材料的力学性能学习教案

1、会计学1材料材料(cilio)的力学性能的力学性能第一页，共54页。q什么是材料什么是材料(cilio)(cilio)的力学性能？的力学性能？q材料材料(cilio)(cilio)力学性能课程的研究内容有哪些？力学性能课程的研究内容有哪些？绪论绪论(xln)(xln)q什么什么(shn me)(shn me)是材料的力学性能？是材料的力学性能？q（金属）材料（金属）材料 具有各种使用性能具有各种使用性能 用途用途广泛广泛使用性能使用性能物理性能物理性能（导电、导热、电磁等）（导电、导热、电磁等）力学性能力学性能（强度、硬度、塑性等）（强度、硬度、塑性等）工艺性能工艺性能（焊接、成形等）（焊接、

2、成形等）化学性能（耐腐蚀、抗氧化等）第1页/共54页第二页，共54页。绪论绪论(xln)(xln)材料的力学性能是指材料在外加载荷（外力或能量）作用下，或载荷与环境因素（材料的力学性能是指材料在外加载荷（外力或能量）作用下，或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下所表现出的行为。这种行为又称为力学温度、介质和加载速率）联合作用下所表现出的行为。这种行为又称为力学行为，通常表现为金属的变形和断裂。行为，通常表现为金属的变形和断裂。 材料抵抗外加载荷引起的变形材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。和断裂的能力。 mechanical properties; mechanical beh

3、avior mechanical properties; mechanical behavior 材料的失效材料的失效(failure)(failure)： 如果材料抵抗变形与断裂的能力与服役条件不适应，则机件失去如果材料抵抗变形与断裂的能力与服役条件不适应，则机件失去(shq)(shq)预定预定效能（过量弹性变形、过量塑性变形、断裂、磨损等），材料的力学性能又效能（过量弹性变形、过量塑性变形、断裂、磨损等），材料的力学性能又可以称为失效抗力。可以称为失效抗力。 第2页/共54页第三页，共54页。绪论绪论(xln)(xln)影响力学性能的因素影响力学性能的因素载荷性质载荷性质应力状态应力状态环

4、环 境境温温 度度化学成分化学成分显微组织显微组织残余应力残余应力冶金质量冶金质量内在因素内在因素外在因素外在因素第3页/共54页第四页，共54页。绪论绪论(xln)(xln)不同服役条件对材料的性能不同服役条件对材料的性能(xngnng)(xngnng)要要求不同求不同第4页/共54页第五页，共54页。绪论绪论(xln)(xln)q材料力学性能课程主要内容？材料力学性能课程主要内容？q 材料在各种服役材料在各种服役(f y)(f y)条件下的失效现象及条件下的失效现象及微观机理；微观机理；q 材料力学性能指标的本质、概念、实用意义材料力学性能指标的本质、概念、实用意义，以及各种力学性能，以及

5、各种力学性能q 指标之间的相互联系；指标之间的相互联系；q 影响材料力学性能的因素，提高力学性能的影响材料力学性能的因素，提高力学性能的方向和途径；方向和途径；q 材料力学性能的测试技术。材料力学性能的测试技术。q目的：目的：q1 1）合理使用材料掌握不同服役）合理使用材料掌握不同服役(f y)(f y)条件下条件下力学性能变化规律，有助于正确选择材料；力学性能变化规律，有助于正确选择材料；q2 2）研究开发新材料明确提高力学性能的方向）研究开发新材料明确提高力学性能的方向和途径，是研发新材料的关键；和途径，是研发新材料的关键；q3 3）改进和开发冷热加工工艺。）改进和开发冷热加工工艺。第5页

6、/共54页第六页，共54页。1 1、材料、材料(cilio)(cilio)的变形的变形第6页/共54页第七页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能材料力学性能指标是结构设计、材料选择、工艺评价以及材料检验的主要依据。测定材料力学性能最常用的方法是静载荷方法，即在温度、应力状态和加载速率都固定不变的状态下测定力学性能指标的一种方法。1.1 材料的拉伸材料的拉伸(l shn)性能性能静拉伸试验：常温、单向静拉伸载荷，光滑试样。（应用最为广泛的方法静拉伸试验：常温、单向静拉伸载荷，光滑试样。（应用最为广泛的方法(fngf)）通过拉伸试验，可以获得材料的弹

