服現(xiàn)象(a)非均勻屈服（不連續(xù)屈服）；(b)均勻屈服；(c)連續(xù)屈服(二)非均勻屈服1、非均勻屈服曲線的特點(diǎn)具有上、下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。40圖1-13拉伸曲線中的三種典型屈服現(xiàn)象(二)非均勻屈服4圖1-14低碳鋼的非均勻(不連續(xù))屈服

圖1-14低碳鋼的非均勻(不連續(xù))屈服2、非均勻屈服的解釋

(1)非均勻屈服的柯氏氣團(tuán)釘扎理論

α-Fe中，C、N原子與位錯(cuò)交互作用形成柯氏氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻——存在上屈服點(diǎn)。位錯(cuò)從柯氏氣團(tuán)擺脫釘扎后，可在低應(yīng)力下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)——存在下屈服點(diǎn)。

實(shí)際上被強(qiáng)烈釘扎的位錯(cuò)不容易脫釘。

也無(wú)法解釋非α-Fe這類含有間隙原子金屬或合金的屈服現(xiàn)象。2、非均勻屈服的解釋(2)非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論

少量位錯(cuò)同向運(yùn)動(dòng)受阻，形成塞積群，導(dǎo)致材料要繼續(xù)發(fā)生塑性變形必須加大外應(yīng)力(上屈服點(diǎn))；一旦障礙被沖破，繼續(xù)發(fā)生塑性變形所需的外應(yīng)力下降(下屈服點(diǎn))。(2)非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論(三)均勻屈服

1、均勻屈服曲線的特點(diǎn)

有上、下屈服點(diǎn)，沒(méi)有屈服平臺(tái)。

2、均勻屈服的解釋

低密度可動(dòng)位錯(cuò)理論。44(三)均勻屈服44(三)連續(xù)屈服

1、連續(xù)屈服曲線的特點(diǎn)

沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，沒(méi)有屈服平臺(tái)。

2、連續(xù)屈服的解釋連續(xù)屈服可用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻進(jìn)行解釋(Ref.[2])。(四)孿生+連續(xù)屈服此外，當(dāng)金屬在低溫、高應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在正常的彈性段之后，有一系列鋸齒疊加于連續(xù)屈服的拋物線型曲線上。45(三)連續(xù)屈服45圖1-15第四種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

此時(shí)變形方式以孿生為主，由于孿生的萌生需要較大的應(yīng)力，但隨后的長(zhǎng)大所需要的應(yīng)力較小，所以其拉伸曲線出現(xiàn)鋸齒狀。46圖1-15第四種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線此時(shí)變

四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度：表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力。對(duì)于非均勻屈服和均勻屈服而言，屈服強(qiáng)度指的是用應(yīng)力表示的上屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)較穩(wěn)定，一般用下屈服點(diǎn)表示非均勻屈服或均勻屈服的屈服強(qiáng)度。四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征或沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力，稱為條件屈服強(qiáng)度?？煞譃橐?guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp、規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr、規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力σt三種指標(biāo)。P10~P11

重點(diǎn)為σ0.2的含義—表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力—常用的條件屈服強(qiáng)度。條件屈服強(qiáng)度：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征或沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，圖1-16屈服強(qiáng)度σs和σ0.249圖1-16屈服強(qiáng)度σs和σ0.249五、影響屈服強(qiáng)度的因素—阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

1、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因

(1)基體金屬的本性及晶格類型(P12)

塑性變形主要沿基體相進(jìn)行。位錯(cuò)所受的阻力包括：晶格阻力(P-N力)、位錯(cuò)間的交互作用力。五、影響屈服強(qiáng)度的因素—阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

主要結(jié)論①晶體滑移所需克服的切應(yīng)力是很低的；②滑移面間距a值越大，柏氏矢量的模b越小，則晶格阻力越??；③位錯(cuò)寬度越小，滑移的晶格阻力越大；④提高位錯(cuò)密度增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，可以增加屈服強(qiáng)度。

51主要結(jié)論51(2)溶質(zhì)原子固溶強(qiáng)化：在純金屬中加入溶質(zhì)原子形成固溶體合金，將顯著提高屈服強(qiáng)度，稱為固溶強(qiáng)化。

(3)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶界(亞晶界)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。要使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開動(dòng)，必須加大外應(yīng)力—霍爾-佩奇公式。

細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金屬屈服強(qiáng)度(同時(shí)可以提高其塑性)的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。(2)溶質(zhì)原子細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金(4)第二相位錯(cuò)切過(guò)或繞過(guò)沉淀強(qiáng)化(時(shí)效強(qiáng)化)：依靠過(guò)飽和固溶體的脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化：用粉末冶金的方法人為地加入第二相所造成的強(qiáng)化。

沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的相同點(diǎn)：第二相以細(xì)小顆粒形式分布于基體中。53(4)第二相53強(qiáng)化類型強(qiáng)化機(jī)理熱穩(wěn)定性相圖要求高溫使用情況沉淀強(qiáng)化溶質(zhì)原子偏聚→超過(guò)固溶度→共格析出→分散粒子→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱不穩(wěn)定。時(shí)效有過(guò)程。欠時(shí)效→時(shí)效→過(guò)時(shí)效。有不能彌散強(qiáng)化外加分散粒子，無(wú)共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱穩(wěn)定的無(wú)能沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化之間的不同點(diǎn)如下表：

2、影響屈服強(qiáng)度的外因

(1)溫度：T↑，σs↓。

T↑，位錯(cuò)密度↓；同時(shí)晶界弱化。

強(qiáng)化強(qiáng)化熱穩(wěn)相圖高溫使沉淀溶質(zhì)原子偏聚→超過(guò)固溶度→共格析出(2)應(yīng)變速率增大，σs↑。塑性變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間，應(yīng)變速率增大，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不能充分進(jìn)行，滑移受阻，則屈服強(qiáng)度提高——應(yīng)變速率硬化。(3)應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力分量越大(可促進(jìn)更多滑移系開動(dòng))，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低。55(2)應(yīng)變速率增大，σs↑。55應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。機(jī)理：位錯(cuò)的增殖與交互作用導(dǎo)致的阻礙。

1、均勻塑性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變之間符合Hollomon關(guān)系式。六、應(yīng)變硬化(形變強(qiáng)化、加工硬化)應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增應(yīng)變硬化指數(shù)n：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。n=1，理想彈性體；n=0材料無(wú)硬化能力。層錯(cuò)能低的材料應(yīng)變硬化程度大。常用直線作圖法求應(yīng)變硬化指數(shù)(P16)。2、n的意義

(1)n較大，抗偶然過(guò)載能力較強(qiáng)；安全性相對(duì)較好；57應(yīng)變硬化指數(shù)n：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。是表征金(2)反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)；

