第1章-金属在单向静拉伸载荷下的力学性能优秀课件.ppt

1 1工程材料力学性能工程材料力学性能Mechanical Properties of Engineering MaterialsMechanical Properties of Engineering Materials 梁顺星梁顺星 2 2 材材料料科科学学研研究究的的主主要要目目的的是是使使材材料料能能够够发发挥挥自自身身最最大大的的潜潜力力并并安安全全使使用用，因因此此我我们们在在不不同同场场合合就就要要求求选选用用具具有有不不同同性性能能的的材材料料。在在机机械械设设计计中中，材材料料的的选选择择是是按按结结构构材材料料的的力力学学性性能能来来进进行行选选择择的。的。材材料料的的力力学学性性能能即即材材料料抵抵抗抗外外力力的的能能力力。其其主主要要表表现现为为：在在静静载载荷荷下下，动动载载荷荷下下，特特殊殊状状态态载载荷荷下下的的各各种种力力学学行行为为和力学性能指标。和力学性能指标。3 3第一章第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能金属在单向静拉伸载荷下的力学性能单单向向静静拉拉伸伸试试验验：在在特特定定温温度度、加加载载方方式式、加载速度条件下的拉伸试验。加载速度条件下的拉伸试验。目的目的：1.揭揭示示力力学学行行为为：弹弹性性变变形形、塑塑性性变变形形及及断断裂等裂等2.测测定定力力学学性性能能指指标标：屈屈服服强强度度、抗抗拉拉强强度度、断后延伸率及断面收缩率等断后延伸率及断面收缩率等4 4 静载拉伸试样静载拉伸试样一般为光滑圆柱试样或板状试样。若采用光一般为光滑圆柱试样或板状试样。若采用光滑滑 圆柱试样，试样工作长度（标长）圆柱试样，试样工作长度（标长）l0=5d0 或或l0=10d0，d0 为原始直径。为原始直径。光滑圆柱试样光滑圆柱试样5 5第一节第一节 拉伸力拉伸力伸长曲线伸长曲线 和应力和应力应变曲线应变曲线第二节第二节 弹性变形弹性变形第三节第三节 塑性变形塑性变形第四节第四节 金属的断裂金属的断裂 6 6第一节第一节 拉伸力拉伸力伸长曲线和应力伸长曲线和应力应变曲线应变曲线一、拉伸力一、拉伸力一、拉伸力一、拉伸力伸长曲线伸长曲线伸长曲线伸长曲线定义：试验过程中拉伸力定义：试验过程中拉伸力F和试样伸长量和试样伸长量L的关系的关系 Oe Oe 弹性变形弹性变形弹性变形弹性变形 ACAC不不不不均均均均匀匀匀匀屈屈屈屈服服服服塑塑塑塑性性性性变形变形变形变形(屈服屈服屈服屈服)CBCB均均均均匀匀匀匀塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形(明显塑性变形明显塑性变形明显塑性变形明显塑性变形)BkBk不不不不均均均均匀匀匀匀集集集集中中中中塑塑塑塑性性性性变形变形变形变形 kk断裂断裂断裂断裂7 78 8二、工程应力二、工程应力二、工程应力二、工程应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线 应力应力：材料受外力加载荷作用时单位截面面积：材料受外力加载荷作用时单位截面面积上的内力即为应力上的内力即为应力 应变应变：单位长度（或面积）上的伸长（或收缩）：单位长度（或面积）上的伸长（或收缩）称为应变称为应变 工程应力工程应力和和工程应变工程应变：基于式样初始截面和初：基于式样初始截面和初始长度定义的应力、应变。又称始长度定义的应力、应变。又称条件应力条件应力和和条件应条件应变变。9 9=F/A0 =L/L0和和F-L曲线相似曲线相似1.变形时的力学行为变形时的力学行为2.力学性能指标：强度力学性能指标：强度和塑性两大类和塑性两大类视屏视屏1010三、真实应力三、真实应力三、真实应力三、真实应力应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线真实应力：载荷除以试件某一变形瞬间的真实应力：载荷除以试件某一变形瞬间的截面积。截面积。S=F/A真实应变：在拉伸过程中，某一瞬间当拉真实应变：在拉伸过程中，某一瞬间当拉伸力增加伸力增加dF时，式样延长时，式样延长dL，则瞬时真应，则瞬时真应变为变为de=dL/L，e即为真应变：即为真应变：1111u主要力学性能指标主要力学性能指标强度指标强度指标1.屈服强度：开始塑性变形时的应力值屈服强度：开始塑性变形时的应力值屈服强度：开始塑性变形时的应力值屈服强度：开始塑性变形时的应力值2.抗拉强度（抗拉强度（抗拉强度（抗拉强度（b）:材料的极限承载能力。材料的极限承载能力。3.实实实实际际际际断断断断裂裂裂裂强强强强度度度度（SK）：拉拉伸伸断断裂裂时时的的载载荷荷除除以以断口处的断口处的真实截面积真实截面积所得的应力值。所得的应力值。塑性指标塑性指标1.延伸率（延伸率（延伸率（延伸率（k ）：断裂后试样标距的延长量与原始）：断裂后试样标距的延长量与原始）：断裂后试样标距的延长量与原始）：断裂后试样标距的延长量与原始标距比值的百分数。