材料力学性能课件.ppt

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1、1.1 1.1 1.1 1.1 材料在静拉伸时的力学行为概述材料在静拉伸时的力学行为概述材料在静拉伸时的力学行为概述材料在静拉伸时的力学行为概述静拉伸：静拉伸：静拉伸：静拉伸：是材料力学性能实验中最基本的是材料力学性能实验中最基本的是材料力学性能实验中最基本的是材料力学性能实验中最基本的 试验方法。试验方法。试验方法。试验方法。拉伸曲线：拉伸曲线：拉伸曲线：拉伸曲线：应力应力应力应力-应变曲线，可求出许多主应变曲线，可求出许多主应变曲线，可求出许多主应变曲线，可求出许多主 要性能指标。要性能指标。要性能指标。要性能指标。如：弹性模量如：弹性模量如：弹性模量如：弹性模量E E E E：零件刚度设

2、计。：零件刚度设计。：零件刚度设计。：零件刚度设计。屈屈屈屈 服服服服 强强强强 度度度度 ssss，抗抗抗抗 拉拉拉拉 强强强强 度度度度 b:b:b:b:强强强强 度度度度 设设设设 计，交变载荷计，交变载荷计，交变载荷计，交变载荷 塑性塑性塑性塑性，断裂前的应变量：，断裂前的应变量：，断裂前的应变量：，断裂前的应变量：冷热变形时冷热变形时冷热变形时冷热变形时 的工艺性能的工艺性能的工艺性能的工艺性能。1.2.应力应变曲线应力应变曲线应力应变曲线应力应变曲线应力应变曲线(F F F F0 0 0 0不变）不变）不变）不变）弹性变形弹性变形 屈服变形屈服变形 均匀塑性变形均匀塑性变形 局部塑

3、性变形局部塑性变形 真真应应力力-应应变变曲曲线线（-代表）代表）3.p:p:p:p:比例极限比例极限比例极限比例极限 E EE E:弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限 LYLYLYLY:屈服强度（下）屈服强度（下）屈服强度（下）屈服强度（下）UYUYUYUY：屈服强度（上）屈服强度（上）屈服强度（上）屈服强度（上）B BB B：强度极限强度极限强度极限强度极限 b bb b:抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度 p pp p:应力与应变成正比关系的最大应力。应力与应变成正比关系的最大应力。应力与应变成正比关系的最大应力。应力与应变成正比关系的最大应力。p pp p=F=F=F=FP PP P/F/

4、F/F/F0 00 0E E E E:由弹性变形过渡到弹由弹性变形过渡到弹由弹性变形过渡到弹由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。塑性变形时的应力。塑性变形时的应力。塑性变形时的应力。E EE E=F=F=F=FE E E E/F/F/F/F0 00 04.不同材料，其应力应变曲线不同，如：5.1.2 1.2 金属材料的弹性变形金属材料的弹性变形 1.2.1 1.2.1 广义虎克定律广义虎克定律弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量 E E E E=X X X X /X X X X X X X X轴轴轴轴方方方方向向向向，同同同同轴轴轴轴，描描描描写写写写材材材材料料料料正正正正应应应应力条件力条件

5、力条件力条件虎虎虎虎克克克克定定定定律律律律：单单单单位位位位应应应应变变变变产产产产生生生生的的的的单单单单位位位位应应应应力力力力（单单单单向向向向应应应应力力力力）,物物物物理理理理意意意意义义义义：表表表表示示示示原原原原子子子子之之之之间间间间的的的的结结结结合合合合力力力力，它它它它是是是是组组组组织不敏感元素织不敏感元素织不敏感元素织不敏感元素描描描描写写写写材材材材料料料料切切切切应应应应力力力力：切切切切变变变变模模模模量量量量G G G G=XY XY XY XY/XYXYXYXY泊桑比：泊桑比：泊桑比：泊桑比：=XX XX XX XX/XYXYXYXY关系式：关系式：关系

6、式：关系式：G=E/2G=E/2G=E/2G=E/2（1+1+1+1+）比比比比弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量=弹弹弹弹性性性性模模模模量量量量 /密度密度密度密度对完全各向同性材料对完全各向同性材料对完全各向同性材料对完全各向同性材料 =0.25 =0.25 =0.25 =0.25对金属对金属对金属对金属值约为值约为值约为值约为0.330.330.330.33（或（或（或（或1/31/31/31/3）当当当当=0.25=0.25=0.25=0.25时，时，时，时，G=0.4EG=0.4EG=0.4EG=0.4E；当当当当=0.33=0.33=0.33=0.33时，时，时，时，G=0.375

