材料的力学性能2

1、2 2、材料的变形、材料的变形 RALRAL 任何材料在外力作用下都会或多或少地发生变形，任何材料在外力作用下都会或多或少地发生变形，但是由于各种材料的本性不同、材料所受外力的性质和但是由于各种材料的本性不同、材料所受外力的性质和大小不同，材料工作时所处的环境不同，变形的性质和大小不同，材料工作时所处的环境不同，变形的性质和程度也就不同。程度也就不同。 根据外力去除后材料的变形能否恢复，可分为弹性根据外力去除后材料的变形能否恢复，可分为弹性变形和塑性变形两种：能恢复的变形称为弹性变形，不变形和塑性变形两种：能恢复的变形称为弹性变形，不能恢复的变形称为塑性变形。能恢复的变形称为塑性变形。 本章将

2、集中研究材料的弹性变形和塑性变形的基本本章将集中研究材料的弹性变形和塑性变形的基本规律及原理。规律及原理。2.1 2.1 材料的弹性变形材料的弹性变形 RALRAL 弹性变形的基本特点弹性变形的基本特点 材料的弹性变形是指材料在外力作用下发生一材料的弹性变形是指材料在外力作用下发生一定量的变形，当外力去除后，材料能够恢复原来形定量的变形，当外力去除后，材料能够恢复原来形状的变形。状的变形。 可逆性可逆性 单值性单值性 正正弹性应变弹性应变- -由正应力引起；由正应力引起； 切弹性应变切弹性应变- -由切应力引起由切应力引起 变形量小：变形量小：0.5%-1%0.5%-1%2.12.1材料的弹性

3、变形材料的弹性变形 RALRAL 弹性变形的物理本质弹性变形的物理本质起源于晶体点阵中原子间的相互作用起源于晶体点阵中原子间的相互作用 原子间势能曲线在原子间势能曲线在r r0 0处势能最低，处势能最低，处于稳定状态。当外力作用迫使两原处于稳定状态。当外力作用迫使两原子靠近子靠近(rr(rr(rr0 0) )时，必须分时，必须分别克服相应的斥力或引力，才能使原别克服相应的斥力或引力，才能使原子子N N2 2达到新的平衡位置，产生原子间达到新的平衡位置，产生原子间距变化，即所谓的变形。当外力去除距变化，即所谓的变形。当外力去除后，因原子间力的作用，原于又回到后，因原子间力的作用，原于又回到原来平

4、衡位置原来平衡位置(r=r(r=r0 0) )，即恢复变形。，即恢复变形。这就是弹性变形的物理过程，也是弹这就是弹性变形的物理过程，也是弹性 变 形 具 有 可 逆 性 特 点 的 原 因 。性 变 形 具 有 可 逆 性 特 点 的 原 因 。2.12.1材料的弹性变形材料的弹性变形 RALRAL 胡克定律胡克定律简单应力状态下的胡克定律简单应力状态下的胡克定律yyEyxzE G2(1)EG单向拉伸单向拉伸E, G,之间关系之间关系剪切和扭转剪切和扭转2.12.1材料的弹性变形材料的弹性变形 RALRAL 胡克定律胡克定律广义胡克定律广义胡克定律1()xxyzE xyxyG1()yyzxE

5、1()zzxyE yzyzGzxzxG RALRAL 弹性模量的意义弹性模量的意义表明材料抵抗弹性变形的能力表明材料抵抗弹性变形的能力- -代表了材料的刚度；代表了材料的刚度；单晶体材料单晶体材料- - 弹性上存在各向异性弹性上存在各向异性 （原子间距较小的晶体学方向弹性模量较大）（原子间距较小的晶体学方向弹性模量较大）；多晶体材料多晶体材料- -（基本上）各向同性。（基本上）各向同性。2.2 2.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 对于按照刚度要求设计的构件，应选用弹性模量对于按照刚度要求设计的构件，应选用弹性模量值高的材料。因为用弹性模量高的材料制成的构件受值高的材料。因为用弹性