标距比值的百分数。标距比值的百分数。标距比值的百分数。2.断面收缩率（断面收缩率（断面收缩率（断面收缩率（k）：）：）：）：拉伸时试样的截面积减小率拉伸时试样的截面积减小率1212材料的分类材料的分类脆性材料：脆性材料：拉伸断裂前只发生弹性变形拉伸断裂前只发生弹性变形。塑性材料：塑性材料：拉伸断裂前发生塑性变形。拉伸断裂前发生塑性变形。高高高高塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料：拉拉拉拉伸伸伸伸断断断断裂裂裂裂前前前前不不不不仅仅仅仅产产产产生生生生均均均均匀匀匀匀的的的的伸伸伸伸长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量大。长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量大。长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量大。长，而且发生颈缩现象，且塑性变形量大。低低低低塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料：拉拉拉拉伸伸伸伸断断断断裂裂裂裂前前前前只只只只发发发发生生生生均均均均匀匀匀匀伸伸伸伸长长长长，不发生颈缩，且塑性变形量较小。不发生颈缩，且塑性变形量较小。不发生颈缩，且塑性变形量较小。不发生颈缩，且塑性变形量较小。1313一一、弹性变形及其实质定义：当外力去除后，能恢复到原来形状和尺寸的变形。特点：单调、可逆、变形量很小(0.51.0%)。Zr-BMG物理本质：金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现。第二节第二节 弹性变形弹性变形1414F引力项引力项斥力项斥力项A、B分分别别为为与与原原子子特特性性和和晶晶格格类类型型有有关关的的常数常数1515二、胡克定律二、胡克定律1 1、简单应力状态的胡克定律、简单应力状态的胡克定律、简单应力状态的胡克定律、简单应力状态的胡克定律(1)(1)单向拉伸单向拉伸单向拉伸单向拉伸(2)(2)剪切和扭转剪切和扭转剪切和扭转剪切和扭转(3)(3)E E、G G和和和和 的关系的关系的关系的关系在弹性状态下应力与应变之间的线性关系。在弹性状态下应力与应变之间的线性关系。加加载载方方向向上上的的伸伸长长，必必然然导导致致与与加加载载方方向向垂垂直直的的方向上的收缩方向上的收缩16162 2、广义胡克定律、广义胡克定律、广义胡克定律、广义胡克定律(复杂应力状态复杂应力状态复杂应力状态复杂应力状态)1717三、弹性模量三、弹性模量1 1、物理意义、物理意义、物理意义、物理意义：材料对弹性变形的抗力。：材料对弹性变形的抗力。：材料对弹性变形的抗力。：材料对弹性变形的抗力。工工工工程程程程上上上上E E称称称称做做做做材材材材料料料料的的的的刚刚刚刚度度度度。其其其其值值值值越越越越大大大大，则则则则在在在在相相相相同同同同应应应应力力力力下下下下产产产产生的弹性变形生的弹性变形生的弹性变形生的弹性变形越小越小越小越小。零零零零件件件件的的的的刚刚刚刚度度度度与与与与材材材材料料料料的的的的刚刚刚刚度度度度不不不不同同同同，它它它它除除除除了了了了决决决决定定定定于于于于材材材材料料料料的的的的刚刚刚刚度度度度外，还与零件的截面尺寸与形状，以及载荷作用方式有关。外，还与零件的截面尺寸与形状，以及载荷作用方式有关。外，还与零件的截面尺寸与形状，以及载荷作用方式有关。外，还与零件的截面尺寸与形状，以及载荷作用方式有关。单单单单晶晶晶晶体体体体的的的的不不不不同同同同晶晶晶晶体体体体学学学学方方方方向向向向表表表表现现现现出出出出不不不不同同同同的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量即即即即弹弹弹弹性性性性各各各各向向向向异异异异性性性性。但但但但是是是是多多多多晶晶晶晶体体体体材材材材料料料料的的的的各各各各个个个个晶晶晶晶体体体体方方方方向向向向是是是是随随随随机机机机的的的的，因因因因此此此此表现出了为各向同性。表现出了为各向同性。表现出了为各向同性。表现出了为各向同性。2 2、用用用用途途途途：计计计计算算算算梁梁梁梁或或或或其其其其他他他他构构构构件件件件挠挠挠挠度度度度时时时时必必必必须须须须用用用用之之之之。重重重重要要要要的的的的力力力力学学学学性能之一。性能之一。性能之一。性能之一。18183 3、影响因素、影响因素、影响因素、影响因素主要取决于金属原子本性和晶格类型。主要取决于金属原子本性和晶格类型。主要取决于金属原子本性和晶格类型。主要取决于金属原子本性和晶格类型。金金金金属属属属的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量是是是是一一一一个个个个组组组组织织织织不不不不敏敏敏敏感感感感的的的的力力力力学学学学性性性性能能能能指指指指标标标标，合合合合金金金金化、热处理化、热处理化、热处理化、热处理(显微组织显微组织显微组织显微组织)、冷塑性变形对、冷塑性变形对、冷塑性变形对、冷塑性变形对E E值影响不大；值影响不大；值影响不大；值影响不大；大大大大部部部部分分分分材材材材料料料料的的的的弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量可可可可以以以以简简简简单单单单的的的的认认认认为为为为和和和和材材材材料料料料的的的的熔熔熔熔点点点点有有有有递递递递增关系增关系增关系增关系(表表表表2-42-4)。但这不是绝对的但这不是绝对的但这不是绝对的但这不是绝对的。191920202121四、弹性比功四、弹性比功ae又又又又称称称称弹弹弹弹性性性性比比比比能能能能、应应应应变变变变比比比比能能能能，是是是是指指指指材材材材料料料料吸吸吸吸收收收收变变变变形形形形功功功功而而而而不不不不发发发发生生生生永永永永久久久久变变变变形形形形的的的的能能能能力力力力，它它它它标标标标志志志志着着着着单单单单位位位位体体体体积积积积材材材材料料料料所所所所吸收的最大弹性变形功。吸收的最大弹性变形功。吸收的最大弹性变形功。吸收的最大弹性变形功。ae eE2222弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限 e e理理理理论论论论上上上上：弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限的的的的测测测测定定定定应应应应该该该该是是是是通通通通过过过过不不不不断断断断加加加加载载载载与与与与卸卸卸卸载载载载，直直直直到能使变形完全恢复的极限载荷。到能使变形完全恢复的极限载荷。到能使变形完全恢复的极限载荷。到能使变形完全恢复的极限载荷。实实实实际际际际上上上上：弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限的的的的测测测测定定定定是是是是以以以以规规规规定定定定某某某某一一一一少少少少量量量量的的的的残残残残留留留留变变变变形形形形(如如如如0.01%)0.01%)为标准，对应此残留变形的应力即为弹性极限。为标准，对应此残留变形的应力即为弹性极限。为标准，对应此残留变形的应力即为弹性极限。为标准，对应此残留变形的应力即为弹性极限。弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限是是是是材材材材料料料料对对对对微微微微量量量量塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的的的抗抗抗抗力力力力。是是是是对对对对组组组组织织织织敏敏敏敏感感感感的的的的力学性能指标。力学性能指标。力学性能指标。力学性能指标。实际意义实际意义实际意义实际意义弹弹弹弹簧簧簧簧零零零零件件件件要要要要求求求求其其其其在在在在弹弹弹弹性性性性范范范范围围围围内内内内(弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限以以以以下下下下)有有有有尽尽尽尽可可可可能能能能高高高高的弹性比功。理想的弹簧材料：应有高的的弹性比功。理想的弹簧材料：应有高的的弹性比功。理想的弹簧材料：应有高的的弹性比功。理想的弹簧材料：应有高的 e e和低的和低的和低的和低的E E。成分和热处理对成分和热处理对成分和热处理对成分和热处理对 e e影响大，对影响大，对影响大，对影响大，对E E影响不大。影响不大。影响不大。影响不大。仪仪仪仪表表表表弹弹弹弹簧簧簧簧因因因因要要要要求求求求无无无无磁磁磁磁性性性性，铍铍铍铍青青青青铜铜铜铜，磷磷磷磷青青青青铜铜铜铜等等等等软软软软弹弹弹弹簧簧簧簧材材材材料料料料，其其其其 e e较高，较高，较高，较高，E E较低，较低，较低，较低，a ae e较高。较高。较高。较高。2323五、滞弹性五、滞弹性定定定定义义义义：在在在在弹弹弹弹性性性性范范范范围围围围内内内内快快快快速速速速加加加加载载载载或或或或卸卸卸卸载载载载后后后后，随随随随时时时时间间间间延延延延长长长长产产产产生生生生附附附附加加加加弹弹弹弹性性性性应应应应变变变变的的的的现现现现象象象象(即即即即应应应应变变变变落落落落后后后后于于于于应应应应力力力力现现现现象象象象)。产产产产生生生生原原原原因因因因：可可可可能能能能与与与与金金金金属属属属中中中中点缺陷的运动有关。点缺陷的运动有关。点缺陷的运动有关。点缺陷的运动有关。因因因因此此此此，材材材材料料料料组组组组织织织织越越越越不不不不均均均均匀匀匀匀，滞弹性倾向越大。滞弹性倾向越大。滞弹性倾向越大。滞弹性倾向越大。