7、EG=0.375EG=0.375EG=0.375E弹性常数弹性常数弹性常数弹性常数4 4 4 4个：个：个：个：E E E E，G G G G，K K K KK=K=K=K=m m m m/=E/3(1-2)/=E/3(1-2)/=E/3(1-2)/=E/3(1-2)-单位体积变形单位体积变形单位体积变形单位体积变形KK体弹性模量体弹性模量体弹性模量体弹性模量 m m m m=(=(=(=(x x x x+y y y y+z z z z)/3)/3)/3)/3若若若若=0.33=0.33=0.33=0.33，则，则，则，则KEKEKEKE只要已知只要已知只要已知只要已知E E E E和和和和，

8、就可求出，就可求出，就可求出，就可求出G G G G和和和和K K K K，由于由于由于由于E E E E易测，因此用的最多。易测，因此用的最多。易测，因此用的最多。易测，因此用的最多。6.1.2.2 弹性模量的技术意义技术意义：技术意义：E E，G G称为材料的刚度称为材料的刚度，它表示，它表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力 影响影响E E的特征因素：的特征因素：与原子序数有周期性关系与原子序数有周期性关系 E=K/E=K/E=K/E=K/m m m m K K，m1m1特特征征常常数数，原原子子半半径径 EE 温度温度T T：T T 原子结合力下降，原子结

9、合力下降，E E 加载速度：对加载速度：对E E 影响不明显影响不明显 合合金金化化（加加入入某某种种金金属属），热热处处理理对对E E影影响响不不明显。明显。7.机机械械设设计计中中，刚刚度度是是第第一一位位的的，它它保保证证精精度度，曲曲轴轴的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。不同类型的材料，其弹性模量差别很大。不同类型的材料，其弹性模量差别很大。材材料料弹弹性性模模量量主主要要取取决决于于结结合合键键的的本本性性和和原原子子间间的的结结合合力力，而而材材料料的的成成分分和和组组织织对对它它的的影影响响不不大大，可可以以说说它它是是一一个个对

10、对组组织织不不敏敏感感的的性性能能指指标标（对对金金属属材材料），而对高分子和陶瓷料），而对高分子和陶瓷E E对结构和组织敏感。对结构和组织敏感。熔点高，熔点高，E EE E W W=2E=2EFeFe E EFeFe=3E=3EAlAl零零件件的的刚刚度度与与材材料料的的刚刚度度不不同同，它它除除了了决决定定于于材材料料的的刚刚度度外外还还与与零零件件的的截截面面尺尺寸寸与与形形状状，以以及及截截面面积积作用的方式有关。作用的方式有关。8.1.2.3 1.2.3 弹性比功弹性比功 弹弹性性比比功功：为应力-应变曲线下弹性范围所吸收的变形功的能力,又称弹性比能，应变比能。即弹性比功=e2/2E

11、=ee/2 其中e为材料的弹性极限，它表示材料发生弹性变形的极限抗力 9.弹性比功弹性比功理理理理论论论论上上上上：弹弹性性极极限限的的测测定定应应该该是是通通过过不不断断加加载载与与卸卸载载，直直到到能能使使变变形形完完全全恢恢复复的的极极限限载荷。载荷。实实实实际际际际上上上上：弹弹性性极极限限的的测测定定是是以以规规定定某某一一少少量量的的 残残 留留 变变 形形（如如0.01%0.01%）为为标标准准，对对应应此此残残留留变变形形的的应应力力即为弹性极限。即为弹性极限。10.理想的弹簧材料：应应有有高高的的弹弹性性极限和低的弹性模量。极限和低的弹性模量。成分与热处理对对弹弹性性极极限限

12、影影响响大大，对弹性模量影响不大。对弹性模量影响不大。仪表弹簧因因要要求求无无磁磁性性，铍铍青青铜铜，磷青铜等软弹簧材料。磷青铜等软弹簧材料。eEae11.优优点点：滞滞后后环环面面积积，它它可可以以减减少少振振动动，使使振振动动幅度很快衰幅度很快衰减下来。减下来。缺缺点点：精精密密仪仪器器不不希希望望有滞后现象有滞后现象高高分分子子滞滞弹弹性性表表现现为为粘粘弹弹性性并并成成为为普普遍遍特特性性，高分子弹性与高分子弹性与时间时间有关。有关。弹性滞后环弹性滞后环(链接链接)1.2.41.2.4 滞弹性滞弹性 应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。应变落

13、后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。12.1.2.5 包辛格（Baushinger）效应 弹性不完整性 定定义义：指指指指原原原原先先先先经经经经过过过过变变变变形形形形，然然然然后后后后反反反反向向向向加加加加载载载载时时时时弹弹弹弹性性性性极极极极限限限限或或或或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。值值度度量量包包辛辛格格效效应应的的大小。大小。单单循循环环或或多多循循环环后后，都都有包辛格效应有包辛格效应 包辛格效应示意图包辛格效应示意图(有有链接链接)13.T10 T10钢的包辛格效应钢的包辛格效应 条条