(3)應(yīng)變硬化是強(qiáng)化金屬材料的重要手段之一，特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的材料；

(4)提高強(qiáng)度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。58(2)反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬應(yīng)變硬化指數(shù)

n，反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。n=0.1~0.5n=1：s=ke,理想彈性體n=0：s=k,無(wú)硬化能力退火態(tài)、層錯(cuò)能低，n大與σs成反比常用直線作圖法求得應(yīng)變硬化指數(shù)

縮頸現(xiàn)象：韌性材料，變形集中于局部區(qū)域

應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果縮頸的判據(jù)：五、抗拉強(qiáng)度和縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象：五、抗拉強(qiáng)度和縮頸現(xiàn)象Chapter-1--金屬在單向靜拉伸載荷下的力課件

抗拉強(qiáng)度定義材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。意義：（1）易于測(cè)定，重現(xiàn)性好，重要的力學(xué)性能指標(biāo)（2）脆性材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要依據(jù)（3）取決于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)，σs/σb重要（4）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，如：σb≈1/3HB；淬火鋼σ-1≈1/2σb?？估瓘?qiáng)度定義六、塑性定義：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。

均勻塑性變形+集中塑性變形塑性指標(biāo)

斷后伸長(zhǎng)率δ

斷面收縮率ψ5>10

最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率δgt六、塑性定義：64塑性的意義安全力學(xué)性能指標(biāo)塑性變形緩和應(yīng)力集中軋制、擠壓等冷熱加工變形64塑性的意義影響塑性的因素

(1)細(xì)化晶粒，塑性↑。

細(xì)化晶粒是唯一既可以提高強(qiáng)度，同時(shí)又提高塑性的強(qiáng)化手段。

(2)軟的第二相塑性↑；固溶、硬的第二相等，塑性↓。

(3)溫度提高，塑性↑。65影響塑性的因素65七、靜力韌度

1、韌度度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。又分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度。

2、靜力韌度：金屬材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功。66七、靜力韌度66思考題畫出該材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線求n和K，并寫出Hollomon方程今有10mm直徑的正火態(tài)60Mn拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(d=9.9mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑)：F/KN39.543.547.652.955.454.052.44843.1d/mm9.919.879.819.659.218.618.217.416.78思考題畫出該材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線今有1完全斷裂：金屬在外力作用下被分成若干部分、喪失連續(xù)性的現(xiàn)象。不完全斷裂：內(nèi)部存在裂紋的斷裂。大多數(shù)金屬材料的斷裂過(guò)程都包括裂紋形成與擴(kuò)展兩個(gè)階段。一、斷裂的分類

(一)韌性斷裂和脆性斷裂

根據(jù)斷裂前塑性變形的大小進(jìn)行的分類。§1.4金屬的斷裂68完全斷裂：金屬在外力作用下被分成若干部分、喪失連續(xù)性的現(xiàn)象。1、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn)

(1)韌性斷裂：指的是在斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。

(2)韌性斷裂的斷裂特點(diǎn)①斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形ψ>5%，斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力，并與主應(yīng)力成45°，斷口呈纖維狀，暗灰色；②斷裂時(shí)的名義應(yīng)力高于屈服強(qiáng)度；③裂紋擴(kuò)展慢，消耗大量塑性變形能。691、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn)69二、斷口的宏觀特征

斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。

纖維區(qū)：灰暗色，裂紋擴(kuò)展速度慢；

放射區(qū)：裂紋擴(kuò)散速度快，低能量撕裂，有放射線花樣。

剪切唇：切斷。杯狀或錐狀，表面光滑，與拉伸軸成45°角。70二、斷口的宏觀特征70圖1-17板狀矩形試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-16光滑圓柱試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-17板狀矩形試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-1672韌性斷裂過(guò)程:中心夾雜物或硬質(zhì)點(diǎn)破裂或與基體脫離72韌性斷裂過(guò)程:中心夾雜物或硬質(zhì)點(diǎn)破裂或與基體脫離

2、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn)

(1)脆性斷裂：指的是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本不發(fā)生塑性變形。

(2)脆性斷裂的斷裂特點(diǎn)①斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形ψ<5%，斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀（板狀矩形拉伸試樣斷口：人字紋花樣）；②斷裂時(shí)材料承受的工作應(yīng)力往往低于

屈服強(qiáng)度—低應(yīng)力斷裂；③裂紋擴(kuò)展快速、突然；

④脆性斷裂危害大。732、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn)733、該分類具工程實(shí)用意義

工程設(shè)計(jì)的依據(jù)不同。

(1)有塑斷可能的金屬材料，設(shè)計(jì)時(shí)取屈服強(qiáng)度；

(2)有脆斷可能的鋼(高強(qiáng)度鋼、低溫下使用的中強(qiáng)度鋼)須從脆斷角度(斷裂韌度角度)計(jì)算承載力。743、該分類具工程實(shí)用意義74

注意①并不只是脆性材料才發(fā)生脆性斷裂，塑性較好的材料也可能發(fā)生脆斷：低溫時(shí)；加載速度極快時(shí)——沖擊。②脆斷時(shí)局部區(qū)域仍存在一定的塑性變形。75注意75韌性與脆性斷裂比較斷裂類型塑性變形擴(kuò)展速度斷口特征材料韌性斷裂明顯慢灰黑色、纖維狀金屬及高分子脆性斷裂無(wú)突然、快速平齊光亮、放射狀、結(jié)晶狀淬火鋼,鑄鐵,陶瓷韌性與脆性斷裂比較斷裂類型塑性變形擴(kuò)展速度斷口特征材料韌性斷根據(jù)裂紋擴(kuò)展途徑進(jìn)行的分類。

1、穿晶斷裂：裂紋穿過(guò)晶界。從宏觀看，穿晶斷裂可以是韌性或脆性斷裂；兩者有時(shí)可混合發(fā)生。2、沿晶斷裂：裂紋沿晶擴(kuò)展。從宏觀看，沿晶斷裂多數(shù)是脆性。77(二)穿晶斷裂與沿晶斷裂根據(jù)裂紋擴(kuò)展途徑進(jìn)行的分類。77(二)穿晶斷裂與沿晶斷裂沿晶斷裂的微觀斷口特征晶界上有脆性第二相薄膜或雜質(zhì)元素偏聚均可產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。最典型的微觀特征是具有冰糖狀形貌。圖1-22冰糖狀斷口78沿晶斷裂的微觀斷口特征圖1-22冰糖狀斷口78(三)純剪切斷裂與微孔聚集、解理斷裂