7、性、塑性、强度、应变硬化、韧性等重要而又基本的力学通过拉伸试验，可以获得材料的弹性、塑性、强度、应变硬化、韧性等重要而又基本的力学性能指标，这些指标的特性统称为材料的拉伸性能。性能指标，这些指标的特性统称为材料的拉伸性能。第7页/共54页第八页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能1.1.1 拉伸曲线拉伸曲线(qxin)和应力应和应力应变曲线变曲线(qxin)应力：单位截面上所受到的力称为应力应力：单位截面上所受到的力称为应力应变：单位长度应变：单位长度(chngd)上的变形量上的变形量 0PA00l ll工程应力：拉伸载荷除以原始截面积工程应力：

8、拉伸载荷除以原始截面积工程应变：试样断裂后量伸长量与原始长度的比值工程应变：试样断裂后量伸长量与原始长度的比值真应力：实际上，在拉伸过程中，试样的横截面积是逐渐减小的，外加载荷除以试样某一变形瞬间的截面积称为真应力。真应力：实际上，在拉伸过程中，试样的横截面积是逐渐减小的，外加载荷除以试样某一变形瞬间的截面积称为真应力。iSPAl l0第8页/共54页第九页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能拉伸曲线拉伸曲线(qxin)：载荷伸长曲线载荷伸长曲线(qxin)（P-Dl） 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 屈屈 服服 颈颈 缩缩第9页/共54页第

9、十页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能比例极限比例极限弹性弹性(tnxng)极限极限屈服极限屈服极限强度极限强度极限断裂强度断裂强度应力应变应力应变(yngbin)(stress-strain)曲线曲线第10页/共54页第十一页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能强度强度(qingd)指标及其测定方指标及其测定方法法（1）比例极限）比例极限p= Pp/A0 (MPa)当应力比较小时，试样的伸长随应力当应力比较小时，试样的伸长随应力成正比地增加，保持直线关系。当应成正比地增加，保持直线关系。当应力超

10、过力超过p时，曲线开始时，曲线开始(kish)偏离偏离直线，因此称直线，因此称p为比例极限，是应为比例极限，是应力与应变成直线关系的最大应力值。力与应变成直线关系的最大应力值。第11页/共54页第十二页，共54页。1.11.1材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能强度强度(qingd)指标及其测定指标及其测定方法方法（2）弹性极限）弹性极限e= Pe/A0 (MPa)应力应变曲线中，应力在应力应变曲线中，应力在e时称时称为弹性强度极限，该阶段为弹性变为弹性强度极限，该阶段为弹性变形阶段。形阶段。当应力继续增加，超过当应力继续增加，超过e以后，试以后，试样样(sh yn)在继续

11、产生弹性变形的在继续产生弹性变形的同时，也伴随有微量的塑性变形，同时，也伴随有微量的塑性变形，因此因此e是材料由弹性变形过渡到弹是材料由弹性变形过渡到弹塑性变形的应力。应力超过弹性塑性变形的应力。应力超过弹性极限以后，便开始发生塑性变形。极限以后，便开始发生塑性变形。 第12页/共54页第十三页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能强度强度(qingd)指标及其测定方法指标及其测定方法（3）屈服极限（屈服强度）屈服极限（屈服强度）在拉伸过程中，当应力达到一定值时，拉伸曲线上出现了平台或锯齿形流变，在应力不增加或减小的情况下，试样还继续伸长而进入屈服

12、阶段。屈服阶段恒定载荷在拉伸过程中，当应力达到一定值时，拉伸曲线上出现了平台或锯齿形流变，在应力不增加或减小的情况下，试样还继续伸长而进入屈服阶段。屈服阶段恒定载荷(zi h)Ps所对应的应力为材料的屈服点。所对应的应力为材料的屈服点。 第13页/共54页第十四页，共54页。1.1 1.1 材料材料(cilio)(cilio)的力学性的力学性能能强度强度(qingd)指标及其测定方法指标及其测定方法（4）强度极限（抗拉强度）强度极限（抗拉强度）随着塑性变形的增大，变形抗力不断增加，当应力达到随着塑性变形的增大，变形抗力不断增加，当应力达到(d do)最大值最大值b以后，材料的形变强化效应已经不