14、 件件：T10T10钢钢钢钢 淬淬淬淬 火火火火350350回火回火回火回火拉伸时，曲线拉伸时，曲线拉伸时，曲线拉伸时，曲线1 1 0 0.2 2=1130M Pa 1130M Pa 曲线曲线曲线曲线2 2事先经过预压变事先经过预压变事先经过预压变事先经过预压变形再拉伸时形再拉伸时形再拉伸时形再拉伸时,0.2 0.2=880M Pa=880M Pa14.包辛格效应理论解释包辛格效应理论解释 原原先先加加载载变变形形时时,位位错错源源在在滑滑移移面面上上产产生生的的位位错错遇遇到到障障碍碍,塞塞积积后后产产生生了了背背应应力力,当当反反向向加加载载时时,位位错错运运动动的的方方向向与与原原来来方

15、方向向相相反反,背背应应力力帮帮助助位位错错运运动动,塑塑性性变变形形容容易易,导导致致屈屈服服强强度度,另另外外,反反向向加加载载时时,滑滑移移面面上上产产生生的的位位错错与与预预变变形形的的位位错错异异号号,异异号位错抵销号位错抵销,引起材料软化引起材料软化,屈服强度屈服强度。15.理理论论上上:由由由由于于于于它它它它是是是是金金金金属属属属变变变变形形形形时时时时长长长长程程程程内内内内应应应应力力力力的的的的度度度度量量量量(可可可可用用用用X X X X光光光光方方方方法法法法测测测测定定定定),所所所所以以以以,包包包包辛辛辛辛格格格格效效效效应应应应可可可可用用用用来研究材料加

16、工硬化的机制来研究材料加工硬化的机制来研究材料加工硬化的机制来研究材料加工硬化的机制.工程上工程上:材材材材料料料料加加加加工工工工工工工工艺艺艺艺时时时时,需需需需要要要要注注注注意意意意或或或或考考考考虑虑虑虑包包包包辛辛辛辛格格格格效效效效应应应应.输油管输油管输油管输油管UOEUOEUOEUOE工艺工艺工艺工艺 包辛格效应大的材料，内应力较大。包辛格效应大的材料，内应力较大。包辛格效应大的材料，内应力较大。包辛格效应大的材料，内应力较大。包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关

17、系 16.清除包辛格效应的方法 预预先先进进行行较较大大的的塑塑性性变变形形,或或在在第第二二次次反反向向受受力力前前先先使使金金属属材材料料于于回回复复或或再再结结晶晶温温度度下下退退火火,如如钢在钢在400-500400-500以上以上.17.1.3 1.3 金属材料的塑性变形金属材料的塑性变形塑性变形的方式和特点塑性变形的方式和特点塑性变形的方式和特点塑性变形的方式和特点常见的塑性变形方式为常见的塑性变形方式为常见的塑性变形方式为常见的塑性变形方式为滑移滑移和和和和孪生孪生滑滑移移是是是是金金金金属属属属材材材材料料料料在在在在切切切切应应应应力力力力作作作作用用用用下下下下,沿沿沿沿滑

18、滑滑滑移移移移面面面面和和和和滑滑滑滑移方向进行的切变过程移方向进行的切变过程移方向进行的切变过程移方向进行的切变过程.滑移面滑移面滑移面滑移面滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向=滑移系滑移系滑移系滑移系 滑移系越多滑移系越多滑移系越多滑移系越多,塑性塑性塑性塑性孪孪晶晶是是是是金金金金属属属属材材材材料料料料在在在在切切切切应应应应力力力力作作作作用用用用下下下下的的的的一一一一种种种种塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形方方方方式式式式,孪孪孪孪晶晶晶晶变变变变形形形形可可可可以以以以调调调调整整整整滑滑滑滑移移移移面面面面的的的的方方方方向向向向,使使使使新新新新的的的的滑滑滑滑移移移移系系系

19、系开开开开动动动动,间间间间接接接接对对对对塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形有有有有贡贡贡贡献献献献.(.(.(.(滑滑滑滑移移移移受受受受阻阻阻阻孪生孪生孪生孪生,变形速度加快变形速度加快变形速度加快变形速度加快)18.1.3.1 1.3.1 屈服强度及其影响因素屈服强度及其影响因素 屈服标准屈服标准S定义定义:材料开始塑性变形的应力材料开始塑性变形的应力.工程上常用的屈服标准有三种工程上常用的屈服标准有三种比例极限比例极限P:应力应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力应变曲线上符合线性关系的最高应力.SP弹性极限弹性极限el:材料能够完全弹性恢复的最高应力材料能够完全弹性恢复的最高应力.e

20、lP工工程程上上用用途途不不同同区区别别,枪枪炮炮材材料料要要求求高高的的比比例例极极限限,弹弹簧簧材材料料要要求求高高的的弹弹性极限性极限屈屈服服强强度度0.2或或ys:以以规规定定发发生生一一定定的的残残留留变变形形为为标标准准,通通常常为为0.2%残留变形的应力作为屈服强度残留变形的应力作为屈服强度.19.比例极限比例极限比例极限比例极限P PP P,弹性极限弹性极限弹性极限弹性极限elelelel,屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度0.20.20.20.2或或或或ysysysys 这三种标准在测量上实际上都是以这三种标准在测量上实际上都是以这三种标准在测量上实际上都是以这三种标准在测量上

21、实际上都是以残留变形残留变形残留变形残留变形为依据为依据为依据为依据,只不过规定的残留变形量不同只不过规定的残留变形量不同只不过规定的残留变形量不同只不过规定的残留变形量不同,所以国家规定三种所以国家规定三种所以国家规定三种所以国家规定三种规范规范规范规范.规定非比例伸长应力规定非比例伸长应力规定非比例伸长应力规定非比例伸长应力(P PP P)0.010.010.010.01或或或或0.050.050.050.05规定残留伸长应力规定残留伸长应力规定残留伸长应力规定残留伸长应力()r rr r0.20.20.20.2规定总伸长应力规定总伸长应力规定总伸长应力规定总伸长应力(t tt t)t t

22、t t0.50.50.50.5注注注注注注意意意意意意：P P P PP P和和和和和和t t t tt t是是是是是是在在在在在在试试试试试试样样样样样样加加加加加加载载载载载载时时时时时时直直直直直直接接接接接接从从从从从从应应应应应应力力力力力力-应应应应应应变变变变变变曲曲曲曲曲曲线上测量的线上测量的线上测量的线上测量的线上测量的线上测量的,要求卸载测量。要求卸载测量。要求卸载测量。要求卸载测量。要求卸载测量。要求卸载测量。20.1.影响屈服强度的因素结合键:金属金属金属金属金属键金属键金属键金属键 高分子高分子高分子高分子范德华力范德华力范德华力范德华力 陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷共价键或离子

23、键共价键或离子键共价键或离子键共价键或离子键 组织:四种强化机制影响四种强化机制影响四种强化机制影响四种强化机制影响 ys ys ys ys 固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化 形变强化形变强化形变强化形变强化 沉沉沉沉淀淀淀淀和和和和弥弥弥弥散散散散强强强强化化化化 晶晶晶晶界界界界和和和和亚亚亚亚晶晶晶晶强强强强化化化化 其其其其中中中中沉沉沉沉淀淀淀淀强强强强化化化化和和和和晶晶晶晶粒粒粒粒细细细细化化化化是是是是工工工工程程程程上上上上常常常常使使使使用用用用提提提提高高高高 ys ys ys ys 的手段。的手段。的手段。的手段。前前前前三三三三种种种种机机机机制制制制提提提提高高高高

24、 ysysysys,但但但但是是是是降降降降低低低低,只只只只有有有有第第第第四四四四种种种种提提提提高高高高 ysysysys又提高又提高又提高又提高 。内在因素内在因素:结合键结合键,组织组织,结构结构,原子本性原子本性21.外在因素外在因素 温度+应变速率+应力状态温度因素：高温时,钢性能高低温时,钢性能高 并非高温性能好的钢低温性能也好。（体心立方金属对温度（体心立方金属对温度更敏感）更敏感）22.应变速率和应力状态(应力集中)的影响应应应应力力力力状状状状态态态态(扭扭扭扭转转转转、应应应应力力力力集中集中集中集中)的影响的影响的影响的影响引引出出应应力力集集中中系系数数K Kt t

25、,(尖角尖角),),越尖越尖,K Kt t 若若缺缺口口敏敏感感:R1:R1 1 强化强化23.YSYS的工程意义的工程意义 YSYSYSYS的工程意义的工程意义的工程意义的工程意义:许用应力：单向、多向。许用应力：单向、多向。许用应力：单向、多向。许用应力：单向、多向。是是是是指指指指材材材材料料料料的的的的某某某某些些些些力力力力学学学学行行行行为为为为和和和和工工工工艺艺艺艺性性性性能能能能的的的的大大大大致度量（不是越高越好）：致度量（不是越高越好）：致度量（不是越高越好）：致度量（不是越高越好）：如如如如:YSYSYSYS,对应力腐蚀和氢脆就敏感对应力腐蚀和氢脆就敏感对应力腐蚀和氢脆

26、就敏感对应力腐蚀和氢脆就敏感YSYSYSYS,冷加工成型性能和焊接性能好冷加工成型性能和焊接性能好冷加工成型性能和焊接性能好冷加工成型性能和焊接性能好YSYSYSYS是材料性能中不可缺少的重要指标是材料性能中不可缺少的重要指标是材料性能中不可缺少的重要指标是材料性能中不可缺少的重要指标24.1.3.2 1.3.2 加工硬化和真应力加工硬化和真应力-应变曲线应变曲线 真真真真实实实实应应应应变变变变与与与与条条条条件件件件应应应应变变变变相相相相比比比比有有有有两两两两种种种种明显的特点明显的特点明显的特点明显的特点:条条条条件件件件应应应应变变变变往往往往往往往往不不不不能能能能真真真真实实实