根據(jù)斷裂機(jī)理進(jìn)行的分類。

(1)剪切斷裂

剪切斷裂：在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂。分純剪切斷裂和微孔聚集型斷裂。

(2)解理斷裂：在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面(解理面)而產(chǎn)生的穿晶斷裂。79(三)純剪切斷裂與微孔聚集、解理斷裂79三、斷裂機(jī)理及微觀斷口特征(一)解理脆性斷裂機(jī)理1、解理裂紋的形成

(1)甄納-斯特羅的位錯(cuò)塞積理論

思想：滑移時(shí)位錯(cuò)遇到障礙產(chǎn)生應(yīng)力集中。①激發(fā)相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)—塑性變形。②相鄰晶粒不屈服，應(yīng)力集中足夠大，發(fā)生正斷—形成解理裂紋。三、斷裂機(jī)理及微觀斷口特征圖1-19位錯(cuò)塞積形成裂紋81圖1-19位錯(cuò)塞積形成裂紋81理論斷裂強(qiáng)度形成裂紋的條件：理論斷裂強(qiáng)度圖1-21位錯(cuò)反應(yīng)形成裂紋（2）柯垂耳位錯(cuò)反應(yīng)理論晶內(nèi)解理和bcc晶體，可以借助位錯(cuò)反應(yīng)形成裂紋。83圖1-21位錯(cuò)反應(yīng)形成裂紋（2）柯垂耳位錯(cuò)反應(yīng)理論83

解理裂紋擴(kuò)展的臨界條件及屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的條件與位錯(cuò)塞積理論相同。兩種解理裂紋形成模型的共同之處：

(1)裂紋形核前均需塑性變形；

(2)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇界面受阻，在一定條件下形成裂紋。解理裂紋擴(kuò)展的臨界條件及屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的條件與位錯(cuò)塞積2解理裂紋的長(zhǎng)大和擴(kuò)展

解理斷裂過(guò)程：塑性變形形成裂紋；裂紋在同一晶粒內(nèi)初期長(zhǎng)大；裂紋越過(guò)晶界向相鄰晶粒擴(kuò)展。圖1-20解理裂紋形成、長(zhǎng)大和擴(kuò)展示意圖852解理裂紋的長(zhǎng)大和擴(kuò)展圖1-20解理裂紋形成、長(zhǎng)大解理裂紋擴(kuò)展的條件柯垂?fàn)?，能量分析法，解理裂紋擴(kuò)展的條件為：外加正應(yīng)力所做的功必須等于產(chǎn)生裂紋新表面的表面能。彈性剪切位移塑性位移解理裂紋擴(kuò)展的條件柯垂?fàn)?，能量分析法，解理裂紋擴(kuò)展的條件為晶粒細(xì)化，材料的脆性減小。第二相質(zhì)點(diǎn)的間距越小，材料的強(qiáng)度↑。晶粒細(xì)化，材料的脆性減小。

解理裂紋擴(kuò)展的臨界條件：σc表示長(zhǎng)度相當(dāng)于直徑d的裂紋擴(kuò)展所需要的應(yīng)力，或裂紋體的實(shí)際斷裂強(qiáng)度。屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂(動(dòng)力學(xué))條件：解理裂紋擴(kuò)展的臨界條件：σc表示長(zhǎng)度相當(dāng)于直徑d的裂紋擴(kuò)展圖1-21晶粒大小對(duì)低碳鋼屈服應(yīng)力和斷裂應(yīng)力的影響

解理裂紋擴(kuò)展的條件：存在拉應(yīng)力；表面能γs較低；裂紋長(zhǎng)度大于臨界尺寸。89圖1-21晶粒大小對(duì)低碳鋼屈服應(yīng)力和斷裂應(yīng)力的影響(二)脆性斷裂的微觀斷口特征

1、解理斷裂的微觀斷口特征（脆性穿晶斷裂）

解理面：在正應(yīng)力作用下沿一定晶體學(xué)平面所產(chǎn)生的穿晶斷裂，因與大理石斷裂類似，故稱此種晶體學(xué)平面為解理面。

解理刻面：大致以晶粒大小為單位的解理面，稱解理刻面。(二)脆性斷裂的微觀斷口特征

解理斷裂的基本微觀特征有解理臺(tái)階、河流花樣和舌狀花樣。(1)解理臺(tái)階和河流花樣

解理臺(tái)階是沿兩個(gè)高度不同的平行解理面上擴(kuò)展的解理裂紋相交時(shí)形成的。解理臺(tái)階匯合臺(tái)階高度足夠大時(shí)就形成了河流狀花樣。解理斷裂的基本微觀特征有解理臺(tái)階、河流解理臺(tái)階、河流花樣形成示意圖解理臺(tái)階、河流花樣形成示意圖

關(guān)于河流花樣①是解理斷裂最典型的微觀特征；②判斷是否解理斷裂的重要微觀依據(jù)；③順河流反方向可找到裂紋源。

(2)舌狀花樣解理裂紋沿孿晶界擴(kuò)展留下的舌狀凹坑或凸臺(tái)。

93關(guān)于河流花樣93舌狀花樣：解理裂紋沿孿晶界擴(kuò)展留下的舌頭狀凹坑或凸臺(tái)舌狀花樣：準(zhǔn)解理：由于晶體內(nèi)存在彌散硬質(zhì)點(diǎn)，解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)處點(diǎn)，其擴(kuò)展不是嚴(yán)格沿著一定晶體學(xué)平面，微觀形態(tài)似解理河流又非真正解理，故稱準(zhǔn)解理。952、準(zhǔn)解理準(zhǔn)解理：由于晶體內(nèi)存在彌散硬質(zhì)點(diǎn)，解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)處點(diǎn)淬火回火鋼斷裂路徑主要與細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)有關(guān)形成從晶內(nèi)某點(diǎn)發(fā)源的放射狀河流花樣。不獨(dú)立，解理斷裂的變種淬火回火鋼

(1)準(zhǔn)解理與解理的相同點(diǎn)

都是穿晶斷裂；有小解理刻面；有解理臺(tái)階或撕裂棱及河流花樣。

(2)準(zhǔn)解理與解理的不同點(diǎn)

①準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面；②真正解理裂紋常源于晶界，而準(zhǔn)解理裂紋則常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)；③準(zhǔn)解理不是一種獨(dú)立的斷裂機(jī)理，而是解理斷裂的變種。97(1)準(zhǔn)解理與解理的相同點(diǎn)9798（1）成核：微孔是通過(guò)第二相(或夾雜物)質(zhì)點(diǎn)本身破裂、或第二相(或夾雜物)與基體界面脫離而成核的。原因：位錯(cuò)引起的應(yīng)力集中，不均勻塑性形變/塑性變形不協(xié)調(diào)(三)韌性斷裂機(jī)理1、微孔聚集斷裂機(jī)理

