2022年材料性能知识点_第章 .pdf

第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1、拉伸力 - 伸长曲线和应力 - 应变曲线拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。低碳钢的应力应变曲线（工程）应力0/ AF； （工程）应变0/ LL；比例极限p；弹性极限e；屈服点s；抗拉强度b；断裂强度k（推导） ：真应变)1ln()/ln(0LLe；真应力为真应变指数eese,*)1(真应变总是小于工程应变， 且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段， 真应力真应变曲线和应力应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。2、弹性变形弹性变形都是可逆的弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，/E; 工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 结构刚度与材料刚度不同； 单晶体和多晶体金属的弹性模量，主要取决于金属原子本性和晶体类型。弹性比功又称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。弹性：表征材料弹性变形的能力弹簧使用一段时间，弹簧弓形越来越小， 即产生塑性变形。（原因）弹性不足，弹性极限低所造成，可改变钢种，热处理等来提高钢的弹性极限。刚度：表征材料弹性变形的抗力汽车没有满载，弹簧变形达最大。（原因）刚度不够，弹性模数是对成分、组织不敏感的性能，增大尺寸，改进结构。理想弹性变形：单值性、可逆性，瞬时性弹性不完整性： 但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时， 并不是完整的。包申格效应；滞弹性；伪弹性；粘弹性。包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，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。度量包申格效应的基本定量指标是包申格应变。指给定应力下，正向加载与反向加载两应力应变曲线之间的应变差。机理：包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。金属产生少量塑性变形时， 运动位错遇林位错而弯曲受阻，形成位错缠结或胞状组织。 如受较大的塑性变形，位错增殖和难于重分布，则不显示包申格效应。消除方法：预先大塑性变形，回复或再结晶温度下退火。滞弹性： （弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。原因解释有多种，与金属松弛过程有关。弹性滞后环非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步， 使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性， 也叫内耗。区别：循环韧性塑性区；内耗弹性区；循环韧性表示材料的消震能力。3、塑性变形常见的塑性变形方式：滑移，孪生，晶界的滑动，扩散性蠕变名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面受温度、成分和变形的影响；滑移方向比较稳定孪生：fcc 、bcc、hcp都能以孪生产生塑性变形；一般在低温、高速条件下发生；变形量小，调整滑移面的方向塑性变形的特点： 各晶粒变形的不同时性和不均匀性（取向不同； 各晶粒力学性能的差异）；各晶粒变形的相互协调性（金属是一个连续的整体，多系滑移；Von Mises 至少5个独立的滑移系）屈服现象：退火、正火、调质的中、低碳钢和低合金钢比较常见，分为不连续屈服和连续屈服；屈服点：材料在拉伸屈服时对应的应力值，s；上屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力值，su；下屈服点：试样屈服阶段中最小应力，sl；屈服平台（屈服齿）：屈服伸长对应的水平线段或者曲折线段；吕德斯带：不均匀变形；对于冲压件，不容许出现，防止产生褶皱。影响屈服现象的因素： 1. 材料变形前可动位错密度很小；2. 随塑性变形发生， 位错能快速增殖； 3. 位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。屈服强度：表征材料对微量塑性变形的抗力连续屈服曲线的屈服强度： 用规定微量塑性伸长应力表征材料对微量塑性变形的抗力（ 1）规定非比例伸长应力 p：（2）规定残余伸长应力 r：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力；残余伸长的百分比为0.2%时，记为 r0.2（3）规定总伸长应力 t：试样标距部分的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。屈服强度是重要的力学性能指标，对工艺性能的影响（屈服强度下降，冷加工和焊接性能提高）影响屈服强度的因素： 1、影响位错增殖和运动的因素；2、考虑多晶粒的影响，如晶界、相邻晶粒的约束、化学成分及第二相等因素；3、各种影响位错运动的外界因素；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 内在因素：a.金属本性及晶格类型：。单晶体的屈服强度由位错运功的阻力决定。这些阻力有晶格阻力、位错间交互作用产生的阻力等。晶格阻力（派纳力）；位错交互作用阻力平行位错间交互作用产生，运动位错与林位错间交互作用产生。b.晶粒大小和亚结构：晶粒大小的影响是晶界影响的反映；晶粒尺寸，位错障碍，屈服强度（细晶强化） ；霍尔配奇公式2/1dkyis，i位错在基体金属中运动总阻力，d为晶粒平均直径。c.溶质元素：溶质原子形成间隙或置换固溶体，提高屈服强度（固溶强化）；形成晶格畸变畸变应力场畸变和位错应力场交互作用位错受阻屈服强度增加；间隙效果 置换效果。d.第二相：第二相质点的强化效果与质点本身在屈服变形过程中能否变形有很大关系；粉末冶金法获得弥散强化；固溶处理和沉淀析出获得沉淀强化。外在因素e.温度：温度升高，屈服强度下降。但是，金属晶体结构不同，其变化趋势不一样。f.应变速率：应变速率升高屈服强度提高g.应力状态：切应力分量升高， 屈服强度下降， 所以扭转比拉伸的屈服强度低，拉伸要比弯曲的屈服强度低，三向不等拉伸下的屈服强度为最高。塑性应变是硬化的原因， 而硬化则是塑性应变的结果。 应变硬化是位错增殖、 运动受阻所致。温度升高，硬化效果降低；固溶合金的硬化效果纯金属；准确全面描述材料的应变硬化行为，要使用真实应力应变曲线。Hollomon 公式：nKeS，S为真应力，e 为真应变； n硬化指数 0.10.5 ，n=1,完全理想弹性体， n=0，没有硬化能力； K硬化系数硬化指数的测定：试验方法；作图法elgn K lgSlg硬化指数的影响因素：与层错能有关, 层错能下降，硬化指数升高；对金属材料的冷热变形也十分敏感；与应变硬化速率并不相等缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 缩颈的判据（失稳临界条件）拉伸失稳或缩颈的判据应为dF=0 抗拉强度：韧性金属试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。代表金属材料所能承受的最大拉伸应力， 表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力。与应变硬化指数和应变硬化系数有关。0/ AFbb=最大拉应力比上原始横截面积塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。两个塑性指标：断后伸长率%100*/)(001LLL；断后收缩率%100*/)(010AAA，形成为缩颈=或tk ,c s , 先屈服再断裂； ttk ,c 105次时，破坏后具有典型的疲劳断口， 属于疲劳断裂， 即为冲击疲劳。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -