上海大学材料基础史文老师

金属强度理论现在是1页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论材料在力作用下发生变形弹性变形、塑性变形、粘性变形强度是材料对变形的抵抗能力现在是2页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性变形塑性变形强化方式回复、再结晶塑性加工方法现在是3页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性变形本质特点弹性模量现在是4页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性变形本质原子作用势的不对称性r0处原子作用合力为零，势（位）能最低，平衡现在是5页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性变形特点和描述可逆线性（Hooke定律）在正应力下：σ=Eε在切应力下：τ=G。E为正变弹性模量，G为切变弹性模量G=E/2(1-ν)ν称为泊松比，金属的ν=0.3~0.35变形量小现在是6页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性模量弹性模量是材料结合强度的标志之一离子晶体、共价晶体的结合能最大，约几千kJ/mol金属晶体以过渡元素为最大，约400~800kJ/molCu,Ag,Au约300~350kJ/mol碱金属约80~160kJ/mol范德瓦尔斯键的结合能最小，只有几十kJ/mol

现在是7页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

不同材料的E值（单位：10000MPa）钢：20～21.4铸铁：17.3~19.4铜及合金：10.5~15.3铝及合金：7～8.1金刚石：102橡胶：0.001~0.01现在是8页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性模量工程上，弹性模量是材料刚度的度量外力一定，则E大，刚度大，弹性变形量小钢的E为铝的3倍，故钢的弹性变形为铝的1/3现在是9页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性模量影响因素原子结构现在是10页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论弹性模量影响因素原子结构：具有周期性，过渡族元素E大组织不敏感：热处理不改变E温度：T升高，E下降变形：冷变形有可能使E下降合金元素：少量不改变E现在是11页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形宏观描述微观描述现在是12页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形的宏观描述工程应力－应变曲线塑性和强度真应力和真应变现在是13页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形的宏观描述工程应力－应变曲线伸长－载荷（力）曲线现在是14页\一共有78页\编辑于星期三工程应力-应变曲线应力＝载荷/试样原始横截面积（MPa=N/mm2)应变＝伸长量/原始长度现在是15页\一共有78页\编辑于星期三现在是16页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

弹性变形应力/应变＝常数塑性变形应力/应变≠常数现在是17页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

强度材料在外力作用下对变形的抵抗能力σs屈服强度对永久变形的抗力σb抗拉强度对断裂的抗力现在是18页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

强度弹性极限屈服强度抗拉强度断裂强度现在是19页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

塑性指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力塑性指标：延伸率（δ）＝伸长量/原始长度截面收缩率＝截面积差/原始截面积现在是20页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

塑性指标：均匀延伸率断裂延伸率现在是21页\一共有78页\编辑于星期三弹性、塑性和强度

塑性保证了材料或零件在偶然过载时的安全性塑性保证了一些成形工艺（冷轧、冷弯、校直等）和修复工艺的进行现在是22页\一共有78页\编辑于星期三真应力与真应变真应力σT＝载荷/试样瞬时横截面积真应变εT＝伸长量/瞬时总长度σT=σ(1+ε)εT=ln(1+ε)小应变时σT=σ(1+ε)≈σεT=ln(1+ε)≈ε现在是23页\一共有78页\编辑于星期三工程应力应变曲线与真应力真应变曲线

现在是24页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形的细（微）观描述塑性变形与滑移塑性变形与位错运动其他塑性变形方式现在是25页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与滑移现在是26页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与滑移现在是27页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与滑移现在是28页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论晶体的理论切应力与实验值的比较（单位：MPa）金属理论切应力实验值切变模量Al38300.78624400Ag39800.37225000Cu64800.49040700α-Fe110002.7568950Mg26300.39316400现在是29页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与位错运动现在是30页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与位错运动现在是31页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与位错运动在切应力的作用下，位错运动至晶体表面，产生塑性变形使位错开始运动的应力，就是使晶体开始塑性变形的应力，即屈服强度现在是32页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与位错运动τ=F/A0cos