6、模量高的材料制成的构件受到外力作用时，保持其固有尺寸和形状的能力强，即到外力作用时，保持其固有尺寸和形状的能力强，即构件的刚度高。构件的刚度高。 RALRAL工程应用工程应用1 1）计算梁和构件的挠度，以及为了防止机器零件产生过量塑性变形，需）计算梁和构件的挠度，以及为了防止机器零件产生过量塑性变形，需要知道材料的弹性模量要知道材料的弹性模量. .2 2）轧机的刚度设计）轧机的刚度设计 轧机工作机座抵抗纵向弹性变形的能力大小称为轧机纵向刚度，简称轧机工作机座抵抗纵向弹性变形的能力大小称为轧机纵向刚度，简称“轧机轧机刚度刚度”。轧机刚度是表示一台轧机结构性能的重要参数，它反映一台轧机所能获。轧机

7、刚度是表示一台轧机结构性能的重要参数，它反映一台轧机所能获得轧制精度的一个重要指标。得轧制精度的一个重要指标。 影响因素：影响因素：机架的变形机架的变形( (立柱拉伸，上、下横梁的弯曲立柱拉伸，上、下横梁的弯曲) )；轧辊的压扁；轧辊的压扁；轧辊的弯曲；轧辊的弯曲；压下螺丝的压缩；压下螺丝的压缩；轴承部分的变形；轴承部分的变形；其它接触部位的变形。其它接触部位的变形。其中，辊系的弹性变形量最大，占总变形的其中，辊系的弹性变形量最大，占总变形的40407070，压下螺丝弹性变形量占总，压下螺丝弹性变形量占总变形量的变形量的4 42020，机架的弹性变形量占总变形量的，机架的弹性变形量占总变形量的

8、lOlOl6l6。2.2 2.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 RALRAL3 3）高强车轮钢研究开发及应用）高强车轮钢研究开发及应用2.2 2.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 用节约型钢材替代原车轮钢用节约型钢材替代原车轮钢 - - 厚度由厚度由14mm11.5 mm - - 重量由重量由47.5kg37.5kg 节材节材20% FEM模拟计算结果：模拟计算结果： 最大弹性变形相差最大弹性变形相差0.005mm， 安全强度储备为安全强度储备为1- 250/450= 44 % 疲劳寿命疲劳寿命50万次万次, 全面用户满足要求全面用户满足要求美国用户美国用户SMI 公司

9、提供的检验报告公司提供的检验报告减重后应力应变的有限元分析结果减重后应力应变的有限元分析结果解决了山东龙口车轮厂因超解决了山东龙口车轮厂因超重出口受阻的问题，产品成重出口受阻的问题，产品成功进入美国市场；目前国内功进入美国市场；目前国内已推广多家车轮厂。已推广多家车轮厂。2.2 2.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 弹性模量的影响因素弹性模量的影响因素 主要取决于材料的本性主要取决于材料的本性 与晶格类型和原子间距密切相关与晶格类型和原子间距密切相关 室温下，金属弹性模量室温下，金属弹性模量E E是原子序数的周期是原子序数的周期函数。同一周期的元素，如函数。同一周期的元素，如NaN

10、a，MgMg，AlAl，SiSi等，等，E E值随原子序数增加而增大，这与元素价电子增值随原子序数增加而增大，这与元素价电子增多及原于半径减小有关。多及原于半径减小有关。 同族的元素，如同族的元素，如BeBe，MgMg，CaCa，SrSr，BaBa等，等，E E值随原于序数增加而减小，这与原子半径增大有值随原于序数增加而减小，这与原子半径增大有关。关。 但对于过渡金属来说，并不适用，由图可知，但对于过渡金属来说，并不适用，由图可知，过渡族金属的弹性模量最高，可能和它们的过渡族金属的弹性模量最高，可能和它们的d d层层电子未被填满而引起的原子间结合力增大有关。电子未被填满而引起的原子间结合力增大

11、有关。常用的过渡族金属，如常用的过渡族金属，如FeFe，NiNi， MoMo，W W，MnMn，CoCo等，其弹性模量都很大，显然，这也是这些金属等，其弹性模量都很大，显然，这也是这些金属被广泛应用的原因之一。被广泛应用的原因之一。 RALRAL2.2 2.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 弹性模量的影响因素弹性模量的影响因素 化学成分化学成分 合金中固溶溶质元素虽然可以改变合金的晶格常数，但对于常用钢铁合合金中固溶溶质元素虽然可以改变合金的晶格常数，但对于常用钢铁合金来说，合金化对其晶格常数改变不大，因而对弹性模量影响很小。金来说，合金化对其晶格常数改变不大，因而对弹性模量影响很