微孔聚集型韌性斷裂包括微孔形核、長(zhǎng)大、聚合、斷裂等過(guò)程。98（1）成核：(三)韌性斷裂機(jī)理（2）長(zhǎng)大位錯(cuò)遇到質(zhì)點(diǎn)，形成位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)在質(zhì)點(diǎn)處堆積；界面沿滑移面分離，形成微孔滑移面上的位錯(cuò)向微孔運(yùn)動(dòng)，使其長(zhǎng)大（3）聚合相鄰微孔間基體發(fā)生內(nèi)縮頸（4）斷裂（2）長(zhǎng)大2、微孔聚集斷裂的微觀斷口特征

圓形或橢圓形的韌窩。注意

(1)微孔聚集斷裂一定有韌窩存在。

(2)但微觀形態(tài)上出現(xiàn)韌窩，其宏觀上不一定就是韌性斷裂。1002、微孔聚集斷裂的微觀斷口特征100解理斷裂機(jī)理形成：擴(kuò)展：微觀斷口特征：微孔聚集斷裂機(jī)理過(guò)程：微觀斷口特征：位錯(cuò)塞積理論，位錯(cuò)反應(yīng)理論解理臺(tái)階、河流花樣和舌狀花樣微孔形核、長(zhǎng)大、聚合、斷裂韌窩解理斷裂機(jī)理微孔聚集斷裂機(jī)理位錯(cuò)塞積理論，位錯(cuò)反應(yīng)理論解理臺(tái)斷口分析手段：肉眼、放大鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）宏觀、微觀結(jié)合注意：宏觀斷裂形態(tài)，微觀斷裂特征材料斷裂的實(shí)際情況復(fù)雜目的：

了解材料斷裂時(shí)裂紋萌生及擴(kuò)展的起因、經(jīng)歷及方式斷口分析手段：肉眼、放大鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）注意：宏四、斷裂強(qiáng)度

(一)理論斷裂強(qiáng)度

理論斷裂強(qiáng)度：是指在正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于外力方向拉斷所需的應(yīng)力。是晶體在彈性狀態(tài)下的最大結(jié)合力。

圖1-24原子間作用力和原子間位移關(guān)系曲線四、斷裂強(qiáng)度圖1-24原子間作用力和原子間位移關(guān)系曲線(1)設(shè)：原子間的結(jié)合力隨原子間的位移按正弦曲線變化，σm為理論斷裂強(qiáng)度。

根據(jù)胡克定律：

合并兩式消x：

如何消除λ呢？(1)設(shè)：原子間的結(jié)合力隨原子間的位移按正弦曲線變化，σ

脆性斷裂時(shí)消耗的功＝裂紋兩個(gè)表面的表面能。

帶入(Eq.1)得到理想晶體脆性(解理)斷裂理論斷裂強(qiáng)度。脆性斷裂時(shí)消耗的功＝裂紋兩個(gè)表面的表面能。(二)材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度即格雷菲斯裂紋理論。1、格雷菲斯裂紋理論的出發(fā)點(diǎn)

(1)材料中已存在裂紋；

(2)局部應(yīng)力集中超過(guò)理論斷裂強(qiáng)度；

(3)裂紋快速擴(kuò)展；

(4)彈性能降低足以滿足裂紋表面能的增加從而導(dǎo)致材料脆性斷裂。

106(二)材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度106圖1-25格雷菲斯裂紋模型(2)格雷菲斯裂紋理論模型單位厚度、無(wú)限寬薄板，僅施加一拉應(yīng)力(平面應(yīng)力)。107圖1-25格雷菲斯裂紋模型(2)格雷菲斯裂紋理論模

①由于裂紋的形成，系統(tǒng)釋放彈性能。

②裂紋形成產(chǎn)生新表面需要能量。

③整個(gè)系統(tǒng)的總能量發(fā)生變化。①由于裂紋的形成，系統(tǒng)釋放彈性能。圖1-26裂紋擴(kuò)展尺寸與能量變化關(guān)系④在總能量曲線的最高點(diǎn)處，系統(tǒng)總能量對(duì)裂紋半長(zhǎng)a的一階偏導(dǎo)數(shù)等于0。圖1-26裂紋擴(kuò)展尺寸與能量變化關(guān)系④在

此即裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力，即格雷菲斯公式。其中σc為裂紋物體的實(shí)際斷裂強(qiáng)度。①σ>σc，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。②外加應(yīng)力σ不變，滿足下式時(shí)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。此即裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力，即格雷菲斯公式。其中

注意

(1)此公式適用于薄板，厚板時(shí)為平面應(yīng)變(P33式51-52)。

(2)格雷菲斯斷裂公式也適用于長(zhǎng)為a的表面半橢圓裂紋，式中的a就是裂紋長(zhǎng)度。

(3)格雷菲斯公式只適用于脆性固體，即裂紋尖端塑性變形可以忽略的情況。注意

(4)格雷菲斯公式是必要條件，能量判據(jù)。裂紋擴(kuò)展的充分條件是其尖端應(yīng)力要等于或大于理論斷裂強(qiáng)度σm?？傻玫匠浞謼l件，應(yīng)力判據(jù)：(4)格雷菲斯公式是必要條件，能量判據(jù)。裂格雷菲斯理論——斷裂發(fā)生的必要條件裂紋自動(dòng)擴(kuò)展的充分條件：尖端應(yīng)力要等于或大于σm。

應(yīng)力條件能量條件討論：ρ=8a0/π時(shí)相等。ρ<3a0：能量判據(jù)ρ>3a0：應(yīng)力判據(jù)格雷菲斯理論——斷裂發(fā)生的必要條件應(yīng)力條件能量條件討論：

(4)對(duì)于非超高強(qiáng)度的工程金屬材料而言，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修正，得到：

γp為單位面積裂紋表面所消耗的塑性功。(4)對(duì)于非超高強(qiáng)度的工程金屬材料而言，應(yīng)六、斷裂理論的應(yīng)用屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)：屈服強(qiáng)度與晶粒的關(guān)系公式：如果要降低材料的脆性，必須：所以有：六、斷裂理論的應(yīng)用屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)：屈服強(qiáng)度與晶粒的討論（1）切變模量G，組織不敏感；（2）有效表面能γs+γp（表面能和塑性功）（3）應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)q：滑移面上τ/σ（4）晶粒大小d，影響位錯(cuò)塞積的數(shù)目（5）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的總阻力σi（6）釘扎常數(shù)ky大，材料脆性大。合金元素呈固溶態(tài)存在時(shí)，脆性大；化合態(tài)彌撒分布細(xì)化晶粒，韌性好；合金元素增加比表面能時(shí)，韌性好；與滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)有關(guān)單向拉：q＝1扭轉(zhuǎn)：q＝2三向拉：q＝1/3晶格阻力和位錯(cuò)間作用力討論與滑移系和可動(dòng)位錯(cuò)數(shù)有關(guān)單向拉：q＝1晶格阻力和位錯(cuò)間作