13、能补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低，试样的某一部位截面开始急剧缩小，因而在工程应力应变曲线上，出现了应力随应变的增大而降低的现象。以后，材料的形变强化效应已经不能补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低，试样的某一部位截面开始急剧缩小，因而在工程应力应变曲线上，出现了应力随应变的增大而降低的现象。曲线上的最大应力曲线上的最大应力b为抗拉强度极限，它是由试样拉断前最大载荷所决定的条件临界应力，即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积。为抗拉强度极限，它是由试样拉断前最大载荷所决定的条件临界应力，即试样所能承受的最大载荷除以原始截面积。 第14页/共54页第十五页，共54页。1.1 1.1

14、材料材料(cilio)(cilio)的力学性的力学性能能强度强度(qingd)指标及其测定方法指标及其测定方法（5）断裂强度）断裂强度断裂强度断裂强度K是试样拉断时的真实应力，表征材料对断裂的抗力。是试样拉断时的真实应力，表征材料对断裂的抗力。但是，对塑性材料来说，它在工程上意义不大，因为产生颈缩后，试样所能承受的外力不但不增加，反而但是，对塑性材料来说，它在工程上意义不大，因为产生颈缩后，试样所能承受的外力不但不增加，反而(fn r)减少，故国家标准中没有规定断裂强度。减少，故国家标准中没有规定断裂强度。 第15页/共54页第十六页，共54页。1 1 材料材料(cilio)(cilio)的力

15、学性能的力学性能脆性材料的拉伸性能脆性材料的拉伸性能脆性材料（玻璃、岩石、陶瓷、淬火高碳钢及铸铁等材料脆性材料（玻璃、岩石、陶瓷、淬火高碳钢及铸铁等材料 ）在拉伸）在拉伸变形时只产生变形时只产生(chnshng)弹性变形弹性变形(a)，一般不产生，一般不产生(chnshng)或产或产生生(chnshng)很微量的塑性变形。很微量的塑性变形。表征脆性材料力学特征的主要参量有两个：弹性模量表征脆性材料力学特征的主要参量有两个：弹性模量E；断裂强度；断裂强度k。在工程上使用的脆性材料并非都属于完全的脆性，尤其是金属材料，绝大多数都有些塑性，在拉伸在工程上使用的脆性材料并非都属于完全的脆性，尤其是金属

16、材料，绝大多数都有些塑性，在拉伸(l shn)(l shn)变形后，即便是脆性材料，也或多或少会产生一些塑性变形变形后，即便是脆性材料，也或多或少会产生一些塑性变形.(c) .(c) 第16页/共54页第十七页，共54页。材料材料(cilio)(cilio)的力学性能的力学性能脆性材料的断裂脆性材料的断裂(dun li)(dun li)强度等于甚至低于弹性极限，因此断裂强度等于甚至低于弹性极限，因此断裂(dun li)(dun li)前不发生塑性变形，其抗拉强度比较低，但是这种材料的前不发生塑性变形，其抗拉强度比较低，但是这种材料的抗压强度比较高，一般情况下，脆性材料的抗压强度比抗拉强度大几倍

17、，抗压强度比较高，一般情况下，脆性材料的抗压强度比抗拉强度大几倍，理论上可以达到抗拉强度的理论上可以达到抗拉强度的8 8倍。倍。因此，在工程上，脆性材料被大量地应用于受压载荷的构件上，如车床因此，在工程上，脆性材料被大量地应用于受压载荷的构件上，如车床的床身一般由铸铁制造，建筑上用的混凝土被广泛地用于受压状态下，的床身一般由铸铁制造，建筑上用的混凝土被广泛地用于受压状态下，如果需要承受拉伸载荷，则用钢筋来加固。如果需要承受拉伸载荷，则用钢筋来加固。 第17页/共54页第十八页，共54页。1.2 材料的弹性材料的弹性(tnxng)变变形形 任何材料在外力作用下都会或多或少地发生变形，根据外力去除

18、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，不能恢复的变形称为塑性变形。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。任何材料在外力作用下都会或多或少地发生变形，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，不能恢复的变形称为塑性变形。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。第18页/共54页第十九页，共54页。1.2 1.2 材料材料(cilio)(cilio)的弹性变的弹性变形形 弹性变形的基本特点弹性变形的基本特点 材料材料(cilio)(cilio)的弹性变形是指材的弹性变形是指材料