12、小。 热处理热处理 改变组织的强化工艺，但对弹性模量值影响不大。改变组织的强化工艺，但对弹性模量值影响不大。 冷塑性变形冷塑性变形 使使E E值稍有降低，一般降低值稍有降低，一般降低4%4%6%6%，但当变形量很大时，因形变织构而，但当变形量很大时，因形变织构而使其出现各向异性，沿变形方向使其出现各向异性，沿变形方向 E E 值最大。值最大。 温度温度 对于钢铁材料来说，每加热对于钢铁材料来说，每加热100100，其弹性模量，其弹性模量E E值就下降值就下降3%3%5%5%。但在。但在-50-505050范围内，钢的范围内，钢的E E值变化不大，可以不考虑温度的影响。值变化不大，可以不考虑温度

13、的影响。 加载速度加载速度 对弹性模量也没有大的影响对弹性模量也没有大的影响。 RALRAL对组织不敏感的参数对组织不敏感的参数弹性比功弹性比功又被称为弹性应变能密度，又被称为弹性应变能密度，指材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。指材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力。 弹性：材料弹性变形的能力；弹性：材料弹性变形的能力；刚度：材料弹性变形抗力刚度：材料弹性变形抗力2122eeeWE 一种是汽车没有满载，弹簧变形已达到最大，一种是汽车没有满载，弹簧变形已达到最大，卸载后，弹簧完全恢复到原来的状态，这是由卸载后，弹簧完全恢复到原来的状态，这是由于弹簧刚度不足造成的。由于弹性模量是对成于弹簧

14、刚度不足造成的。由于弹性模量是对成分、组织不敏感的性能，因此，解决这一问题，分、组织不敏感的性能，因此，解决这一问题，要从加大弹簧尺寸和改进弹簧结构着手。要从加大弹簧尺寸和改进弹簧结构着手。另一种情况是弹簧使用一段时间后，发现弹簧另一种情况是弹簧使用一段时间后，发现弹簧的弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是弹的弓形越来越小，即产生了塑性变形，这是弹簧的弹性不足，是由于材料的弹性极限低造成簧的弹性不足，是由于材料的弹性极限低造成的。可以利用改变材料、对材料进行热处理等的。可以利用改变材料、对材料进行热处理等手段，从而提高钢的弹性极限的办法来解决。手段，从而提高钢的弹性极限的办法来解决。2.2 2

15、.2 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素 RALRAL 包辛格（包辛格（Bauschinger）效应）效应320240160 80 080320240160240MPa176MPa287MPa85MPa初始拉伸初始压缩初始压缩后，二次压缩初始压缩后，二次拉伸2.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形的不完整性 RALRAL 材料经过预先加材料经过预先加载产生微量塑性变形，载产生微量塑性变形，同向加载弹性极限升同向加载弹性极限升高高，反向加载弹性极反向加载弹性极限降低限降低。产生原因：产生原因：与位错运动阻力变化有关。与位错运动阻力变化有关。运动着的位错遇林位错而使其弯运动着的位错遇林位错

16、而使其弯曲，所以位错前方林位错密度增曲，所以位错前方林位错密度增加，形成位错缠结等。卸载后同加，形成位错缠结等。卸载后同向加载，位错不能做明显运动；向加载，位错不能做明显运动；反向加载，位错运动障碍较少，反向加载，位错运动障碍较少，位错可以在较低应力下移动较大位错可以在较低应力下移动较大距离。距离。也可以用第二类内应力来解释。也可以用第二类内应力来解释。122.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形的不完整性 RALRAL包辛格应变：包辛格应变： 给定应力下拉伸卸载后给定应力下拉伸卸载后第二次再拉伸，与拉伸卸载第二次再拉伸，与拉伸卸载后压缩两曲线之间的应变差。后压缩两曲线之间的应变差。重复拉伸