思考題和習(xí)題

(1)

P37(4、6、10-11、13-14、17、25)；

(2)典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(課件中)。

(3)時(shí)效強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的異同。

(4)材料剛度與構(gòu)件剛度的異同。如何提高構(gòu)件的剛度？

(5)解理和準(zhǔn)解理的異同。作業(yè)題

P37(16、18、19)。117思考題和習(xí)題117第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能本章目的：

(1)揭示金屬變形和斷裂的基本規(guī)律；(2)闡述靜載荷下各種力學(xué)性能指標(biāo)的本質(zhì)、意義、相互關(guān)系及變化規(guī)律；

(3)靜拉伸試驗(yàn)方法。118第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能本章目的：1主要內(nèi)容塑性變形彈性變形拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線金屬的斷裂119主要內(nèi)容塑性變形彈性變形拉伸力-伸長(zhǎng)曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線金屬(1)測(cè)試的是材料的“短期”(與時(shí)間無(wú)關(guān))力學(xué)行為；(2)采用的是光滑試樣；(3)常溫、大氣介質(zhì)，單調(diào)、單向拉伸載荷；(4)可以測(cè)得材料的彈性、強(qiáng)度和塑性性能。引言:單向靜拉伸試驗(yàn)的特點(diǎn)（GB/T228-2002）120(1)測(cè)試的是材料的“短期”(與時(shí)間無(wú)關(guān))力學(xué)行為；引言§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖1-1退火低碳鋼的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線F截面積A材料所受應(yīng)力：材料的應(yīng)變：l伸長(zhǎng)計(jì)§1.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、拉伸力-伸長(zhǎng)曲線圖1-1退火低

拉伸曲線

彈性變形oe

Eσ=Eε

σe

均勻塑性變形（強(qiáng)化）sbσb

不均勻集中塑性變形bz“縮頸”現(xiàn)象低碳鋼單向靜拉伸曲線

不均勻屈服變形esσs、σ0.2z點(diǎn)：試樣發(fā)生斷裂σs、σ0.2及σb是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)拉伸曲線彈性變形oe均勻塑性變形（強(qiáng)化）sb不均勻★拉伸曲線123彈性形變?cè)嚇訑嗔阉苄孕巫儜?yīng)力應(yīng)變曲線呈線性，去除外力后變形可以恢復(fù)?！?殘余應(yīng)變e彈性極限強(qiáng)度s屈服強(qiáng)度b抗拉強(qiáng)度0.20.2%e、s以及b都可以反映材料的強(qiáng)度。我們通常所說(shuō)材料的強(qiáng)度一般指屈服強(qiáng)度s

。e:最大彈性形變延伸率：材料另一個(gè)重要的性能指標(biāo)：塑性，通常用延伸率來(lái)表示。另外也經(jīng)常用斷面收縮率表示，=(A0-A)/A0斜率為楊氏模量如果材料沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，通常用產(chǎn)生0.2%塑性變形的應(yīng)力(表示為0.2)表征屈服強(qiáng)度。去除外力后變形不能完全恢復(fù)，存在殘余應(yīng)變。塑性變形與材料中位錯(cuò)的移動(dòng)(滑移)相關(guān)?！锢烨€6彈性形變?cè)嚇訑嗔阉苄孕巫儜?yīng)力應(yīng)變曲線呈線

退火低碳鋼在靜拉伸作用的力-伸長(zhǎng)曲線可分為彈性變形、不均勻屈服塑性變形、均勻塑性變形、不均勻集中塑性變形和斷裂幾個(gè)階段。

圖1-2幾種典型材料的拉伸力-伸長(zhǎng)曲線1-高碳鋼(淬火+高溫回火)；2-低合金結(jié)構(gòu)鋼；3-黃銅；4-陶瓷、玻璃；5-橡膠；6-工程塑料因材料而不同124退火低碳鋼在靜拉伸作用的力-伸長(zhǎng)曲線可分為彈陶瓷、玻璃塑料含雜質(zhì)鐵合金淬火高溫回火高碳鋼黃銅低合金鋼125陶瓷、玻璃塑料含雜質(zhì)鐵合金淬火高溫回火高碳鋼黃銅低合金鋼8應(yīng)力：材料受外加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力；應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度(或面積)上的伸長(zhǎng)(或收縮)稱為應(yīng)變。工程應(yīng)力和工程應(yīng)變：基于試樣初始截面和初始長(zhǎng)度定義的應(yīng)力、應(yīng)變。又稱條件應(yīng)力和條件應(yīng)變。二、工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線126應(yīng)力：材料受外加載荷作用時(shí)單位截面面積上的內(nèi)力即為應(yīng)力；二、工程應(yīng)力：工程應(yīng)變（以長(zhǎng)度表示）工程應(yīng)變（以面積表示）工程應(yīng)力：圖1-3低碳鋼的工程應(yīng)力－工程應(yīng)變曲線128圖1-3低碳鋼的工程應(yīng)力－工程應(yīng)變曲線11按拉伸時(shí)試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L，可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

三、真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力：用載荷F除以某一變形瞬間的截面積A，稱為真應(yīng)力S。真實(shí)應(yīng)變：在拉伸過(guò)程中，在某一瞬間，當(dāng)載荷增加dF時(shí)伸長(zhǎng)dL，則瞬時(shí)真應(yīng)變?yōu)閐e=dL/L，則e即為真應(yīng)變。按拉伸時(shí)試樣的真實(shí)斷面A和真實(shí)長(zhǎng)度L，可得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲面積表示真實(shí)應(yīng)變?chǔ)譭

：長(zhǎng)度表示的真實(shí)應(yīng)變e：真實(shí)應(yīng)力S：130面積表示真實(shí)應(yīng)變?chǔ)譭：長(zhǎng)度表示的真實(shí)應(yīng)變e：真實(shí)應(yīng)力S：1圖1-4真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線131圖1-4真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線14

1、彈性變形的定義定義：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。

2、彈性變形的特點(diǎn)

(1)可逆；

(2)在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變之間呈單值線性關(guān)系，符合胡克定律，且彈性變形量都較小。

(＜0.5~1.0%)?！?.2彈性變形1321、彈性變形的定義§1.2彈性變形15

3、胡克定律單向拉伸剪切扭轉(zhuǎn)相互關(guān)系1333、胡克定律單向拉伸剪切扭轉(zhuǎn)相互關(guān)系16圖1-5彈性變形的雙原子模型彈性變形的物理本質(zhì)—雙原子模型：