27、实反反反反映映映映或或或或度度度度量应变。（拉伸与压缩）量应变。（拉伸与压缩）量应变。（拉伸与压缩）量应变。（拉伸与压缩）真真真真实实实实应应应应变变变变可可可可以以以以叠叠叠叠加加加加,可可可可以以以以不不不不记记记记中中中中间间间间的的的的加加加加载载载载历历历历史史史史,只只只只需需需需知知知知道道道道试试试试样样样样的的的的初初初初始始始始长长长长度度度度和和和和最最最最终终终终长长长长度度度度（条条条条件件件件应应应应变变变变不能）不能）不能）不能）两两两两者者者者关关关关系系系系:条条条条件件件件应应应应变变变变 真真真真实实实实应应应应变变变变 真应力真应力-应变曲线应变曲线(流

28、变曲线流变曲线)真应力真应力S=F/A真实应变真实应变25.真应力真应力真应力真应力-应变关系应变关系应变关系应变关系:从从试试样样开开始始屈屈服服到到发发生生颈颈缩缩，这这一一段段应应变变范范围围中中真实应力和真应变的关系，可用以下方程描述真实应力和真应变的关系，可用以下方程描述 S=KS=KS=KS=Kn n n n Hollomon Hollomon Hollomon Hollomon 关系式关系式关系式关系式式式中中n n称称为为加加工工硬硬化化指指数数或或应应变变硬硬化化指指数数，K K叫叫做做强度硬化指数。强度硬化指数。SS真应力真应力 真应变真应变若取对数，若取对数，lnS=ln

29、K+lnS=lnK+lnS=lnK+lnS=lnK+nlnnlnnlnnln26.图1-6双对数座标上的Hollomon关系图1-7 n的变化范围图理想弹性体：理想弹性体：n n1 1；理想塑性体：n0n的取值范围：01一般金属：n0.10.527.注意：加工硬化速率注意：加工硬化速率ds/d ds/d 与加工硬与加工硬化指数化指数n n并不等同并不等同n=dlnS/dln=ds/Sdn=dlnS/dln=ds/Sd 即即ds/d=nS/ds/d=nS/在相同变形时在相同变形时的情况下，的情况下，n ds/dn ds/d 对对有有些些金金属属材材料料:象象双双相相钢钢，一一些些铝铝合合金金和和

30、不不锈锈钢钢 不不能能用用S=KS=Kn n方方程程描描述述。在在lnS-lnlnS-ln图图中中会会得得到到两两段段不不同同的的斜斜率率的的直直线线，称称为为双双n n行行为为，它它使使得得n n的的意意义义模模糊糊和和复复杂杂化化，要要寻寻求求其其他他方方程程形形式式来来表表征征真真应力应力-应变关系。应变关系。28.3.加工硬化指数n的实际意义 反反反反映映映映了了了了材材材材料料料料开开开开始始始始屈屈屈屈服服服服以以以以后后后后，继继继继续续续续变变变变形形形形时时时时材材材材料料料料的的的的应应应应变变变变硬硬硬硬化化化化情情情情况况况况，它它它它决决决决定定定定了了了了材材材材料

31、料料料开开开开始始始始发发发发生生生生颈颈颈颈缩缩缩缩时时时时的最大应力。（的最大应力。（的最大应力。（的最大应力。（b b b b或或或或S S S Sb b b b）1)1)1)1)金金金金属属属属的的的的加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化指指指指数数数数（能能能能力力力力），对对对对冷冷冷冷加加加加工工工工成成成成型型型型很很很很重重重重要要要要（n n n n决决决决定定定定开开开开始始始始颈颈颈颈缩缩缩缩时时时时的的的的最最最最大大大大应应应应力力力力和和和和最最最最大大大大均均均均匀匀匀匀变变变变形形形形量量量量，n=0n=0n=0n=0材材材材料料料料能能能能否否否否冷冷冷冷加加加

32、加工工工工？）。低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢有有有有较较较较高高高高的的的的n,nn,nn,nn,n约约约约为为为为0.20.20.20.2。汽汽汽汽车车车车身身身身板板板板铝铝铝铝合合合合金金金金化化化化 ，其其其其n n n n值较低，冷加工或冲压性能差。值较低，冷加工或冲压性能差。值较低，冷加工或冲压性能差。值较低，冷加工或冲压性能差。2)2)2)2)对对对对于于于于工工工工作作作作中中中中的的的的零零零零件件件件，也也也也要要要要求求求求材材材材料料料料有有有有一一一一定定定定的的的的加加加加工工工工硬化能力，是零件安全使用的可靠保证。硬化能力，是零件安全使用的可靠保证。硬化能力，是零件安

33、全使用的可靠保证。硬化能力，是零件安全使用的可靠保证。3)3)3)3)形变强化形变强化形变强化形变强化是提高材料强度的重要手段。是提高材料强度的重要手段。是提高材料强度的重要手段。是提高材料强度的重要手段。29.举例不锈钢：n=0.5,n=0.5,因因而而也也有有很很高高的的均均匀匀变变形形量量，YSYS不高，但可用冷变形可成倍的提高不高，但可用冷变形可成倍的提高高碳钢丝：经经过过铅铅浴浴等等温温处处理理后后冷冷拔拔，可可达达2000M Pa2000M Pa以上，但这些传统方法以上，但这些传统方法YSYS复相钢：（即能提高即能提高YSYS，又能又能）a.a.铁铁素素体体+马马氏氏体体钢钢 b.