19、料(cilio)(cilio)在外力作用下发生一定量的变在外力作用下发生一定量的变形，当外力去除后，材料形，当外力去除后，材料(cilio)(cilio)能够恢能够恢复原来形状的变形。复原来形状的变形。 可逆性可逆性 单值性单值性 正弹性应变正弹性应变- -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%第19页/共54页第二十页，共54页。1.21.2材料的弹性材料的弹性(tnxng)(tnxng)变变形形 弹性弹性(tnxng)(tnxng)变形的物理本变形的物理本质质起源于晶体点阵中原子间的相起源于晶体点阵

20、中原子间的相互作用互作用第20页/共54页第二十一页，共54页。1.21.2材料材料(cilio)(cilio)的弹性变形的弹性变形 胡克定律胡克定律(h k dn (h k dn l)l)简单应力状态下的胡克简单应力状态下的胡克定律定律(h k dn l)(h k dn l)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第21页/共54页第二十二页，共54页。1.21.2材料的弹性材料的弹性(tnxng)(tnxng)变变形形 胡克定律胡克定律(h k dn l)(h k dn l)广义胡克定律广义胡克定律(h k dn (h k dn l)l)

21、1()xxyzE xyxyG1()yyzxE 1()zzxyE yzyzGzxzxG第22页/共54页第二十三页，共54页。 弹性模量的意义弹性模量的意义表明材料表明材料(cilio)(cilio)抵抗弹性变形的能力抵抗弹性变形的能力- -刚度；刚度；单晶体材料单晶体材料(cilio)-(cilio)-各向异性；多晶体材料各向异性；多晶体材料(cilio)-(cilio)-（基本（基本上）各向同性。上）各向同性。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(cilio)(cilio)。因为用弹性模量高的材料。因为用弹性模量高的材料(c

22、ilio)(cilio)制成的构件受到外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，即构件的刚度高。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。1.3 1.3 弹性模量弹性模量(tn xn m (tn xn m lin)lin)及其影响因素及其影响因素第23页/共54页第二十四页，共54页。1.3 1.3 弹性模量及其影响弹性模量及其影响(yngxing)(yngxing)因素因素厚度减到 11.5mm 最大弹性(tnxng)变形 0.0299mm 原有厚度(hud)：13.5mm 最大弹性变形 0.0245mm 对车轮减重进行了对车轮减重进行了FEM模拟计算，确认减薄

23、、减重的可行性模拟计算，确认减薄、减重的可行性模拟计算结果：最大弹性变形相差模拟计算结果：最大弹性变形相差0.005mm，满足要求，满足要求 第24页/共54页第二十五页，共54页。1.3 1.3 弹性模量及其影响弹性模量及其影响(yngxing)(yngxing)因素因素 弹性模量的影响弹性模量的影响(yngxing)因素因素 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； 化学成分：合金中固溶溶质元素虽然可化学成分：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，因金来说，合金化对其晶格常

24、数改变不大，因而对弹性模量影响很小。而对弹性模量影响很小。 热处理改变组织的强化工艺，但对弹性热处理改变组织的强化工艺，但对弹性模量值影响不大。模量值影响不大。 冷塑性变形使冷塑性变形使E值稍有降低，一般降低值稍有降低，一般降低4%6%，但当变形量很大时，因形变织构，但当变形量很大时，因形变织构而而使其出现各向异性使其出现各向异性( xin y xn)，沿变，沿变形方向形方向 E 值最大。值最大。 对于钢铁材料来说，每加热对于钢铁材料来说，每加热100，其弹，其弹性模量性模量E值就下降值就下降3%5%。但在。但在-5050范围内，钢的范围内，钢的E值变化不大，可以不考虑温值变化不大，可以不考虑

25、温度的影响。度的影响。加载速度对弹性模量也没有大的影响。加载速度对弹性模量也没有大的影响。第25页/共54页第二十六页，共54页。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，指材料吸收变形指材料吸收变形(bin xng)功而又不发生永久变形功而又不发生永久变形(bin xng)的能力。的能力。 弹性：材料弹性：材料(cilio)弹性变形弹性变形的能力；的能力；刚度：材料刚度：材料(cilio)弹性变形弹性变形抗力抗力2122eeeWE 一种是汽车(qch)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，这是由于弹簧刚度不足造成的。由于弹性模量是对成分、组织不