材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。圖1-5彈性變形的雙原子模型彈性變形的物理本質(zhì)—雙原子模Chapter-1--金屬在單向靜拉伸載荷下的力課件

5、彈性模量產(chǎn)生100%彈性變形所需要的應(yīng)力稱為彈性模量。

(1)物理意義：工程上亦稱為材料的剛度，表征材料對(duì)彈性變形的抗力。

(2)用途：工程上是度量零件或構(gòu)件剛度的系數(shù)，是重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。

構(gòu)件的剛度：構(gòu)件產(chǎn)生單位彈性變形所需載荷的大小。1365、彈性模量19

提高構(gòu)件剛度進(jìn)而減少?gòu)椥宰冃蔚耐緩剑哼x擇高彈性模量材料；加大構(gòu)件截面積。

(3)構(gòu)件剛度的意義是構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。剛度小易于彈性變形，過(guò)量的彈性變形導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)。構(gòu)件的剛度137提高構(gòu)件剛度進(jìn)而減少?gòu)椥宰冃蔚耐緩剑哼x擇高彈

小結(jié)

(1)彈性模量主要決定于原子或分子本性和晶格類型。

(2)合金化、熱處理(獲得不同的顯微組織)、冷塑性變形對(duì)彈性模量的影響較小。(3)金屬的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)。溫度、加載速率等外在因素對(duì)其影響也不大。138小結(jié)21彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。

幾何意義：應(yīng)力-應(yīng)變曲線上彈性階段下的面積。彈性極限：在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，試件卸載后能恢復(fù)原狀的最大應(yīng)力。

6、彈性比功(彈性比能、應(yīng)變比能)

139彈性比功：表示金屬材料吸收彈性變形功的能力。幾何意義：應(yīng)彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出的非彈性性質(zhì)。

金屬在彈性變形中存在滯彈性(彈性后效)和包申格效應(yīng)等彈性不完整現(xiàn)象。§1.3彈性不完整性140彈性不完整性：金屬的彈性變形與載荷方向和加載時(shí)間有關(guān)而表現(xiàn)出圖1-8滯彈性示意圖一、滯彈性(彈性后效)定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變，即應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。影響因素：材料成分、組織均勻性141圖1-8滯彈性示意圖一、滯彈性(彈性后效)24

組織越不均勻，彈性后效越顯著?？梢圆捎瞄L(zhǎng)時(shí)間回火處理，增加組織均勻性，降低彈性后效效果。142組織越不均勻，彈性后效越顯著?？梢圆捎瞄L(zhǎng)時(shí)間

2、滯彈性產(chǎn)生的原因金屬產(chǎn)生滯彈性的原因可能與晶體中點(diǎn)缺陷的移動(dòng)有關(guān)。圖1-9碳在α-Fe中的遷移

1432、滯彈性產(chǎn)生的原因圖1-9碳在α-Fe中的遷移

(1)彈性滯后環(huán)：金屬在彈性區(qū)內(nèi)單向或交變快速加載，緊接著快速卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。

(2)內(nèi)耗：彈性滯后環(huán)的存在，說(shuō)明加載時(shí)消耗于金屬的變形功大于卸載時(shí)金屬放出的變形功，有一部分變形功為金屬所吸收，這部分功稱之為內(nèi)耗。3、彈性滯后環(huán)和循環(huán)韌性144(1)彈性滯后環(huán)：金屬在彈性區(qū)內(nèi)單向或交變快速加載，緊接彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線（圖a）。σ＜σe

，圖b。σ＞σe，圖c。145彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變圖1-10滯后環(huán)的類型

(a)單向加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗)；(b)交變加載彈性滯后環(huán)-(吸收的功稱為內(nèi)耗)

；(c)交變加載塑性滯后環(huán)-(吸收的功稱為循環(huán)韌性)(3)循環(huán)韌性：金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，叫做循環(huán)韌性，也稱為內(nèi)耗。146圖1-10滯后環(huán)的類型(3)循環(huán)韌性：金

循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別

循環(huán)韌性指金屬在塑性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。

內(nèi)耗指金屬在彈性區(qū)內(nèi)加載時(shí)吸收不可逆變形功的能力。意義:力學(xué)性能之一；循環(huán)韌性越高，機(jī)件的消振能力越好。147循環(huán)韌性與內(nèi)耗的區(qū)別301、定義材料經(jīng)預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變?yōu)?%~4%)，卸載后，再同向加載，規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加，反向加載規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)。二、包申格效應(yīng)1481、定義二、包申格效應(yīng)31圖1-11包申格效應(yīng)

初始拉伸初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)行第二次壓縮初始?jí)嚎s后卸載，第二次進(jìn)行拉伸初始拉伸后卸載，再進(jìn)行第二次拉伸149圖1-11包申格效應(yīng)初始拉伸初始?jí)嚎s初始?jí)嚎s后卸載，再進(jìn)150332、包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因圖1-12包申格效應(yīng)的林位錯(cuò)理論預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)。同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，σr增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易σr降低。1512、包申格效應(yīng)產(chǎn)生的原因圖1-12弊：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化，從而使強(qiáng)度極限下降。利：薄板反向彎曲成形、拉拔的鋼棒經(jīng)過(guò)軋輥壓制變直，可以降低成形或壓制應(yīng)力。

4、消除方法

(1)預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形；

(2)第二次受力前先在引起回復(fù)或再結(jié)晶的溫度下退火。3、包申格效應(yīng)的弊與利152弊：交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化，從而使強(qiáng)度極限下降。3、§1.3塑性變形與應(yīng)變硬化一、塑性變形的主要方式：滑移，孿生1、滑移滑移：指的是金屬在切應(yīng)力作用下沿一定晶面(滑移面)和一定晶向(滑移方向)進(jìn)行的切變過(guò)程?；葡担夯泼婧突品较虻慕M合。153§1.3塑性變形與應(yīng)變硬化一、塑性變形的主要方式：滑移，孿2、孿生（低溫或快速形變時(shí)）孿生：指的是金屬在切應(yīng)力作用下，在金屬晶體內(nèi)部局部區(qū)域內(nèi)，沿特定晶面和特定晶向進(jìn)行的一個(gè)均勻切變過(guò)程。

孿生提供的直接變形很小，一般不超過(guò)10%，但其間接貢獻(xiàn)卻很大。1542、孿生（低溫或快速形變時(shí)）37二、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