17、卸载后压缩b对于承受应变疲劳机件很重要；对于承受应变疲劳机件很重要；冷拉型材及管子用于受压状态，冷拉型材及管子用于受压状态，属于反向加载，也有包辛格效应；属于反向加载，也有包辛格效应；有时可以加以利用：有时可以加以利用： 如薄板的反如薄板的反向成型等。向成型等。2.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形的不完整性 RALRAL 弹性后效弹性后效 实际金属材料在外力作用下开始产生实际金属材料在外力作用下开始产生弹性变形时，沿弹性变形时，沿OA变化，产生瞬时弹性变化，产生瞬时弹性应变应变Oa之后，在载荷不变的条件下，随之后，在载荷不变的条件下，随时间延长，变形慢慢增加，产生附加的弹时间延长，变形慢

18、慢增加，产生附加的弹性应变性应变aH。这一现象叫做。这一现象叫做正弹性后效或正弹性后效或弹性蠕变。弹性蠕变。 卸载时，立即沿卸载时，立即沿Bc变化，部分弹性变化，部分弹性应变应变Hc消失，之后，随时间延长，变形消失，之后，随时间延长，变形才缓慢消失至零。这一现象称为才缓慢消失至零。这一现象称为反弹性后反弹性后效。效。 这种弹性应变落后于外加应力，并和这种弹性应变落后于外加应力，并和时间有关的弹性变形称为弹性后效或滞弹时间有关的弹性变形称为弹性后效或滞弹性。随时间延长而产生的附加弹性应变称性。随时间延长而产生的附加弹性应变称为滞弹性应变。为滞弹性应变。 2.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形

19、的不完整性 RALRALt 弹性滞后环弹性滞后环2.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形的不完整性 RALRAL在弹性变形范围内，材料变形时，因应变滞后于外加应力，使加载线和卸载在弹性变形范围内，材料变形时，因应变滞后于外加应力，使加载线和卸载线不重合而形成的回线，称为弹性滞后环。这个滞后环的出现，说明加载时线不重合而形成的回线，称为弹性滞后环。这个滞后环的出现，说明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料所放出的变形功，因此，在材料内部消消耗于材料的变形功大于卸载时材料所放出的变形功，因此，在材料内部消耗了一部分功。这部分功称为内耗，其大小可用回线面积表示。耗了一部分功。这部分功称为内耗，其

20、大小可用回线面积表示。交变循环载荷，加载速度比较交变循环载荷，加载速度比较慢，来得及表现弹性后效。慢，来得及表现弹性后效。 加载速度比较快，来不及表现弹性后效。其回线面积表加载速度比较快，来不及表现弹性后效。其回线面积表示在一个应力循环中材料的内耗，也可称为示在一个应力循环中材料的内耗，也可称为循环韧性循环韧性。 循环韧性是材料的一个性能指标：循环韧性是材料的一个性能指标： 一般用振动试样中自由振动振幅的衰减来表示循环韧性的大小。一般用振动试样中自由振动振幅的衰减来表示循环韧性的大小。 表示材料的消震能力，表示材料的消震能力，循环韧性大的材料的消震能力强。循环韧性大的材料的消震能力强。 汽轮机

21、叶片，越大越好；汽轮机叶片，越大越好； 传感器、乐器等希望循环韧性越小越好。传感器、乐器等希望循环韧性越小越好。自由振动衰减曲线自由振动衰减曲线 2.3 2.3 弹性变形的不完整性弹性变形的不完整性 RALRAL 塑性变形的一般特点塑性变形的一般特点2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL 变形不可逆；变形不可逆； 主要有切应力引起；主要有切应力引起； 指标指标延伸率，断面收缩率延伸率，断面收缩率 形变程度大；形变程度大； 塑性变形能力和抗力受多种因素影响；塑性变形能力和抗力受多种因素影响； 变形过程会产生回复、再结晶、变形过程会产生回复、再结晶、 应力松弛等；应力松弛等；

22、伴随有弹性变形和加工硬化，伴随有弹性变形和加工硬化， 变形曲线非线性变形曲线非线性 塑性变形的物理过程塑性变形的物理过程塑性变形的方式：塑性变形的方式：滑移；孪生；晶界滑移；扩散型蠕变滑移；孪生；晶界滑移；扩散型蠕变（1）滑移变形）滑移变形材料在切应力作用下，沿一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程。材料在切应力作用下，沿一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程。2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL滑移系滑移系: :每个滑移面和其上的一个滑移方向的组合每个滑移面和其上的一个滑移方向的组合面心立方面心立方 -Fe, Cu，Al 111110 12体心立方体心立方Fe1101121