2424弹性滞后环弹性滞后环加加加加载载载载和和和和卸卸卸卸载载载载的的的的开开开开始始始始阶阶阶阶段段段段，应应应应变变变变落落落落后后后后于于于于应应应应力力力力，使使使使得得得得加加加加载载载载线线线线和和和和卸卸卸卸载载载载线线线线不不不不重重重重合合合合,从从从从而而而而形形形形成成成成一一一一个个个个闭闭闭闭合合合合的的的的滞滞滞滞后回线，这个回线称为弹性滞后环。后回线，这个回线称为弹性滞后环。后回线，这个回线称为弹性滞后环。后回线，这个回线称为弹性滞后环。滞后环的面滞后环的面积表示被金积表示被金属吸收的变属吸收的变形功的大小形功的大小被称为被称为金属金属的内耗或循的内耗或循环韧性环韧性2525金属的循环韧性金属的循环韧性定定定定义义义义：金金金金属属属属材材材材料料料料在在在在交交交交变变变变载载载载荷荷荷荷(或或或或振振振振动动动动)下下下下吸吸吸吸收收收收不不不不可可可可逆逆逆逆变形功的能力，也称为金属的内耗或消振性。变形功的能力，也称为金属的内耗或消振性。变形功的能力，也称为金属的内耗或消振性。变形功的能力，也称为金属的内耗或消振性。意意意意义义义义：循循循循环环环环韧韧韧韧性性性性越越越越高高高高，机机机机件件件件依依依依靠靠靠靠自自自自身身身身的的的的消消消消振振振振能能能能力力力力越越越越好好好好，所所所所以以以以高高高高循循循循环环环环韧韧韧韧性性性性对对对对于于于于降降降降低低低低机机机机器器器器的的的的噪噪噪噪声声声声，抑抑抑抑制制制制高高高高速速速速机机机机械械械械的的的的振振振振动动动动，防防防防止止止止共共共共振振振振导导导导致致致致疲疲疲疲劳劳劳劳断断断断裂裂裂裂意意意意义义义义重重重重大大大大。对对对对仪仪仪仪表表表表和和和和精精精精密密密密机机机机械械械械，选选选选用用用用重重重重要要要要传传传传感感感感元元元元件件件件的的的的材材材材料料料料时时时时，要要要要求求求求循循循循环环环环韧韧韧韧性性性性低低低低，以以以以保保保保证证证证仪仪仪仪表表表表有有有有足足足足够够够够的的的的精精精精度度度度和和和和灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度。乐乐乐乐器器器器(簧簧簧簧片片片片、琴琴琴琴弦弦弦弦等等等等)所所所所用用用用金金金金属属属属材材材材料料料料的循环韧性越小，音质越好。的循环韧性越小，音质越好。的循环韧性越小，音质越好。的循环韧性越小，音质越好。2626六、包申格效应六、包申格效应材材材材料料料料经经经经过过过过预预预预先先先先加加加加载载载载并并并并产产产产生生生生少少少少量量量量塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形(残残残残余余余余应应应应变变变变为为为为1%4%)1%4%)，卸卸卸卸载载载载后后后后再再再再同同同同向向向向加加加加载载载载，屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度增增增增加加加加，反反反反向向向向加加加加载载载载，屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度降降降降低低低低的的的的现现现现象。象。象。象。包包申申格格应应变变在在给给定定应应力力下下，正正向向加加载载与与反反向向加加载载两两应应力力应应变变曲曲线线之之间间的的应应变变差差。度度量量包包申申格格效效应应的的指指标标2727微微微微观观观观本本本本质质质质：预预预预塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，位位位位错错错错增增增增殖殖殖殖、运运运运动动动动、缠缠缠缠结结结结；同同同同向向向向加加加加载载载载，位位位位错错错错运运运运动动动动受受受受阻阻阻阻，屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度增增增增加加加加；反反反反向向向向加加加加载，位错被迫作反向运动，运动容易屈服强度降低。载，位错被迫作反向运动，运动容易屈服强度降低。载，位错被迫作反向运动，运动容易屈服强度降低。载，位错被迫作反向运动，运动容易屈服强度降低。意义：意义：意义：意义：对于承受疲劳载荷作用的机件寿命很重要；对于承受疲劳载荷作用的机件寿命很重要；对于承受疲劳载荷作用的机件寿命很重要；对于承受疲劳载荷作用的机件寿命很重要；工工工工程程程程上上上上通通通通过过过过加加加加工工工工成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺制制制制造造造造的的的的构构构构件件件件需需需需要要要要考考考考虑虑虑虑包包包包申申申申格效应。格效应。格效应。格效应。包申格效应的危害及防止方法：包申格效应的危害及防止方法：包申格效应的危害及防止方法：包申格效应的危害及防止方法：危危危危害害害害：交交交交变变变变载载载载荷荷荷荷情情情情况况况况下下下下，显显显显示示示示循循循循环环环环软软软软化化化化(强强强强度度度度极极极极限限限限下降下降下降下降)。