1、各晶粒變形的不同時(shí)性和不均勻性；

2、變形的相互協(xié)調(diào)性。二、多晶體塑性變形的特點(diǎn)三、屈服現(xiàn)象

(一)屈服現(xiàn)象

屈服：是指達(dá)到一定的變形應(yīng)力之后，金屬開始從彈性變形過(guò)渡到穩(wěn)定的塑性變形，它標(biāo)志著宏觀塑性變形的開始。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特征，可將屈服分為非均勻屈服(不連續(xù)屈服)、均勻屈服和連續(xù)屈服三種。

156三、屈服現(xiàn)象39圖1-13拉伸曲線中的三種典型屈服現(xiàn)象(a)非均勻屈服（不連續(xù)屈服）；(b)均勻屈服；(c)連續(xù)屈服(二)非均勻屈服1、非均勻屈服曲線的特點(diǎn)具有上、下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。157圖1-13拉伸曲線中的三種典型屈服現(xiàn)象(二)非均勻屈服4圖1-14低碳鋼的非均勻(不連續(xù))屈服

圖1-14低碳鋼的非均勻(不連續(xù))屈服2、非均勻屈服的解釋

(1)非均勻屈服的柯氏氣團(tuán)釘扎理論

α-Fe中，C、N原子與位錯(cuò)交互作用形成柯氏氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻——存在上屈服點(diǎn)。位錯(cuò)從柯氏氣團(tuán)擺脫釘扎后，可在低應(yīng)力下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)——存在下屈服點(diǎn)。

實(shí)際上被強(qiáng)烈釘扎的位錯(cuò)不容易脫釘。

也無(wú)法解釋非α-Fe這類含有間隙原子金屬或合金的屈服現(xiàn)象。2、非均勻屈服的解釋(2)非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論

少量位錯(cuò)同向運(yùn)動(dòng)受阻，形成塞積群，導(dǎo)致材料要繼續(xù)發(fā)生塑性變形必須加大外應(yīng)力(上屈服點(diǎn))；一旦障礙被沖破，繼續(xù)發(fā)生塑性變形所需的外應(yīng)力下降(下屈服點(diǎn))。(2)非均勻屈服的位錯(cuò)塞積群理論(三)均勻屈服

1、均勻屈服曲線的特點(diǎn)

有上、下屈服點(diǎn)，沒(méi)有屈服平臺(tái)。

2、均勻屈服的解釋

低密度可動(dòng)位錯(cuò)理論。161(三)均勻屈服44(三)連續(xù)屈服

1、連續(xù)屈服曲線的特點(diǎn)

沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，沒(méi)有屈服平臺(tái)。

2、連續(xù)屈服的解釋連續(xù)屈服可用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻進(jìn)行解釋(Ref.[2])。(四)孿生+連續(xù)屈服此外，當(dāng)金屬在低溫、高應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在正常的彈性段之后，有一系列鋸齒疊加于連續(xù)屈服的拋物線型曲線上。162(三)連續(xù)屈服45圖1-15第四種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

此時(shí)變形方式以孿生為主，由于孿生的萌生需要較大的應(yīng)力，但隨后的長(zhǎng)大所需要的應(yīng)力較小，所以其拉伸曲線出現(xiàn)鋸齒狀。163圖1-15第四種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線此時(shí)變

四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度：表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力。對(duì)于非均勻屈服和均勻屈服而言，屈服強(qiáng)度指的是用應(yīng)力表示的上屈服點(diǎn)或下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)較穩(wěn)定，一般用下屈服點(diǎn)表示非均勻屈服或均勻屈服的屈服強(qiáng)度。四、屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征或沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，用規(guī)定微量塑性伸長(zhǎng)應(yīng)力表征材料對(duì)微量塑性變形的抗力，稱為條件屈服強(qiáng)度?？煞譃橐?guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力σp、規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr、規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力σt三種指標(biāo)。P10~P11

重點(diǎn)為σ0.2的含義—表示規(guī)定殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力—常用的條件屈服強(qiáng)度。條件屈服強(qiáng)度：對(duì)于具有連續(xù)屈服特征或沒(méi)有明顯屈服現(xiàn)象的材料，圖1-16屈服強(qiáng)度σs和σ0.2166圖1-16屈服強(qiáng)度σs和σ0.249五、影響屈服強(qiáng)度的因素—阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

1、影響屈服強(qiáng)度的內(nèi)因

(1)基體金屬的本性及晶格類型(P12)

塑性變形主要沿基體相進(jìn)行。位錯(cuò)所受的阻力包括：晶格阻力(P-N力)、位錯(cuò)間的交互作用力。五、影響屈服強(qiáng)度的因素—阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

主要結(jié)論①晶體滑移所需克服的切應(yīng)力是很低的；②滑移面間距a值越大，柏氏矢量的模b越小，則晶格阻力越??；③位錯(cuò)寬度越小，滑移的晶格阻力越大；④提高位錯(cuò)密度增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，可以增加屈服強(qiáng)度。

168主要結(jié)論51(2)溶質(zhì)原子固溶強(qiáng)化：在純金屬中加入溶質(zhì)原子形成固溶體合金，將顯著提高屈服強(qiáng)度，稱為固溶強(qiáng)化。

(3)晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶界(亞晶界)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。要使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開動(dòng)，必須加大外應(yīng)力—霍爾-佩奇公式。

細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金屬屈服強(qiáng)度(同時(shí)可以提高其塑性)的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化。(2)溶質(zhì)原子細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒提高金(4)第二相位錯(cuò)切過(guò)或繞過(guò)沉淀強(qiáng)化(時(shí)效強(qiáng)化)：依靠過(guò)飽和固溶體的脫溶產(chǎn)生的強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化：用粉末冶金的方法人為地加入第二相所造成的強(qiáng)化。

沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化的相同點(diǎn)：第二相以細(xì)小顆粒形式分布于基體中。170(4)第二相53強(qiáng)化類型強(qiáng)化機(jī)理熱穩(wěn)定性相圖要求高溫使用情況沉淀強(qiáng)化溶質(zhì)原子偏聚→超過(guò)固溶度→共格析出→分散粒子→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱不穩(wěn)定。時(shí)效有過(guò)程。欠時(shí)效→時(shí)效→過(guò)時(shí)效。有不能彌散強(qiáng)化外加分散粒子，無(wú)共格關(guān)系，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。熱穩(wěn)定的無(wú)能沉淀強(qiáng)化與彌散強(qiáng)化之間的不同點(diǎn)如下表：

2、影響屈服強(qiáng)度的外因

(1)溫度：T↑，σs↓。

T↑，位錯(cuò)密度↓；同時(shí)晶界弱化。

強(qiáng)化強(qiáng)化熱穩(wěn)相圖高溫使沉淀溶質(zhì)原子偏聚→超過(guò)固溶度→共格析出(2)應(yīng)變速率增大，σs↑。塑性變形時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要時(shí)間，應(yīng)變速率增大，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)不能充分進(jìn)行，滑移受阻，則屈服強(qiáng)度提高——應(yīng)變速率硬化。(3)應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力分量越大(可促進(jìn)更多滑移系開動(dòng))，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度則越低。172(2)應(yīng)變速率增大，σs↑。55應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。機(jī)理：位錯(cuò)的增殖與交互作用導(dǎo)致的阻礙。