26、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。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手段，从而提高钢的弹性极限的办法来解决。1.3 1.3 弹性模量及其影响因素弹性模量及其影响因素第26页/共54页第二十七页，共54页。1）滞弹性）滞弹性 实际金属材料在外力作用下实际金属材料在外力作用下开始产生弹性变形时，沿开始产生弹性变形时，沿OA变变化，产生瞬时弹性应变化，产生瞬时弹性应变Oa之后，之后，在载荷不变的条件下，随时间延在载荷不变的条件下，随时间延长，

27、变形慢慢增加，产生附加的长，变形慢慢增加，产生附加的弹性应变弹性应变aH。这一现象叫做正。这一现象叫做正弹性后效或弹性蠕变。弹性后效或弹性蠕变。 卸载时，立即沿卸载时，立即沿Bc变化，变化，部分部分(b fen)弹性应变弹性应变Hc消失，消失，之后，随时间延长，变形才缓慢之后，随时间延长，变形才缓慢消失至零。这一现象称为反弹性消失至零。这一现象称为反弹性后效。后效。 这种弹性应变落后于外加应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力，并和时间有关的弹性变形称为滞弹性或弹性后效。随时间延为滞弹性或弹性后效。随时间延长而产生的附加弹性应变称为滞长而产生的附加弹性应变称为滞弹性应变。弹性

28、应变。 1.4 1.4 材料材料(cilio)(cilio)的非理想弹性行为的非理想弹性行为第27页/共54页第二十八页，共54页。1.4 1.4 材料的非理想材料的非理想(lxing)(lxing)弹性行为弹性行为第28页/共54页第二十九页，共54页。不足甚至无法使用。不足甚至无法使用。1.4 1.4 材料材料(cilio)(cilio)的非理想弹性的非理想弹性行为行为第29页/共54页第三十页，共54页。1.4 1.4 材料的非理想弹性材料的非理想弹性(tnxng)(tnxng)行为行为第30页/共54页第三十一页，共54页。1.4 1.4 材料的非理想材料的非理想(lxing)(lxi

29、ng)弹性弹性行为行为4）包申格效应）包申格效应: 对于产生了少量对于产生了少量(sholing)塑性变形（残塑性变形（残余应变约为余应变约为1%4%）的材料，若再同向加）的材料，若再同向加载则规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强载则规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）升高；若再反向加载则规定残余伸长应度）升高；若再反向加载则规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）降低，该现象称力（弹性极限或屈服强度）降低，该现象称为包申格效应。为包申格效应。第31页/共54页第三十二页，共54页。4）包申格效应）包申格效应材料经过预先加载产生微量塑性变形，材料经过预先加载产生微量塑性变形，同向加载弹性同向加载

30、弹性(tnxng)极限升高，极限升高，反向加载弹性反向加载弹性(tnxng)极限降低。极限降低。 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1.4 1.4 材料的非理想弹性材料的非理想弹性(tnxng)(tnxng)行行为为第32页/共54页第三十三页，共54页。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运动着的位错遇林位错而使其弯曲，所以位错前方林位其弯曲，所以位错前方林位错密度增加，形成错密度增加，形成(xngchng)位错缠结等。

31、位错缠结等。卸载后同向加载，位错不能卸载后同向加载，位错不能做明显运动；做明显运动；反向加载，位错运动障碍较反向加载，位错运动障碍较少，位错可以在较低应力下少，位错可以在较低应力下移动较大距离。移动较大距离。121.4 1.4 材料的非理想弹性材料的非理想弹性(tnxng)(tnxng)行为行为第33页/共54页第三十四页，共54页。 度量包申格效应的基本度量包申格效应的基本(jbn)定量指标是包申格定量指标是包申格应变，它是指在给定应力应变，它是指在给定应力下，正向加载与反向加载下，正向加载与反向加载两应力应变曲线之间的两应力应变曲线之间的应变差应变差(图图1-8)。 在图在图1-8中，中，

32、b点为拉伸点为拉伸应力应变曲线上给定的应力应变曲线上给定的流变应力，流变应力， bc即为包即为包申格应变。申格应变。第34页/共54页第三十五页，共54页。包申格效应包申格效应(xioyng)(xioyng)的意义的意义 如果金属材料预先经受大量塑性变形，因位错增殖和难于重分布，则在随后反向加载时，包申格应变等于零。 用处： （1）.包申格效应对于承受应变疲劳载荷作用的机件在应变疲劳过程中，每一周期内都产生微量塑性变形，在反向加载时，微量塑性变形抗力(规定残余伸长应力)降低，显示循环软化现象。 （2）.对于预先经受冷塑性变形的材料，如服役时受反向力作用，就要考虑(kol)微量塑性变形抗力降低的

