弹性变形剖析

1、弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 机械设计中，刚度是第一位的，它保证精度，曲轴 的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。 不同类型的材料，其弹性模量差别很大。 材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子见的 结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可 以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材 料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。 熔点高，E E 零件的刚度与材料的刚度不同，它除了决定于 材料的刚度外还与零件的截面尺寸与形状，以及截 面积作用的方式有关。 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖

2、析 理想的弹簧材料：应有高的弹性应有高的弹性 极限和低的弹性模量。极限和低的弹性模量。 成分与热处理对弹性极限影响大，对弹性极限影响大， 对弹性模量影响不大。对弹性模量影响不大。 仪表弹簧因要求无磁性，铍青铜，因要求无磁性，铍青铜， 磷青铜等软弹簧材料。磷青铜等软弹簧材料。eE 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 3.3.影响因素：影响因素： 1)材料成分、结构。 如六方 弹性后效大于立方； 2)组织不均匀性，弹性后效； 3)温度，弹性后效； 4)切向应力，弹性后效； 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 、晶体中的林位错分布 林位错塞积引起包伸效应 弹性变形剖析 弹性

3、变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 屈服标准屈服标准 S定义定义: 材料开始塑性变形的应力材料开始塑性变形的应力. 工程上常用的屈服标准有三种工程上常用的屈服标准有三种 比例极限比例极限P: 应力应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力应变曲线上符合线性关系的最高应力.SP 弹性极限弹性极限el: 材料能够完全弹性恢复的最高应力材料能够完全弹性恢复的最高应力. elP 工程上用途不同区别工程上用途不同区别,枪炮材料要求高的比例极限枪炮材料要求高的比例极限,弹簧材料要求高的弹弹簧材料要求高的弹 性极限性极限 屈服强度屈服强度0. 2或或rs : 以规定发生一定的残留变形为标准以规定

4、发生一定的残留变形为标准,通常为通常为0.2% 残留变形的应力作为屈服强度残留变形的应力作为屈服强度. 弹性变形剖析 比例极限比例极限P P, ,弹性极限弹性极限el el, ,屈服强度 屈服强度0. 2 0. 2或 或 rs rs 这三种标准在测量上实际上都是以残留 变形为依据,只不过规定的残留变形量不同, 所以国家规定三种规范. 规定非比例伸长应力(P) 0.01或0.05 规定残留伸长应力() r0.2 规定总伸长应力(t) t0.5 弹性变形剖析 内在因素:结合键,组织,结构,原子本性 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 0 00 lnlnln(1) l ll ll

5、 真应力-应变曲线(流变曲线) 真应力S=F/A 真实应变 0 0 ln l l dll ll 弹性变形剖析 2.真应力-应变关系 弹性变形剖析 弹性变形剖析 注意：加工硬化速率ds/d 与加工 硬化指数n并不等同 n=dlnS/dln=ds/Sd 即ds/d=nS/ 在相同变形是的情况下，n ds/d 对有些金属材料:象双相钢，一些铝合金和不锈钢 不能用S=Kn方程描述。在lnS-ln图中会得到 两段不同的斜率的直线，称为双n行为，它使得n的 意义模糊和复杂化，要寻求其他方程形式来表征真 应力-应变关系。 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 图图1-9 复相钢的应力应变曲线复相钢的应力

6、应变曲线 普通碳钢，控制轧制的普通碳钢，控制轧制的SAE950 x和和980低合低合 金高强度刚（屈服点分别为金高强度刚（屈服点分别为345和和550MN/m2) 以及临界区淬火以及临界区淬火SAE980 x 图图1-10 贝氏体贝氏体-奥氏体钢的应力应奥氏体钢的应力应 变曲线变曲线 （a) 低奥氏体含量低奥氏体含量 （b)最佳奥氏含量最佳奥氏含量 （c)高奥氏体含量高奥氏体含量 在工程上：对冷加工成型的低碳钢，其加工的硬化指数在工程上：对冷加工成型的低碳钢，其加工的硬化指数n ys M Pa=70/n n ys与与b差值越大，即差值越大，即S/B 弹性变形剖析 颈缩条件颈缩条件：应力- 应变

7、曲线上的应力 达到最大值时，即 开始出现颈缩，颈颈 缩前是均匀变形，缩前是均匀变形， 颈缩后是不均匀变颈缩后是不均匀变 形，即局部变形形，即局部变形 颈缩条件：ds/d=S 当加工硬化速率等于该处的真应力时就开始颈缩。 弹性变形剖析 脆性材料脆性材料：设计时，其许用应力以抗拉强度为依据：设计时，其许用应力以抗拉强度为依据。 塑性材料：塑性材料： 代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条 件下的极限承载能力。件下的极限承载能力。 易测定，表现性好，作为产品规格说明或质量控制的标志。易测定，表现性好，作为产品规格说明或质量控制的标