34、b.+M,+M,或或+贝贝氏氏体体利利用用多多相相组组织织增增强强形形变变强强化化的的例例子子，利利用用受受力力变变形形时时MM是是形形变变硬硬化化作作用用增增强强的的特特点点，达达到到推推迟颈缩的目的。迟颈缩的目的。30.图图1-9复相钢的应力应变曲线复相钢的应力应变曲线普通碳钢，控制轧制的普通碳钢，控制轧制的SAE950 x和和980低合低合金高强度刚（屈服点分别为金高强度刚（屈服点分别为345和和550MN/m2)以及临界区淬火以及临界区淬火SAE980 x图图1-10贝氏体贝氏体-奥氏体钢的应力应奥氏体钢的应力应变曲线变曲线（a)低奥氏体含量低奥氏体含量（b)最佳奥氏含量最佳奥氏含量（

35、c)高奥氏体含量高奥氏体含量在在工工程程上上：对对冷冷加加工工成成型型的的低低碳碳钢钢，其其加加工工的的硬硬化化指指数数n可可通通过过屈屈服服强强度度ys估算：估算：ysMPa=70/nnys与与b差值越大，即差值越大，即S/B31.颈颈缩缩条条件件：应力-应变曲线上的应力达到最大值时，即开始出现颈缩，颈颈缩缩前前是是均均匀匀变变形形，颈颈缩缩后后是是不不均均匀匀变变形，即局部变形形，即局部变形颈缩条件：ds/d=S 当加工硬化速率等于该处的真应力时就开始颈缩。1.3.3 颈缩条件和抗拉强度32.抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力在材料不产生颈缩时抗拉强度代

36、表断裂抗力在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力在材料不产生颈缩时抗拉强度代表断裂抗力 脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料：设计时，其许用应力以抗拉强度为依据设计时，其许用应力以抗拉强度为依据设计时，其许用应力以抗拉强度为依据设计时，其许用应力以抗拉强度为依据。塑性材料：塑性材料：塑性材料：塑性材料：代表产生最大均匀塑性变形抗力代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力（对吊钩、钢丝绳是必要的）。件下的极限承载能力（对吊钩、钢丝绳是必要的）。易测定，重现性好易测定，重现性好，作为产品规格说明或质量控制的标志。取作为产品规格说明或质量控制的标志

37、。取决于决于b b 和和n n，n n不能直接测量，可通过不能直接测量，可通过b b 和和S S 间接了解材间接了解材料加工硬化情况。料加工硬化情况。bb 能和材料的疲劳极限能和材料的疲劳极限-1-1和材料的硬度和材料的硬度H H B B 建立一定关系建立一定关系 对淬火回火钢：对淬火回火钢：-1-1b b b b0.345 H0.345 H B B 因此，因此，因此，因此，b b b b被列为材料常规力学性能的五大指标之一被列为材料常规力学性能的五大指标之一被列为材料常规力学性能的五大指标之一被列为材料常规力学性能的五大指标之一五大指标：五大指标：五大指标：五大指标：S S S S，b b

38、b b，a a a a K K K K33.塑性的塑性的测测量量 (有有有有链接链接链接链接)塑性的塑性的塑性的塑性的定义定义定义定义：指金属材料断裂前发生塑性变形的指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。工程上常用条件塑性而不是真实塑性，拉能力。工程上常用条件塑性而不是真实塑性，拉伸时条件塑性以延伸率伸时条件塑性以延伸率和断面收缩率和断面收缩率表示。表示。条件塑性条件塑性条件塑性条件塑性=（l-ll-ll-ll-l0 0 0 0）/l/l/l/l0 0 0 0100%100%100%100%U U U U=l=l=l=lU U U U/l/l/l/l0 0 0 0 (均匀变形延伸率均匀变形延伸率

39、均匀变形延伸率均匀变形延伸率)N N N N(局部变形延伸率局部变形延伸率局部变形延伸率局部变形延伸率)=l)=l)=l)=ln n n n/l/l/l/l0 0 0 0 ll试样断裂后的标距长度试样断裂后的标距长度 l l0 0试样原始标距长度试样原始标距长度34.（塑性变形）（塑性变形）（塑性变形）（塑性变形）=均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形+集中塑性变形集中塑性变形集中塑性变形集中塑性变形5 5 5 5:l:l:l:l0 0 0 0=5d=5d=5d=5d0 0 0 0(小试样小试样小试样小试样)1 01 01 01 0:l:l:l:l0 0 0 0=10d=10d=1