23、23111 48密排六方密排六方(0001)(100)112-0 3材料的塑性与滑移系有关，还与滑移面原子排列的密度及原子在滑移方向上材料的塑性与滑移系有关，还与滑移面原子排列的密度及原子在滑移方向上的排列数目有关。的排列数目有关。 塑性变形的物理过程塑性变形的物理过程（2）孪生变形）孪生变形 当晶体的一部分与另一部分呈镜像时，称为孪晶，对称面称为孪晶面。当晶体的一部分与另一部分呈镜像时，称为孪晶，对称面称为孪晶面。 2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL特点：特点： 1 1）高应变速率下发生，对大多数晶体来）高应变速率下发生，对大多数晶体来说，在高速变形条件下，尤说，在高

24、速变形条件下，尤其在低温高速下，易形成孪晶。其在低温高速下，易形成孪晶。 2 2）孪生产生变形量小，例如金属）孪生产生变形量小，例如金属CdCd单纯单纯依靠孪生变形最大只能获得依靠孪生变形最大只能获得7.39%7.39%的变形量的变形量. . 3) 3) 具有一定的可逆性具有一定的可逆性, ,实验观察发现，实验观察发现，有一些金属晶体在孪生变形的初期所形成的有一些金属晶体在孪生变形的初期所形成的孪晶是弹性的。在孪晶变形尚未贯穿整个晶孪晶是弹性的。在孪晶变形尚未贯穿整个晶体断面之前，若去掉外力，则孪晶变小，甚体断面之前，若去掉外力，则孪晶变小，甚至消失；相反，若再次施加外力，则孪晶重至消失；相反

25、，若再次施加外力，则孪晶重新长大变厚。但当变形孪晶穿过整个试样即新长大变厚。但当变形孪晶穿过整个试样即形成塑性孪晶时，即使去除全部外力，这个形成塑性孪晶时，即使去除全部外力，这个孪晶也不能消失。孪晶也不能消失。孪生与滑移的区别：孪生与滑移的区别： 第一，在晶体取向上，孪生变形产生孪晶，形成的是镜像对称第一，在晶体取向上，孪生变形产生孪晶，形成的是镜像对称晶体，晶体的取向发生了改变，而滑移之后，沿滑移面两侧的晶体晶体，晶体的取向发生了改变，而滑移之后，沿滑移面两侧的晶体在取向上没有发生变化。在取向上没有发生变化。 第二，切变情况不同第二，切变情况不同: :滑移是一种不均匀的切变，其变形主要滑移是

26、一种不均匀的切变，其变形主要集中在某些晶面上进行，而另一些晶面之间则不发生滑移集中在某些晶面上进行，而另一些晶面之间则不发生滑移; ;孪生是孪生是一种均匀的切变，其每个晶面位移量与到孪晶面的距离成正比。一种均匀的切变，其每个晶面位移量与到孪晶面的距离成正比。 第三，变形量不同第三，变形量不同: :孪生的变形量很小，并且很易受阻而引起孪生的变形量很小，并且很易受阻而引起裂纹裂纹; ;滑移的变形量可达百分之百乃至数千。滑移的变形量可达百分之百乃至数千。 2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL 塑性变形的物理过程塑性变形的物理过程（3）晶界滑移和扩散型蠕变）晶界滑移和扩散型蠕变2

27、.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL 在高温下，多晶体金属材料因晶界性质弱化，在高温下，多晶体金属材料因晶界性质弱化，变形将集中于晶界进行。变形将集中于晶界进行。 变形时，可以使晶界切变滑动，也可以借助变形时，可以使晶界切变滑动，也可以借助于晶界上空位和间隙原子定向扩散迁移来实现。于晶界上空位和间隙原子定向扩散迁移来实现。 单晶体和多晶体材料塑性变形的特点单晶体和多晶体材料塑性变形的特点2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL1）单晶体塑性变形的特点）单晶体塑性变形的特点 1 1）滑移面上分切应力必须大于临界分切应力；）滑移面上分切应力必须大于临界分切应力