33、有害影响，如冷拉型材及管子在受压状态下使用就是这种情况。 （3）.利用包申格效应，如薄板反向弯曲成型。拉拨的钢棒经过轧辊压制变直等。 消除包申格效应的方法是:预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火，如钢在400500以上，铜合金在250270以上退火。第35页/共54页第三十六页，共54页。 塑性变形的一般塑性变形的一般(ybn)特特点点1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性变形的塑性变形变形不可逆；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

34、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(yngxing)；变形过程会产生回复、再结晶、应力松弛等；变形过程会产生回复、再结晶、应力松弛等；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。第36页/共54页第三十七页，共54页。 塑性变形机理塑性变形机理塑性变形的方式：滑移、孪生、晶界滑移、扩散塑性变形的方式：滑移、孪生、晶界滑移、扩散型蠕变型蠕变（1）滑移变形）滑移变形材料在切应力材料在切应力(yngl)作用下，沿一定的晶面和一作用下，沿一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程定的晶向进行的切变过程1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)

35、的塑性变形的塑性变形滑移系:每个滑移面和其上的一个滑移方向的组合面心立方g-Fe, Cu，Al 111110 12体心立方Fe110112123111 48密排六方(0001)(100)112-0 3材料(cilio)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。第37页/共54页第三十八页，共54页。 塑性变形机理塑性变形机理（2）孪生变形）孪生变形高应变速率下发生；高应变速率下发生；孪生产生变形量小；孪生产生变形量小；具有一定的可逆性。具有一定的可逆性。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，形成的第一，在晶体取向上，孪生变

36、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在取向上没有发生变化。之后，沿滑移面两侧的晶体在取向上没有发生变化。第二，切变情况不同。滑移是一种不均匀的切变，第二，切变情况不同。滑移是一种不均匀的切变，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。孪生是一种均匀的切变，其每之间则不发生滑移。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。个晶面位移量与到孪晶面的距离成正比。第三，变形量不同。孪生的变形量很小，并且很易第三，变形量不同。孪生

37、的变形量很小，并且很易受阻受阻(shu z)而引起裂纹。滑移的变形量可达百分之而引起裂纹。滑移的变形量可达百分之百乃至数千。百乃至数千。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性变形的塑性变形第38页/共54页第三十九页，共54页。 塑性变形机理塑性变形机理（3）晶界滑移和扩散型蠕变）晶界滑移和扩散型蠕变高温下，多晶体金属材料因晶界性质弱化，变形将集中高温下，多晶体金属材料因晶界性质弱化，变形将集中于晶界进行。于晶界进行。变形时，可以使晶界切变滑动变形时，可以使晶界切变滑动(hudng)，也可以借助于，也可以借助于晶界上空穴和间隙原子定向扩散迁移来实现。晶界上空穴和间隙原子定

38、向扩散迁移来实现。1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性变形的塑性变形第39页/共54页第四十页，共54页。 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（1）单晶体塑性变形的特点）单晶体塑性变形的特点 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； 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； 对于制备好后却从未受过任何形变的晶体，其最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。易滑移面和最易滑移方向上的临界分切应力都很小。随着塑性形变的发展，紧跟着就迅速随着

39、塑性形变的发展，紧跟着就迅速“硬化硬化” ； 形变硬化并不是绝对稳固形变硬化并不是绝对稳固(wng)的特性的特性 ； 单晶体的塑性变形将由一连串的破坏过程和一连单晶体的塑性变形将由一连串的破坏过程和一连串的串的“回复回复”过程组成。过程组成。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(cilio)的塑性变形的塑性变形第40页/共54页第四十一页，共54页。 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）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

40、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；而在较高温度时，塑性变形可表现为沿着晶粒力；而在较高温度时，塑性变形可表现为沿着晶粒间分界面相对滑移，即晶界的形变阻力此时并不比间分界面相对滑移，即晶界的形变阻力此时并不比晶粒内部大。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晶体塑性变形在性质上所表现的特点和单晶体比较较(bjio)有重大差别，这些差别的根源在于多晶体有重大差别，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的存在各晶粒本身空间取向的不一致和晶界的存在 。 1.5 1.5 材料材料(cilio)(ci

41、lio)的塑性变形的塑性变形第41页/共54页第四十二页，共54页。 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各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一不相同的各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为择优取向；材料变形过程中的这种组织现象称为择优取向；材料变形过程中的这种组织(zzh)状态称为形变织构。状态称为形变织构。 1.5 1.5 材料材料(cil

42、io)(cilio)的塑性变形的塑性变形第42页/共54页第四十三页，共54页。1 1.6 .6 塑性材料塑性材料的力学性能的力学性能塑性材料的拉伸塑性材料的拉伸(l shn)性能性能塑性较好的工程材料塑性较好的工程材料(cilio)曲线大致可分为弹性变形、塑性变形和断裂曲线大致可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。三个阶段。弹性变形阶段，真应力应变曲弹性变形阶段，真应力应变曲线与工程应力应变曲线基本重合；线与工程应力应变曲线基本重合；从塑性变形开始到应力最大的从塑性变形开始到应力最大的b点，即均匀塑性变形阶段，真应力高于工程应力，随应变的增大，两者之差增大，但真实应变小于工程应变。点，即均

43、匀塑性变形阶段，真应力高于工程应力，随应变的增大，两者之差增大，但真实应变小于工程应变。颈缩开始后，塑性变形集中在颈缩区，试样的横截面面积颈缩开始后，塑性变形集中在颈缩区，试样的横截面面积(min j)急剧减小，虽然工程应力随应变增加而减少，但真应力仍然增大，真应力应变曲线显示出与工程应力应变曲线不同的变化趋势。急剧减小，虽然工程应力随应变增加而减少，但真应力仍然增大，真应力应变曲线显示出与工程应力应变曲线不同的变化趋势。第43页/共54页第四十四页，共54页。1 1.6 .6 塑性材料塑性材料的力学性能的力学性能塑性材料的拉伸塑性材料的拉伸(l shn)性能性能几种塑性不连续型应力应变曲线：

44、几种塑性不连续型应力应变曲线： （a）有明显的屈服现象，而且有一段锯齿形屈服平台，之后发生均匀塑性变形。（退火低碳钢等）有明显的屈服现象，而且有一段锯齿形屈服平台，之后发生均匀塑性变形。（退火低碳钢等） （b）均匀屈服型应力应变曲线，试样受力产生弹性变形后，出现了明显上、下屈服点。（）均匀屈服型应力应变曲线，试样受力产生弹性变形后，出现了明显上、下屈服点。（Fe单晶中常见，多晶纯铁、半导体材料硅、金属锗也有。）单晶中常见，多晶纯铁、半导体材料硅、金属锗也有。） （c）弹性变形之后，有一系列的锯齿叠加于抛物线型的塑性流变）弹性变形之后，有一系列的锯齿叠加于抛物线型的塑性流变(li bin)曲线上

45、。这种现象是由于材料内部不均匀变形造成的。（多是由于孪生或者溶质原子与位错的交互作用）曲线上。这种现象是由于材料内部不均匀变形造成的。（多是由于孪生或者溶质原子与位错的交互作用） 第44页/共54页第四十五页，共54页。 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时试样仍然能够伸长或外力增加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。继续伸长变形，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

46、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，故以下故以下(yxi)屈服应力作为材料的屈服强度。屈服应力作为材料的屈服强度。 1.7 1.7 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服第45页/共54页第四十六页，共54页。 影响屈服强度影响屈服强度(qingd)的的因素因素1.7 1.7

47、 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服(1)影响屈服强度的内在因素 (2)金属本质及晶格类型(3) 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。而金属临界切应力都与其(yq)切变弹性模量G有关。G值越高，其临界切应力越大。过渡族金属Fe，Ni等，G值较高，其临界切应力也高，因而屈服强度也高。(4) 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(柏氏矢量)越大，临界切应力越大；反之，则临界切应力越小。如密排面心立方金属Cu，Al和六方金属Mg，Zn等，因为b小，其临界切应力都很低；而体心立方金属Fe，Cr等，其临界切应力因b大都较高。(5)晶粒大小和亚结构(6) 许多金属与合金的屈服强度和晶粒大小的关系符合HallPetch关系 120syk d第46页/共54页第四十七页，共54页。1.7 1.7 材料材料(cilio)(cilio)的屈服的屈服 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金属。这