金属材料力学性能 第一章 材料的拉伸性能

第一章材料的拉伸性能第一节 应力 -应变曲线图图 1-1 拉伸试样拉伸试样图 1-2 低碳钢的拉伸图一、力 -伸长曲线（ F-L曲线）Distance L/mm图 1-3 低碳钢的工程应力一应变曲线二、工程应力一应变曲线二、工程应力一应变曲线弹性变形阶段塑性变形阶段断裂阶段弹性变形不均匀屈服塑性变形均匀塑性变形不均匀集中塑性变形 工程应力 载荷除以试件的原始截面积即得工程应力， =F A0 工程应变 伸长量除以原始标距长度即得工程应变 ， =L L0 真应力 载荷除以试件的瞬时截面积即得真应力， S=F A 真应变 瞬时伸长量除以瞬时标距长度即得真应变 e， de=dL L三、真应力与真应变三、真应力与真应变三、真应力、真应变与工程应力、工程应三、真应力、真应变与工程应力、工程应变之间的关系：变之间的关系：三、 典型的拉伸曲线 1、材料分类：脆性材料： 在拉伸断裂前不产生塑性变形 , 只发生弹性变形塑性材料： 在拉伸断裂前会发生不可逆塑性变形。2、典型的拉伸曲线 s= 0.2sb 一 概念 及实质：1 .概念：金属在外力作用下的可逆性变形。即金属在一定外力作用下，产生变形，这种变形在外力去除时随即消失而恢复原状。2. 特性：1） 可逆性：外力去除时，变形消失，恢复原状。2） 单值线性关系：应力与应变呈单值线性关系。（ OE段）3） 弹性变形量比较小，一般小于 1%。3. 实质：金属材料弹性变形是其晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。第二节 弹性变形 弹性变形涉及构件刚度 构件抵抗弹性变形的能力。与两个因素相关：构件的几何尺寸材料弹性模量 塑性变形的不同工程要求：加工过程中降低塑变抗力服役过程中提高塑变抗力1、固体中一点的应力应变状态xyzz zz y z x x zx x x y y z y xy y正应力： x 、 y 、 z正应变： x 、 y 、 z切应力： x y 、 y z 、 z x切应变： x y 、 y z 、 z x二、受力分析2 广义虎克定律x = x - ( y + z ) / Ey = y - ( z + x ) / Ez = z - ( x + y ) / Ex y = x y / Gy z = y z / Gz x = z x / G( 2 3 )单向拉伸时： x = x / E ， y = z = - / E1 弹性模量弹性模量 E: 单纯弹性变形过程中应力与应变的比值。三、力学性能指标2 弹性极限1）条件比例极限 p ：规定非比例伸长应力。2）条件弹性极限 e ：规定残余伸长应力。3、弹性比功 We（弹性应变能密度）材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功。 e0 e We = e e / 2 = e2 / (2E)制造弹簧的材料要求高的弹性比功：（ e 大 ， E 小）1、滞弹性 (弹性滞后 )-在弹性范围内快速加载或卸载后 ,随时间延长产生附加弹永生应变的现象。四 弹性不完整性加载和卸载时的应力应变曲线不重合形成一封闭回线 - 弹性滞后环0 0 3、内耗 Q-1-弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收。 （弹性滞后环的面积）工程上对材料内耗应加以考虑4、包申格效应 （概念、机理、应用、消除措施）金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变约为 1%4% ） ，卸载后再同向加载则规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。0 124.0217.83 28.748.5230.1第三节 塑性变形1、单晶体塑性变形的主要方式滑移和孪生2、多晶体塑性变形的特征1）塑性变形的非同时性和非均匀性材料表面优先与切应力取向最佳的滑移系优先一、方式及特点：2）各晶粒塑性变形的相互制约与协调晶粒间塑性变形的相互制约晶粒间塑性变形的相互协调晶粒内不同滑移系滑移的相互协调二 屈服现象与屈服强度屈服现象：金属材料在拉伸试验过程中，外力不增加试样仍能继续伸长；或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形的现象。屈服强度 s：对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力即为屈服强度，记为 ss = Fs / A0对于拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形硬化过程是连续的，此时将屈服强度定义为产生 0.2% 残余伸长时的应力，记为 0.2 s = 0.2 = F0.2 / A0抗拉强度 b：定义为试件断裂前所能承受的最大工程应力，以前称为强度极限。取拉伸图上的最大载荷，即对应于 b点的载荷除以试件的原始截面积，即得抗拉强度之值，记为 bb = Pmax A0 延伸率 ：材料的塑性常用延伸率表示。测定方法如下：拉伸试验前测定试件的标距 L0，拉伸断裂后测得标距为 Lk，然而按下式算出延伸率断面收缩率 ：断面收缩率 是评定材料塑性的主要指标。2、屈服现象的解释位错增值理论：柯氏气团概念：溶质原子、杂质、位错和外力的交互作用 = b = ( /