8、志。 b b 能和材料的疲劳极限能和材料的疲劳极限-1 -1和材料的硬度 和材料的硬度H H B B 建立一定关系 建立一定关系 对淬火回火钢：对淬火回火钢：-1 -1 b b b0.345 H B 弹性变形剖析 条件塑性条件塑性=（l-ll-l0 0）/l/l0 0100% 100% U U =l =lU U /l /l0 0 ( (均匀变形延伸率 均匀变形延伸率) ) N N ( (局部变形延伸率局部变形延伸率)=l)=ln n/l/l0 0 l试样断裂后的标距长度 l0试样原始标距长度 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 0 U f Tsd 弹性变形剖析 弹性变形剖析

9、 （a a）(b)(b)断口齐平，垂直于最大拉应力方向，断口齐平，垂直于最大拉应力方向， 有少量均匀变形，铸铁，淬火有少量均匀变形，铸铁，淬火+ +低回低回 火高碳钢。火高碳钢。 （e e）塑性很好，试样断面可减细到近于一尖）塑性很好，试样断面可减细到近于一尖 刀，然后沿最大切应力方向断开。如纯刀，然后沿最大切应力方向断开。如纯Au,Al. Au,Al. (c) (d) (c) (d) 都出现颈缩，只是程度不同，试样中都出现颈缩，只是程度不同，试样中 心先开裂，然后向外延伸，接近表面时，沿心先开裂，然后向外延伸，接近表面时，沿 最大切应力方向的斜面断开，断口形状如杯最大切应力方向的斜面断开，断

10、口形状如杯 口状。口状。 弹性变形剖析 但是，正断不一定就是脆断，也有明显的塑性变 形。 切断是韧断，但反之不一定成立，并非是同义 词 弹性变形剖析 弹性变形剖析 无缺口拉伸试样,断口和三个断裂区示 意图冲击试样和三个断裂区示意图 弹性变形剖析 弹性变形剖析 由于应力状态或加载方式的不同，韧窝可由于应力状态或加载方式的不同，韧窝可 有三种类型有三种类型 拉伸型的等轴状韧窝拉伸型的等轴状韧窝 剪切型的伸长韧窝剪切型的伸长韧窝 拉伸撕裂的伸长韧窝拉伸撕裂的伸长韧窝 韧窝的形状取决于应力状态，而韧窝的大小和深韧窝的形状取决于应力状态，而韧窝的大小和深 浅取决于第二相的数量分布以及基体的塑性变形浅取决

11、于第二相的数量分布以及基体的塑性变形 能力，韧窝大而深，塑性好，大而浅，加工硬化能力，韧窝大而深，塑性好，大而浅，加工硬化 能力强。能力强。 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 解理阶解理阶 弹性变形剖析 解理羽毛解理羽毛 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 准解理准解理 弹性变形剖析 maxmax13123/()/2S max13 max123 ()/2 S 1,3 分别为最大和最小主应力分别为最大和最小主应力, , 为泊松比为泊松比 举例：铸铁举例：铸铁 压压韧，拉韧，拉脆脆 韧性低碳钢韧性低碳钢 光滑，光滑， 缺口缺口 弹性变形剖析 对单向拉伸： 230 1 1

12、 2 扭转： 1 20 3 1/(1) 0.250.8 单向压缩： 取 120 3 1/ 2 0.25 2 表示材料塑性变形的难易程度。 在该应力状态下切应力分量越大，塑性变形； 软的应力状态 的应力状态而言，就不易引起脆断。硬的应力状 态 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 实验方法 弹性变形剖析 BKHB 以压入法为例： 对Cu及合金和不锈钢 K=0.4-0.55 对钢铁材料 K=0.33-0.36 旋转弯曲疲劳极限 1/2/6BHB 所以硬度知道，其他相关 性能，根据经验公式可估 算又方便，不毁工件，在 生产上得到广泛应用 几种硬度值在应力应变 曲线上的位置 弹性变形剖析 布氏硬度

13、和洛氏硬布氏硬度和洛氏硬 度的测定度的测定 弹性变形剖析 2 /HBP FPDt kgf mm凹 式中t为压痕凹深度；Dt为压痕凹陷面 积,在P和D一定时，HB1/t t测量困难 df(t) 1/2 22 2P HB D DDd 弹性变形剖析 22 1 22 D tDd 代入前式代入前式 链接 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 链接 弹性变形剖析 弹性变形剖析 D 2 2 1.854(/) PP HVkgfmm Fd 凹 弹性变形剖析 2 K PP H Acl A是投影面积而不是压痕面积，l是 对角线的长度m,c是提供的常数 用途：测量尺寸小或很薄的零件。用途：测量尺寸小或很薄的零件。 显微组织显微组织 的硬度。的硬度。 缺点：效率低。缺点：效率低。 链接链接 弹性变形剖析 几种硬度计几种硬度计 弹性变形剖析 弹性变形剖析 聚合物材料的拉伸载荷-伸长 曲线 弹性变形剖析 弹性变形剖析 聚合物的聚合物的E E对结构非常敏感对结构非常敏感, ,这与金属和陶瓷不同这与金属和陶瓷不同 弹性变形剖析 弹性变形剖析 链接 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 弹性变形剖析 2 3 () 3 f