λcosφ当τ

>τc

,位错开动，则

F/A0=τc/cosλcosφ

或σS=τc/cosλcosφτc临界分切应力cosλcosφ施密特因子现在是33页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论塑性变形与位错运动

c＝scoscos

c取决于金属的本性，不受，的影响

s取决于coscos或＝90时，s＝

；，＝45时，s最小，晶体易滑移取向因子：coscos软取向：值大；硬取向：值小。现在是34页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论其他塑性变形方式－－孪生现在是35页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论其他塑性变形方式－－孪生现在是36页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论位错运动与强度和塑性位错运动困难，产生强度位错运动出晶体，产生塑性现在是37页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论金属强化方式阻止位错运动，提高金属强度各种缺陷均阻止位错运动通常，提高强度伴随塑性下降现在是38页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论点缺陷阻止位错运动固溶强化屈服现象现在是39页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论点缺陷阻止位错运动固溶强化溶质原子和位错的交互作用，使强度上升，塑性下降钉扎位错造成点阵畸变影响位错运动现在是40页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论点缺陷阻止位错运动固溶强化纯铁中间隙原子碳和氮的存在，使位错运动困难，由此提高了铁的强度、硬度，但塑性下降现在是41页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论固溶强化现在是42页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论固溶强化纯铁抗拉强度：200MPa淬火0.2%C钢：1000MPa现在是43页\一共有78页\编辑于星期三

无间隙原子钢（Interstitial-Free钢）极低的碳、氮含量，再加入钛、铌等微量合金元素，有极好的成形性现在是44页\一共有78页\编辑于星期三

固溶强化一定量的碳、氮含量，加入价廉的硅、锰元素，强度水平为440MPa现在是45页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论屈服现象铁素体中的C、N间隙原子钉扎位错（柯氏气团）现在是46页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论屈服现象铁素体中的C、N间隙原子钉扎位错（柯氏气团）现在是47页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论线缺陷阻止位错运动加工硬化（形变强化）剧烈冷加工的晶体ρs

=

1016m-2充分退火的金属晶体ρs

=

108～1012m-2精心制备超纯半导体ρs=106m-2现在是48页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论线缺陷阻止位错运动加工硬化现在是49页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论线缺陷阻止位错运动加工硬化奥氏体不锈钢未变形的强度：600MPa40％变形后：800～1000MPa现在是50页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论面缺陷（晶界）阻止位错运动室温高温现在是51页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论面缺陷（晶界）阻止位错运动现在是52页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论面缺陷（晶界）阻止位错运动细晶强化（Hall-Petch公式）σs=σ0+Kd-1/2

现在是53页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论体缺陷（第二相）阻止位错运动析出强化位错绕过第二相粒子现在是54页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论体缺陷（第二相）阻止位错运动位错绕过第二相粒子现在是55页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论体缺陷（第二相）阻止位错运动位错切过第二相粒子现在是56页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

一对组织结构的影响晶粒拉长;1形成纤维组织杂质呈细带状或链状分布。现在是57页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

一对组织结构的影响2形成形变织构（1）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优取向的组织。

丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成）（2）类型板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平行于主变形方向。（轧制时形成）

现在是58页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

一对组织结构的影响2形成形变织构力学性能：利:深冲板材变形控制;弊：制耳。（3）对性能的影响(各向异性)

物理性能:硅钢片{100}[100]织构可减少铁损。

现在是59页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

一对组织结构的影响3形成位错胞变形量位错缠结位错胞（大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。)现在是60页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

二对性能的影响1对力学性能的影响（加工硬化）（1）加工硬化（形变强化、冷作强化）：随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。现在是61页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

二对性能的影响

1对力学性能的影响（加工硬化）

强化金属的重要途径；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保证。弊变形阻力提高，动力消耗增大；脆断危险性提高。

现在是62页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

二对性能的影响

2对物理、化学性能的影响导电率、导磁率下降，比重、热导率下降；结构缺陷增多，扩散加快；化学活性提高，腐蚀加快。

现在是63页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

三

残余应力（约占变形功的10％）

第一类残余应力（Ⅰ）：宏观内应力，由整个物体变形不均匀引起。1分类

第二类残余应力（Ⅱ）：微观内应力，由晶粒变形不均匀引起。

第三类残余应力（Ⅲ）：点阵畸变，由位错、空位等引起。80-90%。Ⅰ现在是64页\一共有78页\编辑于星期三塑性变形对材料组织和性能的影响

三

残余应力（约占变形功的10％）

利：预应力处理，如汽车板簧的生产。2利弊

弊：引起变形、开裂,如黄铜弹壳的腐蚀开裂。

3消除：去应力退火。6h现在是65页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论回复、再结晶冷变形后加热发生的组织变化现在是66页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论回复、再结晶现在是67页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论回复、再结晶冷变形后性能现在是68页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论回复、再结晶现在是69页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论回复、再结晶性能变化1力学性能回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降,塑性继续提高，粗化严重时下降。2物理性能密度:在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。现在是70页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论再结晶再结晶是形变金属加热到一定温度后形成新的无畸变晶粒并消耗掉冷加工的畸变晶粒而形核和长大的过程。

现在是71页\一共有78页\编辑于星期三金属强度理论再结晶