40、0d=10d0 0 0 0（大试样）（大试样）（大试样）（大试样）（试样长度对（试样长度对（试样长度对（试样长度对有影响有影响有影响有影响?)?)?)?)gtgtgtgt:最最最最大大大大力力力力下下下下的的的的总总总总伸伸伸伸长长长长率率率率表表表表示示示示材材材材料料料料塑塑塑塑性性性性，最最最最大大大大力力力力下下下下的的的的总总总总伸伸伸伸长长长长率率率率指指指指试试试试样样样样材材材材料料料料拉拉拉拉伸伸伸伸时时时时产产产产生生生生的的的的最最最最大大大大的的的的均均均均匀匀匀匀塑塑塑塑性性性性，变变变变形形形形是是是是工工工工程程程程应应应应变变变变，gtgtgtgt对对对对于于于

41、于评评评评定定定定冲冲冲冲压板材的成型能力是很有用的。压板材的成型能力是很有用的。压板材的成型能力是很有用的。压板材的成型能力是很有用的。真实应变真实应变真实应变真实应变 B B B B=ln(1+=ln(1+=ln(1+=ln(1+gtgtgtgt)对对对对于于于于退退退退火火火火，正正正正火火火火或或或或调调调调质质质质态态态态的的的的低低低低、中中中中碳碳碳碳钢钢钢钢来来来来说说说说，测测测测出出出出gtgtgtgtB B B Bnnnn35.断面收缩率：断面收缩率：=（A A0 0-A-A）/A/A0 0100%100%A A0 0试样原始横截面能试样原始横截面能A A1 1-缩颈处最

42、小横截面积缩颈处最小横截面积U U=A=AU U/A/A0 0 n n=A=An n/A/A0 0 f f=(A=(A0 0-A-Af f)/A)/A0 0若若形成颈缩，若形成颈缩，若不形成颈缩，不形成颈缩，比比对组织变化更为敏感对组织变化更为敏感 36.塑性的实际意义 金属材料的塑性指标是安全力学性能指标；f 材料均匀变形的能力。f 局部变形的能力。塑性对压力加工是很有意义的。加工硬化 塑性大小反映冶金质量的好坏，评定材料质量。细化晶粒，碳化指数。37.1.3.5 1.3.5 1.3.5 1.3.5 静力韧度（能量指标）静力韧度（能量指标）静力韧度（能量指标）静力韧度（能量指标）定定定定义义

43、义义：材材材材料料料料在在在在静静静静拉拉拉拉伸伸伸伸时时时时单单单单位位位位体体体体积积积积材材材材料料料料从从从从变变变变形形形形到到到到断断断断裂裂裂裂所消耗的功叫做静力韧度所消耗的功叫做静力韧度所消耗的功叫做静力韧度所消耗的功叫做静力韧度。是一个强度与塑性的综合是一个强度与塑性的综合是一个强度与塑性的综合是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料指标，是表示静载下材料指标，是表示静载下材料指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合强度与塑性的最佳配合强度与塑性的最佳配合强度与塑性的最佳配合 链接链接38.1.4 1.4 金属材料的断裂金属材料的断裂1.4.1 1.4.1 1.4.1

44、1.4.1 静拉伸的断口静拉伸的断口静拉伸的断口静拉伸的断口(3(3(3(3种情况种情况种情况种情况)39.（a a）(b)(b)：断口齐平，断口齐平，断口齐平，断口齐平，垂直垂直垂直垂直于最大拉应力方向，于最大拉应力方向，于最大拉应力方向，于最大拉应力方向，只有少量均匀变形，铸铁，淬火只有少量均匀变形，铸铁，淬火只有少量均匀变形，铸铁，淬火只有少量均匀变形，铸铁，淬火+低回火高碳钢。低回火高碳钢。低回火高碳钢。低回火高碳钢。（e e）：塑性很好，试样断面可减细到近于一尖塑性很好，试样断面可减细到近于一尖塑性很好，试样断面可减细到近于一尖塑性很好，试样断面可减细到近于一尖 刀，然后刀，然后刀，

45、然后刀，然后沿沿沿沿最大切应力方向断开。最大切应力方向断开。最大切应力方向断开。最大切应力方向断开。如纯如纯如纯如纯AuAu、AlAl。(c)(d)(c)(d)：都出现颈缩，只是程度不同，试样中心都出现颈缩，只是程度不同，试样中心都出现颈缩，只是程度不同，试样中心都出现颈缩，只是程度不同，试样中心 先开裂，然后向外延伸，接近表面时沿最先开裂，然后向外延伸，接近表面时沿最先开裂，然后向外延伸，接近表面时沿最先开裂，然后向外延伸，接近表面时沿最 大切应力方向斜面断开，断口形状如杯口状大切应力方向斜面断开，断口形状如杯口状大切应力方向斜面断开，断口形状如杯口状大切应力方向斜面断开，断口形状如杯口状。

