第二章彈性變形與塑性變形材料的力學性能

第二章彈性變形與塑性變形材料的力學性能第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四材料受力造成：彈性變形彈塑性變形斷裂ｅ第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.1引言

彈性變形涉及構(gòu)件剛度——構(gòu)件抵抗彈性變形的能力。與兩個因素相關(guān)：構(gòu)件的幾何尺寸材料彈性模量塑性變形的不同工程要求：加過程工中降低塑變抗力服役過程中提高塑變抗力第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四

彈性與塑性在工程上的應(yīng)用準則：服役中構(gòu)件的應(yīng)力不能超過彈性極限或屈服強度，加工中的材料應(yīng)降低彈性極限或屈服強度。第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.2彈性變形1、彈性變形的物理本質(zhì)外力(F)與原子間引力(a/rm)、斥力(b/rn)的平衡過程。第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2、彈性常數(shù)E=2(1+)GE：正彈性模量（楊氏摸量）：柏松比G：切彈性模量第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3、固體中一點的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)xyzzzzyzxxzxxxyyzyxyy正應(yīng)力：

x、y、z正應(yīng)變：

x、y、z切應(yīng)力：xy、yz、zx切應(yīng)變：xy、yz、zx第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四4、廣義虎克定律x=[x-(y+z)]/Ey=[y-(z+x)]/Ez=[z-(x+y)]/Exy=xy/Gyz=yz/Gzx=zx/G(2–3)單向拉伸時：x=x/E，y=z=-/E第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四5、影響彈性模量的因素1）原子半徑：E=k/rmm>1第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2）合金元素：影響不大。3）溫度：影響原子半徑。4）加載速率：影響小。5）冷變形：E值略降低。第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四6）彈性模量的各向異性單晶：最大值與最小值相差可達四倍。多晶：介于單晶最大值與最小值之間第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.3彈性極限與彈性比功1、條件比例極限

p：規(guī)定非比例伸長應(yīng)力。2、條件彈性極限

e：規(guī)定殘余伸長應(yīng)力。第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3、彈性比功We（彈性應(yīng)變能密度）材料開始塑性變形前單位體積所能吸收的彈性變形功。第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四e0e

ee

We=ee

e/2=e2/(2E)制造彈簧的材料要求高的彈性比功：（e

大，E

?。┑谑捻摚踩?，編輯于2023年，星期四2.4彈性不完善性1、彈性后效瞬間加載------正彈性后效瞬間卸載------負彈性后效0t10tee1e20tee1e2e1e2第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2、彈性滯后------非瞬間加載條件下的彈性后效。加載和卸載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線不重合形成一封閉回線------彈性滯后環(huán)0e0e第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3、內(nèi)耗Q-1

------彈性滯后使加載時材料吸收的彈性變形能大于卸載時所釋放的彈性變形能，即部分能量被材料吸收。（彈性滯后環(huán)的面積）工程上對材料內(nèi)耗應(yīng)加以考慮第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四4、包申格效應(yīng)

產(chǎn)生了少量塑性變形的材料，再同向加載則彈性極限與屈服強度升高；反向加載則彈性極限與屈服強度降低的現(xiàn)象。0e124.0217.8328.748.52′30.1第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.5塑性變形1、單晶體塑性變形的主要方式滑移和孿生2、多晶體塑性變形的特征1）塑性變形的非同時性和非均勻性材料表面優(yōu)先與切應(yīng)力取向最佳的滑移系優(yōu)先第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2）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協(xié)調(diào)晶粒內(nèi)不同滑移系滑移的相互協(xié)調(diào)第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3、形變織構(gòu)和各向異性形變晶面轉(zhuǎn)動形變織構(gòu)各向異性（軋制方向有較高的強度和塑性）第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.6屈服強度1、物理屈服現(xiàn)象（非連續(xù)形變強化）PL0ABCDEF應(yīng)變時效第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2、屈服現(xiàn)象的解釋位錯增值理論：柯氏氣團概念：溶質(zhì)原子、雜質(zhì)、位錯和外力的交互作用?=b=(/0)m材料塑性應(yīng)變速率?、可動位錯密度、位錯運動速率、柏氏矢量b、滑移面上切應(yīng)力、位錯產(chǎn)生單位滑移速度所需應(yīng)力0、應(yīng)力敏感系數(shù)m第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四3、屈服強度和條件屈服強度s

0.20.010.0010.5第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四4、提高屈服強度的途徑

金屬的屈服強度與使位錯開動的臨界分切應(yīng)力相關(guān)，其值由位錯運動的所受的各種阻力決定。A、點陣阻力：派—納力第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四B、位錯交互作用阻力劇烈冷變形位錯密度增加4-5個數(shù)量級----形變強化！第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四C、晶界阻力----Hall—Petch公式：細晶強化第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四D、固溶強化溶質(zhì)原子與位錯的：彈性交互作用電化學作用化學作用幾何作用間隙固溶體的強化效果比置換固溶體的大！第三十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四E、第二項強化聚合型：局部塑性約束導(dǎo)強化彌散型：質(zhì)點周圍形成應(yīng)力場對位錯運動產(chǎn)生阻礙----位錯彎曲第三十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期四2.7形變強化1、形變強化指數(shù)：nHollomon方程：S=Kpn描述了產(chǎn)生塑性變形后的真應(yīng)力~應(yīng)變曲線材料的n值與屈服強