预预预预防防防防：预预预预先先先先进进进进行行行行较较较较大大大大的的的的塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，或或或或在在在在第第第第二二二二次次次次反反反反向向向向受力前先使金属材料回复或再结晶退火。受力前先使金属材料回复或再结晶退火。受力前先使金属材料回复或再结晶退火。受力前先使金属材料回复或再结晶退火。2828第三节第三节 塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形是指外力移去后不能恢复的变形；是指外力移去后不能恢复的变形；塑性塑性是指材料经受此种变形而不破坏的能力。是指材料经受此种变形而不破坏的能力。塑塑性性变变形形和和形形变变强强化化是是金金属属材材料料区区别别于于其其它它工业材料的重要特征。工业材料的重要特征。2929一、金属材料的塑性变形机制与特点一、金属材料的塑性变形机制与特点塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的的的方方方方式式式式滑移滑移滑移滑移：最主要的变形机制：最主要的变形机制：最主要的变形机制：最主要的变形机制孪孪孪孪生生生生：重重重重要要要要的的的的变变变变形形形形机机机机制制制制，一一一一般般般般发发发发生生生生在在在在低低低低温温温温形变或快速形变时；形变或快速形变时；形变或快速形变时；形变或快速形变时；晶界滑动和扩散性蠕变：只在高温时才起晶界滑动和扩散性蠕变：只在高温时才起晶界滑动和扩散性蠕变：只在高温时才起晶界滑动和扩散性蠕变：只在高温时才起作用作用作用作用形形形形变变变变带带带带：滑滑滑滑移移移移和和和和孪孪孪孪生生生生都都都都不不不不能能能能进进进进行行行行的的的的情情情情况况况况下下下下才起作用。才起作用。才起作用。才起作用。3030 滑滑移移是是晶晶体体在在切切应应力力作作用用下下沿沿一一定定的的晶晶面面和和晶晶向向进进行行切切变变的的过过程程，如如面面心心立立方方结结构构的的（111）面面101方方向向等等。一一般般的的滑滑移移系系统统越越多多，材材料料的的塑塑性性越越大大，但但还还受受其其他他因因素素的的影影响。响。视屏视屏3131 孪孪生生是是发发生生在在金金属属晶晶体体内内局局部部区区域域的的一一个个沿沿一一定定的的晶晶面面和和晶晶向向进进行行切切变变过过程程，切切变变区区域域宽宽度度较较小小，切切变变后后形形成成的的变变形形区区的的晶晶体体取取向向与与未变形区成镜面对称关系，点阵类型相同。未变形区成镜面对称关系，点阵类型相同。孪孪生生可可以以提提供供的的变变形形量量是是有有限限的的，如如镉镉孪孪生生变变形形只只提提供供约约7.4%的的变变形形量量，而而滑滑移移变变形形量量可可达达300%。但但是是，孪孪生生可可以以改改变变晶晶体体取取向向，以以便便启启动动新新的的滑滑移移系系统统，或或者者使使难难于于滑滑移移的的取取向变为易于滑移的取向。向变为易于滑移的取向。32321.1.各晶粒塑性变形的不同时性和不均匀性各晶粒塑性变形的不同时性和不均匀性多多晶晶合合金金中中的的晶晶粒粒不不是是统统一一发发生生滑滑移移变变形形的的，而而是是有的晶粒先发生有的后发生滑移变形。有的晶粒先发生有的后发生滑移变形。原原因因：多多晶晶合合金金中中各各晶晶粒粒的的取取向向不不同同，有有的的取取向向有有利利于于滑滑移移的的启启动动，优优先先发发生生滑滑移移变变形形。在在继继续续增增加加外力时滑移变形才能传播到相邻的晶粒使得各晶粒外力时滑移变形才能传播到相邻的晶粒使得各晶粒2.2.各晶粒塑性变形的相互协调性各晶粒塑性变形的相互协调性为为保保证证材材料料整整体体的的统统一一，变变形形要要求求各各晶晶粒粒变变形形时时相相互互协协调调。各各晶晶粒粒进进行行多多滑滑移移。HcpHcp的的独独立立滑滑移移系系只只有有3 3个个少少于于5 5个个，因因此此hcphcp结结构构材材料料的的塑塑性性较较差差，如如MgMg、TiTi等。等。多晶体金属塑性变形的特点多晶体金属塑性变形的特点多晶体金属塑性变形的特点多晶体金属塑性变形的特点3333二、屈服现象和屈服点二、屈服现象和屈服点(屈服强度屈服强度)屈服现象屈服现象定定义义：在在金金属属塑塑性性变变形形的的开开始始阶阶段段，外外力力不不增增加加、甚甚至至下下降降的的情情况况下下，而而变变形形继继续续进行的现象。进行的现象。上上下下屈屈服服点点、屈屈服服延延伸伸(吕德斯带扩展吕德斯带扩展)3434吕德斯带吕德斯带吕德斯带吕德斯带定义：拉伸试样上与外力成一定角度定义：拉伸试样上与外力成一定角度定义：拉伸试样上与外力成一定角度定义：拉伸试样上与外力成一定角度(45(45)的变形条纹。的变形条纹。的变形条纹。的变形条纹。危害：拉伸和深冲过程中工件表面不平整。危害：拉伸和深冲过程中工件表面不平整。危害：拉伸和深冲过程中工件表面不平整。危害：拉伸和深冲过程中工件表面不平整。解决：解决：解决：解决：1)1)应用应变时效原理将薄板在冲压前进行一道微量应用应变时效原理将薄板在冲压前进行一道微量应用应变时效原理将薄板在冲压前进行一道微量应用应变时效原理将薄板在冲压前进行一道微量冷轧工序。冷轧工序。冷轧工序。冷轧工序。2)2)钢中加入少量的钢中加入少量的钢中加入少量的钢中加入少量的TiTi、AlAl等与等与等与等与C C、N N形成化合形成化合形成化合形成化合物，以消除屈服点，随后冷压成型。物，以消除屈服点，随后冷压成型。物，以消除屈服点，随后冷压成型。物，以消除屈服点，随后冷压成型。3535屈服机理屈服机理屈服机理屈服机理外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖和运动过程。外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖和运动过程。外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖和运动过程。外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖和运动过程。塑性变塑性变形应变形应变速率速率柏氏矢量的模柏氏矢量的模可动位错密度可动位错密度位错运动平均速率位错运动平均速率所需外加切应力所需外加切应力单位速率所需切应力单位速率所需切应力应力应力敏感敏感指数指数启启动动：小小，要要求求 大，要求大，要求 大大变变形形：升升高高，要要降降低低，使使 减减小小，表表现现出出屈屈服服3636屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：s s=F=Fs s/A/A0 0，(susu,sl sl)连连连连续续续续屈屈屈屈服服服服：以以以以规规规规定定定定发发发发生生生生一一一一定定定定的的的的残残残残留留留留变变变变形形形形为为为为标标标标准准准准，通通通通常常常常为为为为0.2%0.2%残残残残留留留留变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度 0.20.2。37373838屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：s s=F=Fs s/A/A0 0，(susu,sl sl)连连连连续续续续屈屈屈屈服服服服：以以以以规规规规定定定定发发发发生生生生一一一一定定定定的的的的残残残残留留留留变变变变形形形形为为为为标标标标准准准准，通通通通常常常常为为为为0.2%0.2%残残残残留留留留变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度 0.20.2。屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度是是是是工工工工程程程程上上上上从从从从静静静静强强强强度度度度角角角角度度度度选择韧性材料的选择韧性材料的选择韧性材料的选择韧性材料的依据依据依据依据。3939单向载荷：单向载荷：单向载荷：单向载荷：许用许用许用许用 s s/2/2复杂受力：复杂受力：复杂受力：复杂受力：屈雷斯加最大应力判据：屈雷斯加最大应力判据：屈雷斯加最大应力判据：屈雷斯加最大应力判据：米塞斯畸变能判据米塞斯畸变能判据米塞斯畸变能判据米塞斯畸变能判据：4040屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：不连续屈服：s s=F=Fs s/A/A0 0，(susu,sl sl)连连连连续续续续屈屈屈屈服服服服：以以以以规规规规定定定定发发发发生生生生一一一一定定定定的的的的残残残残留留留留变变变变形形形形为为为为标标标标准准准准，通通通通常常常常为为为为0.2%0.2%残残残残留留留留变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度变形的应力作为屈服强度 0.20.2。屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度是是是是工工工工程程程程上上上上从从从从静静静静强强强强度度度度角角角角度度度度选择韧性材料的选择韧性材料的选择韧性材料的选择韧性材料的依据依据依据依据。希希希希望望望望有有有有高高高高屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度，机机机机件件件件不不不不易易易易产产产产生生生生塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形；但但但但过过过过高高高高，又又又又不不不不利利利利于于于于某某某某些些些些应应应应力力力力集集集集中中中中部部部部位位位位的的的的应应应应力力力力重重重重新新新新分分分分布，容易引起脆性断裂。布，容易引起脆性断裂。布，容易引起脆性断裂。布，容易引起脆性断裂。4141三、影响屈服强度的因素三、影响屈服强度的因素1 1、影响屈服强度的内在因素、影响屈服强度的内在因素、影响屈服强度的内在因素、影响屈服强度的内在因素(1)(1)金属本性及晶格类型金属本性及晶格类型金属本性及晶格类型金属本性及晶格类型位错运动的阻力：晶格阻力位错运动的阻力：晶格阻力位错运动的阻力：晶格阻力位错运动的阻力：晶格阻力(P-N(P-N力力力力)、位错交互作、位错交互作、位错交互作、位错交互作用产生的阻力（平行位错间交互作用；运动位错用产生的阻力（平行位错间交互作用；运动位错用产生的阻力（平行位错间交互作用；运动位错用产生的阻力（平行位错间交互作用；运动位错与林位错交互作用）。与林位错交互作用）。与林位错交互作用）。与林位错交互作用）。可动位错密度可动位错密度柏氏矢量的模柏氏矢量的模泊松比泊松比晶面间距晶面间距剪切模量剪切模量 位错宽度位错宽度4242(2)(2)晶粒大小和亚结构晶粒大小和亚结构晶粒大小和亚结构晶粒大小和亚结构晶粒大小晶粒大小晶粒大小晶粒大小晶界的数量晶界的数量晶界的数量晶界的数量晶晶晶晶界界界界是是是是位位位位错错错错运运运运动动动动的的的的障障障障碍碍碍碍。位位位位错错错错不不不不能能能能通通通通过过过过晶晶晶晶界界界界，只只只只能能能能使使使使相相相相邻邻邻邻晶晶晶晶粒粒粒粒中中中中的的的的位位位位错源开动，必须加大外应力。错源开动，必须加大外应力。错源开动，必须加大外应力。错源开动，必须加大外应力。Hall-PetchHall-Petch公式：公式：公式：公式：细化晶粒，可以提高材料的强度。细化晶粒，可以提高材料的强度。细化晶粒，可以提高材料的强度。细化晶粒，可以提高材料的强度。亚亚亚亚结结结结构构构构的的的的实实实实质质质质就就就就是是是是小小小小角角角角度度度度晶晶晶晶界界界界，因因因因此此此此它它它它对对对对位位位位错错错错的的的的运运运运动动动动的的的的作作作作用用用用与与与与晶晶晶晶界界界界相相相相似似似似43434444(3)溶质元素溶质元素形形形形成成成成晶晶晶晶格格格格畸畸畸畸变变变变，塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形抗力增大抗力增大抗力增大抗力增大固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化间间间间隙隙隙隙固固固固溶溶溶溶体体体体的的的的强强强强化化化化效效效效果果果果高高高高于置换固溶体。于置换固溶体。于置换固溶体。于置换固溶体。置置置置换换换换固固固固溶溶溶溶FleischerFleischer固固固固溶强化理论溶强化理论溶强化理论溶强化理论溶溶溶溶质质质质和和和和溶溶溶溶剂剂剂剂原原原原子子子子尺尺尺尺寸寸寸寸相相相相差差差差越越越越大大大大或或或或固固固固溶溶溶溶度度度度越越越越小小小小，固固固固溶溶溶溶强化越明显。强化越明显。强化越明显。强化越明显。4545(4)(4)第二相第二相第二相第二相第二相的存在影响位错的运动第二相的存在影响位错的运动第二相的存在影响位错的运动第二相的存在影响位错的运动第二相强化第二相强化第二相强化第二相强化不可变形的第二相：位错绕过机制。不可变形的第二相：位错绕过机制。不可变形的第二相：位错绕过机制。不可变形的第二相：位错绕过机制。可变形的第二相：位错切过机制。可变形的第二相：位错切过机制。可变形的第二相：位错切过机制。可变形的第二相：位错切过机制。第二相的作用，还与其尺寸、形状、数量及分布有关；同第二相的作用，还与其尺寸、形状、数量及分布有关；同第二相的作用，还与其尺寸、形状、数量及分布有关；同第二相的作用，还与其尺寸、形状、数量及分布有关；同时，第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。时，第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。时，第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。时，第二相与基体的晶体学匹配程度也有关。46462、影响屈服强度的外在因素、影响屈服强度的外在因素1.温温度度提提高高，位位错错运运动动容容易易，s。2.各各种种材材料料的的温温度度敏敏感感性性不不同同，bcc中中派派纳纳力力高高且且为为主主要要阻力，阻力，短程力对温度敏感短程力对温度敏感。3.应应变变速速率率提提高高，s应应变速率硬化变速率硬化4.应应力力状状态态：分分切切应应力力，s。扭转扭转 拉伸拉伸 bcc hcp52524、影响应变硬化的因素、影响应变硬化的因素晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；5353层层错错能能低低的的材材料料，在在塑塑性性变变形形过过程程中中，其其位位错错不不易易产产生交滑移生交滑移应力集中水平较高应力集中水平较高，因此应变硬化能力强，因此应变硬化能力强 54544、影响应变硬化的因素、影响应变硬化的因素晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。