46、40.但是，正断不一定就是脆断，也可以有明显的塑性变形。切断是韧断，但反之不一定成立，韧断不一定是切断，韧断与切断并非是同义词 41.拉伸试样的宏观断口拉伸试样的宏观断口对对对对拉拉拉拉伸伸伸伸试试试试样样样样的的的的宏宏宏宏观观观观断断断断口口口口观观观观察察察察：三个区域三个区域三个区域三个区域中心区叫做纤维区中心区叫做纤维区中心区叫做纤维区中心区叫做纤维区放射区放射区放射区放射区剪切唇剪切唇剪切唇剪切唇这这这这三三三三个个个个区区区区域域域域的的的的比比比比例例例例关关关关系系系系与与与与材材材材料料料料韧韧韧韧断断断断性性性性能能能能（塑塑塑塑性性性性）有有有有关关关关，若若若若材材材

47、材料料料料的的的的硬硬硬硬度度度度和和和和强强强强度度度度很很很很高高高高，又又又又处处处处于于于于低低低低温温温温环环环环境境境境，断断断断面面面面上上上上有有有有许许许许多多多多放放放放射射射射状状状状条条条条纹纹纹纹，并并并并汇汇汇汇聚聚聚聚一一一一个中心。个中心。个中心。个中心。链接链接42.无缺口拉伸试样,断口和三个断裂区示意图冲击试样和三个断裂区示意图43.1.4.2 韧断机制微孔聚合利用利用利用SEMSEMSEM，微孔分成：，微孔分成：，微孔分成：微孔聚合型微孔聚合型微孔聚合型解理和准解理型解理和准解理型解理和准解理型晶间断裂晶间断裂晶间断裂 疲劳断裂疲劳断裂疲劳断裂 在在在在在

48、在SEMSEMSEM，微孔聚合型断裂的形，微孔聚合型断裂的形，微孔聚合型断裂的形，微孔聚合型断裂的形，微孔聚合型断裂的形，微孔聚合型断裂的形貌是一个个韧窝，韧窝是微孔貌是一个个韧窝，韧窝是微孔貌是一个个韧窝，韧窝是微孔貌是一个个韧窝，韧窝是微孔貌是一个个韧窝，韧窝是微孔貌是一个个韧窝，韧窝是微孔长大的结果，韧窝中包含着一长大的结果，韧窝中包含着一长大的结果，韧窝中包含着一长大的结果，韧窝中包含着一长大的结果，韧窝中包含着一长大的结果，韧窝中包含着一个夹杂物或第二相，这证明微个夹杂物或第二相，这证明微个夹杂物或第二相，这证明微个夹杂物或第二相，这证明微个夹杂物或第二相，这证明微个夹杂物或第二相，

49、这证明微孔多萌生于夹杂物或第二相与孔多萌生于夹杂物或第二相与孔多萌生于夹杂物或第二相与孔多萌生于夹杂物或第二相与孔多萌生于夹杂物或第二相与孔多萌生于夹杂物或第二相与基体的界面上。基体的界面上。基体的界面上。基体的界面上。基体的界面上。基体的界面上。颈缩试样锯齿状拉伸颈缩试样锯齿状拉伸断口形成过程示意图断口形成过程示意图44.由于应力状态或加载方式的不同，韧窝可由于应力状态或加载方式的不同，韧窝可有三种类型有三种类型 拉伸型的等轴状韧窝拉伸型的等轴状韧窝剪切型的伸长韧窝剪切型的伸长韧窝 拉伸撕裂的伸长韧窝拉伸撕裂的伸长韧窝韧韧窝窝的的形形状状取取决决于于应应力力状状态态，而而韧韧窝窝的的大大小小

50、和和深深浅浅取取决决于于第第二二相相的的数数量量分分布布以以及及基基体体的的塑塑性性变变形形能能力力，韧韧窝窝大大而而深深，塑塑性性好好，大大而而浅浅，加加工工硬硬化化能力强。能力强。45.20202020CrMoCrMoCrMoCrMo淬火高温回火断口微孔聚合型淬火高温回火断口微孔聚合型淬火高温回火断口微孔聚合型淬火高温回火断口微孔聚合型(微孔多萌生于碳化物界面微孔多萌生于碳化物界面微孔多萌生于碳化物界面微孔多萌生于碳化物界面)46.1.4.3 1.4.3 穿晶断裂穿晶断裂解理和准解理解理和准解理解理断裂：解理断裂：解理断裂：解理断裂：为脆性断裂为脆性断裂（宏观（宏观（宏观（宏观)()()(