1、均勻塑性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變之間符合Hollomon關(guān)系式。六、應(yīng)變硬化(形變強(qiáng)化、加工硬化)應(yīng)變硬化：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增應(yīng)變硬化指數(shù)n：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。是表征金屬材料應(yīng)變硬化行為的性能指標(biāo)。n=1，理想彈性體；n=0材料無(wú)硬化能力。層錯(cuò)能低的材料應(yīng)變硬化程度大。常用直線作圖法求應(yīng)變硬化指數(shù)(P16)。2、n的意義

(1)n較大，抗偶然過(guò)載能力較強(qiáng)；安全性相對(duì)較好；174應(yīng)變硬化指數(shù)n：反映金屬材料抵抗均勻塑性變形的能力。是表征金(2)反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬材料應(yīng)變硬化的性能指標(biāo)；

(3)應(yīng)變硬化是強(qiáng)化金屬材料的重要手段之一，特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的材料；

(4)提高強(qiáng)度，降低塑性，改善低碳鋼的切削加工性能。175(2)反映了金屬材料抵抗、阻止繼續(xù)塑性變形的能力，表征金屬應(yīng)變硬化指數(shù)

n，反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。n=0.1~0.5n=1：s=ke,理想彈性體n=0：s=k,無(wú)硬化能力退火態(tài)、層錯(cuò)能低，n大與σs成反比常用直線作圖法求得應(yīng)變硬化指數(shù)

縮頸現(xiàn)象：韌性材料，變形集中于局部區(qū)域

應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果縮頸的判據(jù)：五、抗拉強(qiáng)度和縮頸現(xiàn)象縮頸現(xiàn)象：五、抗拉強(qiáng)度和縮頸現(xiàn)象Chapter-1--金屬在單向靜拉伸載荷下的力課件

抗拉強(qiáng)度定義材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。意義：（1）易于測(cè)定，重現(xiàn)性好，重要的力學(xué)性能指標(biāo)（2）脆性材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要依據(jù)（3）取決于屈服強(qiáng)度和應(yīng)變硬化指數(shù)，σs/σb重要（4）經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，如：σb≈1/3HB；淬火鋼σ-1≈1/2σb?？估瓘?qiáng)度定義六、塑性定義：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。

均勻塑性變形+集中塑性變形塑性指標(biāo)

斷后伸長(zhǎng)率δ

斷面收縮率ψ5>10

最大應(yīng)力下總伸長(zhǎng)率δgt六、塑性定義：181塑性的意義安全力學(xué)性能指標(biāo)塑性變形緩和應(yīng)力集中軋制、擠壓等冷熱加工變形64塑性的意義影響塑性的因素

(1)細(xì)化晶粒，塑性↑。

細(xì)化晶粒是唯一既可以提高強(qiáng)度，同時(shí)又提高塑性的強(qiáng)化手段。

(2)軟的第二相塑性↑；固溶、硬的第二相等，塑性↓。

(3)溫度提高，塑性↑。182影響塑性的因素65七、靜力韌度

1、韌度度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)。又分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度。

2、靜力韌度：金屬材料在靜拉伸時(shí)單位體積材料斷裂前所吸收的功。183七、靜力韌度66思考題畫出該材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線求n和K，并寫出Hollomon方程今有10mm直徑的正火態(tài)60Mn拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(d=9.9mm為屈服平臺(tái)剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑)：F/KN39.543.547.652.955.454.052.44843.1d/mm9.919.879.819.659.218.618.217.416.78思考題畫出該材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線今有1完全斷裂：金屬在外力作用下被分成若干部分、喪失連續(xù)性的現(xiàn)象。不完全斷裂：內(nèi)部存在裂紋的斷裂。大多數(shù)金屬材料的斷裂過(guò)程都包括裂紋形成與擴(kuò)展兩個(gè)階段。一、斷裂的分類

(一)韌性斷裂和脆性斷裂

根據(jù)斷裂前塑性變形的大小進(jìn)行的分類?！?.4金屬的斷裂185完全斷裂：金屬在外力作用下被分成若干部分、喪失連續(xù)性的現(xiàn)象。1、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn)

(1)韌性斷裂：指的是在斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形的斷裂。

(2)韌性斷裂的斷裂特點(diǎn)①斷裂前發(fā)生明顯宏觀塑性變形ψ>5%，斷裂面一般平行于最大切應(yīng)力，并與主應(yīng)力成45°，斷口呈纖維狀，暗灰色；②斷裂時(shí)的名義應(yīng)力高于屈服強(qiáng)度；③裂紋擴(kuò)展慢，消耗大量塑性變形能。1861、韌性斷裂及其斷裂特點(diǎn)69二、斷口的宏觀特征

斷口特征三要素：纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇。

纖維區(qū)：灰暗色，裂紋擴(kuò)展速度慢；

放射區(qū)：裂紋擴(kuò)散速度快，低能量撕裂，有放射線花樣。

剪切唇：切斷。杯狀或錐狀，表面光滑，與拉伸軸成45°角。187二、斷口的宏觀特征70圖1-17板狀矩形試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-16光滑圓柱試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-17板狀矩形試樣拉伸斷口的三個(gè)區(qū)域示意圖圖1-16189韌性斷裂過(guò)程:中心夾雜物或硬質(zhì)點(diǎn)破裂或與基體脫離72韌性斷裂過(guò)程:中心夾雜物或硬質(zhì)點(diǎn)破裂或與基體脫離

2、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn)

(1)脆性斷裂：指的是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本不發(fā)生塑性變形。

(2)脆性斷裂的斷裂特點(diǎn)①斷裂前不發(fā)生明顯塑性變形ψ<5%，斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀（板狀矩形拉伸試樣斷口：人字紋花樣）；②斷裂時(shí)材料承受的工作應(yīng)力往往低于

屈服強(qiáng)度—低應(yīng)力斷裂；③裂紋擴(kuò)展快速、突然；

④脆性斷裂危害大。1902、脆性斷裂及其斷裂特點(diǎn)733、該分類具工程實(shí)用意義

工程設(shè)計(jì)的依據(jù)不同。

(1)有塑斷可能的金屬材料，設(shè)計(jì)時(shí)取屈服強(qiáng)度；

(2)有脆斷可能的鋼(高強(qiáng)度鋼、低溫下使用的中強(qiáng)