晶体结构对应变硬化有较大的影响。层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；层错能对材料应变硬化的影响；冷热变形、合金元素以及微观组织冷热变形、合金元素以及微观组织冷热变形、合金元素以及微观组织冷热变形、合金元素以及微观组织低碳钢在低碳钢在低碳钢在低碳钢在500500回火，回火，回火，回火，n=0.1n=0.1，700700回火，回火，回火，回火，n=0.19n=0.195555五、缩颈现象和抗拉强度五、缩颈现象和抗拉强度1、缩颈现象和意义、缩颈现象和意义现象：试样局部截面积减小的现象。现象：试样局部截面积减小的现象。意义：寻找失稳的临界条件，有利于机件意义：寻找失稳的临界条件，有利于机件设计。设计。应变硬化应变硬化(物理因素物理因素)和截面减小和截面减小(几何因素几何因素)共同作用的结果。共同作用的结果。56562、缩颈判据、缩颈判据缩颈判据：缩颈判据：575758582、缩颈判据、缩颈判据缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：595960602、缩颈判据、缩颈判据缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：缩颈判据：61613、缩颈颈部应力修正、缩颈颈部应力修正发生缩颈后，材料的单向拉伸应力状态被破坏发生缩颈后，材料的单向拉伸应力状态被破坏发生缩颈后，材料的单向拉伸应力状态被破坏发生缩颈后，材料的单向拉伸应力状态被破坏试验真应力与材料本身的真实应力有差别试验真应力与材料本身的真实应力有差别试验真应力与材料本身的真实应力有差别试验真应力与材料本身的真实应力有差别Bridgmen关系式：关系式：修修正正62624、抗拉强度、抗拉强度意义意义意义意义：韧性材料不能作为设计参数，但可以用作产品规格说韧性材料不能作为设计参数，但可以用作产品规格说韧性材料不能作为设计参数，但可以用作产品规格说韧性材料不能作为设计参数，但可以用作产品规格说明或质量控制指标。明或质量控制指标。明或质量控制指标。明或质量控制指标。脆性材料可以作为设计参数脆性材料可以作为设计参数脆性材料可以作为设计参数脆性材料可以作为设计参数(抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度=屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度)。s s/b b对材料成型加工非常重要对材料成型加工非常重要对材料成型加工非常重要对材料成型加工非常重要反映了加工硬化情反映了加工硬化情反映了加工硬化情反映了加工硬化情况况况况对成型加工（冲压成型）有影响。对成型加工（冲压成型）有影响。对成型加工（冲压成型）有影响。对成型加工（冲压成型）有影响。可以初略计算布氏硬度和疲劳极限。可以初略计算布氏硬度和疲劳极限。可以初略计算布氏硬度和疲劳极限。可以初略计算布氏硬度和疲劳极限。定义定义定义定义：韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的：韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的：韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的：韧性金属试样拉断过程中最大力所对应的应力（应力（应力（应力（工程应力工程应力工程应力工程应力）。）。）。）。6363六、塑性六、塑性1、塑性与塑性指标、塑性与塑性指标塑塑塑塑性性性性：金金金金属属属属材材材材料料料料断断断断裂裂裂裂前前前前发发发发生生生生不不不不可可可可逆逆逆逆永永永永久久久久(塑塑塑塑性性性性)变形的能力。变形的能力。变形的能力。变形的能力。塑塑塑塑性性性性指指指指标标标标：衡衡衡衡量量量量塑塑塑塑性性性性好好好好坏坏坏坏的的的的参参参参数数数数，断断断断后后后后延延延延伸伸伸伸率率率率和断面收缩率和断面收缩率和断面收缩率和断面收缩率6464断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率 ：断后伸长率断后伸长率断后伸长率断后伸长率：断裂前最大塑变断裂前最大塑变断裂前最大塑变断裂前最大塑变冶金因素的影响冶金因素的影响冶金因素的影响冶金因素的影响 ：缩颈：缩颈：缩颈：缩颈 ：不缩颈：不缩颈：不缩颈：不缩颈6565塑性指标的选用：塑性指标的选用：塑性指标的选用：塑性指标的选用：l l单一应力条件下的长形零件，选择单一应力条件下的长形零件，选择单一应力条件下的长形零件，选