28、； 2 2）晶体的临界分切应力是各向异性的；）晶体的临界分切应力是各向异性的； 3 3）对于制备好后却从未受过任何形变的晶体，其最易滑移）对于制备好后却从未受过任何形变的晶体，其最易滑移面和最易滑移方向上的临界分切应力都很小，随着塑性形变面和最易滑移方向上的临界分切应力都很小，随着塑性形变的发展，紧跟着就迅速的发展，紧跟着就迅速“硬化硬化” ” ； 4 4）形变硬化并不是绝对稳固的特性）形变硬化并不是绝对稳固的特性 ； 5 5）单晶体的塑性变形将由一连串的破坏过程和一连串的）单晶体的塑性变形将由一连串的破坏过程和一连串的“回复回复”过程组成。过程组成。 单晶体和多晶体材料塑性变形的特点单晶体和

29、多晶体材料塑性变形的特点2）多晶体塑性变形的特点）多晶体塑性变形的特点形变的不均一性；形变的不均一性；各晶粒变形的不同时性；各晶粒变形的不同时性；多晶体的形变抗力通常较单晶体高；多晶体的形变抗力通常较单晶体高； 在较低温度下，晶界具有比晶粒内部大的形变阻力；而在较高温在较低温度下，晶界具有比晶粒内部大的形变阻力；而在较高温度度 时，塑性变形可表现为沿着晶粒间分界面相对滑移，即晶界时，塑性变形可表现为沿着晶粒间分界面相对滑移，即晶界的形变阻的形变阻 力此时并不比晶粒内部大。力此时并不比晶粒内部大。晶体塑性变形在性质上所表现的特点和单晶体比较有重大差别，晶体塑性变形在性质上所表现的特点和单晶体比较

30、有重大差别， 这些差别的根源在于多晶体各晶粒本身空间取向的不一致和晶界这些差别的根源在于多晶体各晶粒本身空间取向的不一致和晶界的存在的存在 。 2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL 单晶体和多晶体材料塑性变形的特点单晶体和多晶体材料塑性变形的特点3）形变织构和各向异性）形变织构和各向异性 随着塑性变形程度的增加，各个晶粒的滑移方向逐随着塑性变形程度的增加，各个晶粒的滑移方向逐渐向主形变方向转动，使多晶体中原来取向互不相同的渐向主形变方向转动，使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为择优择优取向取向

31、；材料变形过程中的这种组织状态称为；材料变形过程中的这种组织状态称为形变织构形变织构。 2.4 2.4 材料的塑性变形材料的塑性变形 RALRAL 屈服现象屈服现象在拉伸试验中，当外力不增加在拉伸试验中，当外力不增加(保持恒定保持恒定)时试样仍然能够伸长或外力增加时试样仍然能够伸长或外力增加到一定数值时突然下降，然后在外力不增加或上下波动时试样继续伸长变到一定数值时突然下降，然后在外力不增加或上下波动时试样继续伸长变形，这种现象叫屈服。形，这种现象叫屈服。 吕德斯带吕德斯带 屈服强度屈服强度对单晶体来说，对单晶体来说，它是第一条滑移线开始出现的抗力。如它是第一条滑移线开始出现的抗力。如用切应力

32、表示，即滑移临界切应力用切应力表示，即滑移临界切应力c。对于多晶体来说，对于多晶体来说，用产生微量塑性变形的应力定义为屈服强度。用产生微量塑性变形的应力定义为屈服强度。对于拉伸时出现屈服平台的材料，对于拉伸时出现屈服平台的材料，由于下屈服点再现性较好，由于下屈服点再现性较好，故以下屈服应力作为材料的屈服强度。故以下屈服应力作为材料的屈服强度。 2.5 2.5 材料的屈服材料的屈服 RALRAL 影响屈服强度的因素影响屈服强度的因素2.5 2.5 材料的屈服材料的屈服 RALRAL影响屈服强度的内在因素影响屈服强度的内在因素 金属本质及晶格类型金属本质及晶格类型 一般地，多相合金的塑性变形主要在

33、基体相中进行，这表明位错一般地，多相合金的塑性变形主要在基体相中进行，这表明位错主要分布在基体相中。位错的运动首先决定于基体相的各种阻力。而金属主要分布在基体相中。位错的运动首先决定于基体相的各种阻力。而金属临界切应力都与其切变弹性模量临界切应力都与其切变弹性模量G G有关。有关。G G值越高，其临界切应力越大。过值越高，其临界切应力越大。过渡族金属渡族金属FeFe，NiNi等，等，G G值较高，其临界切应力也高，因而屈服强度也高。值较高，其临界切应力也高，因而屈服强度也高。 同时，临界切应力还与晶体类型有关。金属滑移方向的原子间距同时，临界切应力还与晶体类型有关。金属滑移方向的原子间距b(b

34、(柏氏矢量柏氏矢量) )越大，临界切应力越大；反之，则临界切应力越小。如密排越大，临界切应力越大；反之，则临界切应力越小。如密排面心立方金属面心立方金属CuCu，AlAl和六方金属和六方金属MgMg，ZnZn等，因为等，因为b b小，其临界切应力都很小，其临界切应力都很低；而体心立方金属低；而体心立方金属FeFe，CrCr等，其临界切应力因等，其临界切应力因b b大都较高。大都较高。晶粒大小和亚结构晶粒大小和亚结构 许多金属与合金的屈服强度和晶粒大小的关系符合许多金属与合金的屈服强度和晶粒大小的关系符合HallHallPetchPetch关系关系 120syk d2.5 2.5 材料的屈服材料

35、的屈服 RALRAL 溶质元素溶质元素 固溶合金的屈服强度高于纯金属，其流变曲线也高于纯固溶合金的屈服强度高于纯金属，其流变曲线也高于纯金属。这表明，溶质原子不仅提高了位错在晶格中运动的摩擦金属。这表明，溶质原子不仅提高了位错在晶格中运动的摩擦阻力，而且增强了对位错的钉扎作用。阻力，而且增强了对位错的钉扎作用。 第二相第二相 根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相质点，根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。弯曲位错的线张力与相邻为此，必须克服弯曲位错的线张力。弯曲位错的线张力与相邻质点的间距有关，故含有不可变形第二相质点的金属材料，其质点的间距

36、有关，故含有不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流变应力决定于第二相质点之间的间距。绕过质点屈服强度与流变应力决定于第二相质点之间的间距。绕过质点的位错线在质点周围留下一个位错环。随着绕过质点的位错数的位错线在质点周围留下一个位错环。随着绕过质点的位错数量增加，留下的位错环增多，相当于质点的间距减小，流变应量增加，留下的位错环增多，相当于质点的间距减小，流变应力就越高。力就越高。 2.5 2.5 材料的屈服材料的屈服 RALRAL(2) 影响屈服强度的外在因素影响屈服强度的外在因素 温度温度 温度升高，屈服强度降低，但其变温度升高，屈服强度降低，但其变化趋势因不同晶格类型而异。化趋势因不

37、同晶格类型而异。体心立方体心立方金属对温度很敏感，特别在低温区域，金属对温度很敏感，特别在低温区域，如如FeFe，由室温降到，由室温降到-196-196，屈服强度提，屈服强度提高高4 4倍。倍。面心立方面心立方金属对温度不太敏感，金属对温度不太敏感，如如NiNi，由室温降到，由室温降到-196-196，屈服强度仅，屈服强度仅提高提高0.40.4倍。倍。密排六方密排六方金属介于二者之间。金属介于二者之间。这可能是派纳力起主要作用的结果，这可能是派纳力起主要作用的结果，派纳力对温度十分敏感。绝大多数结派纳力对温度十分敏感。绝大多数结构钢是以体心立方铁素体为基体，其屈构钢是以体心立方铁素体为基体，其屈服强度也有强烈的温度效应，这是钢低服强度也有强烈的温度效应，这是钢低温变脆的原因之一。温变脆的原因之一。2.5 2.5 材料的屈服材料的屈服 RALRAL 加载速率加载速率 加载速率增大，金属材料的屈服强度增高，但屈服强度的加载速率增大，金属材料的屈服强度增高，但屈服强度的增高远比抗拉强度的增高明显。增高远比抗拉强度的增高明显。 应力状态应力状态 切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度则越低，切应力分量越大，越有