5.1 金屬的變形特性

5.1金屬的變形特性金屬的塑性變形與再結(jié)晶5.1金屬的變形特性金屬在外力（載荷）的作用下，首先發(fā)生彈性變形，載荷增加到一定值后，除了發(fā)生彈性變形外，同時(shí)還發(fā)生塑性變形，即彈塑性變形；繼續(xù)增加載荷，塑性變形也將逐漸增大，直至金屬發(fā)生斷裂。在工程應(yīng)用中，應(yīng)力和應(yīng)變按下式計(jì)算：應(yīng)力σ=P/A0，應(yīng)變?chǔ)?（L-L0）/L0，

式中，P為載荷；A0為試樣的原始截面積；L0為試樣的原始標(biāo)距長度；L為試樣變形后的長度。強(qiáng)度指標(biāo)1.應(yīng)力－應(yīng)變曲線金屬的塑性變形與再結(jié)晶

σe為材料的彈性極限，它表示材料保持完全彈性變形時(shí)的最大應(yīng)力。

σs稱為材料的屈服極限或屈服點(diǎn)，表示金屬開始產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力。對于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限，稱為條件屈服極限或屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。拉伸曲線的最高點(diǎn)所代表的應(yīng)力，定義為金屬的抗拉強(qiáng)度，以σb表示。問題：是否在K點(diǎn)發(fā)生突然斷裂？問題：是否存在σ0.1或σ0.15？為什么？試樣斷裂后標(biāo)距長度伸長量與原始標(biāo)距長度的百分比稱延伸率。即

δ=（Lk-L0）/L0×100%試樣的原始截面面積和斷裂時(shí)的截面面積之差與原始橫截面面積的百分比稱斷面收縮率。即

ψ=(A0-Ak)/A0×100%塑性指標(biāo)

ReH→上屈服強(qiáng)度；

ReL→下屈服強(qiáng)度(σs)；

RP0.2→規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度(σ0.2)；

Rm→抗拉強(qiáng)度(σb)；

A→斷后伸長率(δ)；

Z→斷面收縮率(ψ)。金屬的塑性變形與再結(jié)晶不同類型的工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線沒有明顯的屈服平臺(tái)（鋁、銅及其合金，經(jīng)過熱處理的鋼材）在斷裂前雖然也產(chǎn)生一定量的塑性變形，但不形成頸縮（鋁青銅和某些奧氏體鋼）在拉伸時(shí)幾乎沒有明顯的塑性變形就發(fā)生斷裂（淬火狀態(tài)下的中、高碳鋼，灰口鑄鐵等）金屬的塑性變形與再結(jié)晶問題：過抗拉強(qiáng)度之后，應(yīng)力下降，那么，假如在此時(shí)停止繼續(xù)加載，塑性變形是否會(huì)自行繼續(xù)進(jìn)行？為什么？問題：屈服強(qiáng)度如何表征？2.真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線應(yīng)力－應(yīng)變曲線中的應(yīng)力和應(yīng)變是以試樣的初始尺寸進(jìn)行計(jì)算的，事實(shí)上，在拉伸過程中試樣的尺寸是在不斷變化的。此時(shí)的真應(yīng)力S應(yīng)該是瞬時(shí)載荷P除以試樣的瞬時(shí)截面積A，即：S=P/A同樣，真應(yīng)變e應(yīng)該是瞬時(shí)伸長量除以瞬時(shí)長度：de=dL/L

真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線不像應(yīng)力－應(yīng)變曲線那樣在載荷達(dá)到最大值后轉(zhuǎn)而下降，而是繼續(xù)上升直至斷裂，這說明金屬在塑性變形過程中不斷地發(fā)生加工硬化，從而外加應(yīng)力必須不斷增高，才能使變形繼續(xù)進(jìn)行，即使在出現(xiàn)頸縮之后，頸縮處的真實(shí)應(yīng)力仍在升高，這就排除了應(yīng)力－應(yīng)變曲線中應(yīng)力下降的假象。金屬的塑性變形與再結(jié)晶在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，即服從虎克定律：σ=Eε或τ=Gν式中，σ為正應(yīng)力，τ為切應(yīng)力，ε、ν分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變，比例常數(shù)E

稱為正彈性模量或楊氏模量，G為切彈性模量。上式可改寫為：E=σ/ε或G=τ/ν彈性模量E、G是表征金屬材料對彈性變形的抗力。工程上常稱為零件或構(gòu)件的剛度。在其它條件相同時(shí)，金屬的彈性模量越高，則制成的零件或構(gòu)件的剛度越高。金屬的彈性模量是一個(gè)對組織不敏感的性能指標(biāo)，它取決于原子間結(jié)合力的大小，其數(shù)值只與金屬的本性、晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)等有關(guān)，而金屬材料的合金化、加工過程及熱處理對它的影響很小。單晶體的彈性模量是有方向性的，而多晶體由于晶粒取向是任意的，所以表現(xiàn)出偽各向同性?；⒖硕膳c彈性模量3.金屬的彈性變形金屬的塑性變形與再結(jié)晶問題：為什么稱為“偽各向同性”？金屬類別E/MPaG/MPa單晶體多晶體單晶體多晶體最大值最小值最大值最小值鋁銅金銀鉛鐵鎢鎂鋅鈦鈹鎳

761001911001167001151003860027270038450050600123500

63700667004290043000134001250003846004290034900

7030012980078000827001800021140041100044700100700115700260000199500

284007540042000437000144001158001514001820048700245003060018800193004900599001514001670027300

2610048300270003030061808160016060017300394004380076000一些金屬材料的彈性模量（室溫）問題：為什么要標(biāo)出室溫？低溫及高溫時(shí)會(huì)改變嗎？為什么？金屬的塑性變形與再結(jié)晶

從雙原子模型可以看出彈性變形的實(shí)質(zhì)。▲未加外力時(shí)，晶體內(nèi)部原子處于平衡位置，它們的相互作用力為零，此時(shí)原子間的作用能也最低?！?dāng)受到外力后，原子偏離平衡位置，由于所加外力未超過原子間的結(jié)合力