《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 Longyan University非理想彈性與內(nèi)耗1 1、彈性分類：、彈性分類：根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變根據(jù)應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)響應(yīng)特點特點:分為理想彈性分為理想彈性(完全彈性完全彈性););非理想彈性非理想彈性(彈性不完整性彈性不完整性)兩類。兩類。2 2、理想彈性材料：、理想彈性材料：符合符合虎虎克定律克定律 =E，并滿足并滿足3 3個條件：個條件：應(yīng)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是應(yīng)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是線性線性的；的；應(yīng)力和應(yīng)變應(yīng)力和應(yīng)變同相同相位位；應(yīng)變是應(yīng)力的應(yīng)變是應(yīng)力的單值單值函數(shù)。函數(shù)。3 3、非理想彈性材料：、非理想彈性材料：滯彈性滯彈性、粘彈性、偽彈性及、粘彈性、偽彈性及包申格效應(yīng)包申格效應(yīng)等。等。Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗一、滯彈性滯彈性（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。加載時應(yīng)變落后于應(yīng)力而與時間有關(guān)加載時應(yīng)變落后于應(yīng)力而與時間有關(guān)的滯彈性也稱為正彈性后效或彈性蠕變的滯彈性也稱為正彈性后效或彈性蠕變卸載時應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象也稱卸載時應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象也稱為反彈性后效。為反彈性后效。Longyan University影響滯彈性的因素：影響滯彈性的因素：材料成分、組織、試驗條件材料成分、組織、試驗條件圖圖1-12 碳在碳在-Fe中的擴散遷移中的擴散遷移第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗滯彈性原因：金屬中滯彈性的原因可能和晶體中點缺陷的移動有關(guān)，原子擴散附加的彈性變形，擴散需要時間附加應(yīng)變?yōu)闇椥詰?yīng)變，卸載后擴散回原來的位置。滯彈性的應(yīng)用：對精密機械和儀表的傳感元件測量精度影響很大。長期受載的測力彈簧、薄膜傳感器，需選用滯彈性小的材料。Longyan University圖圖1-13 應(yīng)力、應(yīng)變與時間的關(guān)系應(yīng)力、應(yīng)變與時間的關(guān)系 (a)應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛 (b)蠕變變形蠕變變形第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗二、粘彈性粘彈性是指材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形同時存在的力學(xué)行為。其特征是應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)（或反之）不是瞬時完成的，需要通過一個馳豫過程，但卸載后，應(yīng)變恢復(fù)到初始值，不留下殘余變形，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系與時間有關(guān)，可分為恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛圖l-13(a)和恒應(yīng)力下的蠕變圖1-13(b)兩種情況。在高分子材料中表現(xiàn)得比較突出，因大分子鏈段沿外力場逐漸舒展引起的，外力去除后這部分蠕變變形可以緩慢地恢復(fù)。Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗三、偽彈性偽彈性是指在一定的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達到一定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變，伴隨應(yīng)力誘發(fā)相變產(chǎn)生大幅度的彈性變形的現(xiàn)象。產(chǎn)生大幅度的彈性變形(可達60%，大大超過正常彈性變形)。形狀記憶合金利用此原理。圖圖1-15 偽彈性材料的應(yīng)力偽彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗四、包申格效應(yīng) 包申格效應(yīng)是指，金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形(殘余應(yīng)變小于4%)，而后在同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服強度）增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。例如：淬火350回火T10鋼，曲線1是正常拉伸，0.2約1130MPa，曲線2是同樣試樣預(yù)壓縮后拉伸，0.2降為880MPa。包申格效應(yīng)與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關(guān)。金屬受載產(chǎn)生少量塑性變形時，運動位錯遇林位錯（位錯互相切割）而彎曲受阻，并形成位錯纏結(jié)或胞狀組織如果此時卸載并隨即同向加載，在原先加載的應(yīng)力水平下，被纏結(jié)的位錯線不能作顯著運動，因此宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加。但如果卸載后施加反向應(yīng)力，位錯反向運動時前方林位錯一類的障礙較少，因此可以在較低應(yīng)力下滑移較大距離，宏觀上就表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應(yīng)力較低的現(xiàn)象。林位錯胞狀組織Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗 對于一些預(yù)先經(jīng)受一定程度冷變形的材料，如使用時承受與冷變形方向相反的載荷，就要考慮包申格效應(yīng)的影響，以免使微量塑變抗力下降而造成有害的結(jié)果。另一方面，也可以利用包申格效應(yīng)，如薄板反向彎曲成型、拉拔的鋼棒經(jīng)過輥壓校直等。因包申格效應(yīng)是一種材料微觀組織結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果，所以可以通過熱處理加以消除方法是，對材料進行較大的塑性變形或?qū)ξ⒘克茏冃蔚牟牧线M行再結(jié)晶退火。Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗五、內(nèi)耗五、內(nèi)耗 在非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加在非理想彈性的情況下，由于應(yīng)力和應(yīng)變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，這個封閉回線稱為載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，這個封閉回線稱為彈性滯后環(huán)。彈性滯后環(huán)。存在彈性滯后環(huán)的現(xiàn)象說明加載時材料吸收的變形功大于卸載存在彈性滯后環(huán)的現(xiàn)象說明加載時材料吸收的變形功大于卸載時材料釋放的變形功，有一部分加載變形功被材料所吸收。這部分時材料釋放的變形功，有一部分加載變形功被材料所吸收。這部分在變形過程中被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗，其大小可用回線面積度在變形過程中被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗，其大小可用回線面積度量。量。圖1-16循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變與時間的關(guān)系圖1-17滯后環(huán)的類型（a）單向加載（b）交變加載第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗由滯彈性(粘彈性)產(chǎn)生的內(nèi)耗稱為滯彈性(粘彈性)內(nèi)耗，內(nèi)耗的基本度量是振動一周在單位弧度上的相對能量損耗這個損耗取決于應(yīng)變和應(yīng)力之間的相角差，一般這個相角差都很小，所以常用tan來表示內(nèi)耗，即式中：為振動一周的能量損耗；為最大振動能。：應(yīng)變角頻率 ：弛豫時間m：模量虧損，和材料的性質(zhì)有關(guān)導(dǎo)出的關(guān)系為其振動曲線峰值兩側(cè)最大振幅一半處所對應(yīng)的頻率差，為共振頻率Longyan University第三節(jié)第三節(jié) 非理想彈性與內(nèi)耗非理想彈性與內(nèi)耗圖圖1-18 金屬的馳豫譜金屬的馳豫譜材料產(chǎn)生內(nèi)耗的原因與材料中微觀組織結(jié)構(gòu)和物理性能的變化有關(guān)。例如，兩端釘扎位錯的非彈性運動；間隙原子或置換原子在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力感生有序化；晶界的遷移；磁性的變化等。因為這些微觀運動都要消耗能量，所以會引起材料的內(nèi)耗。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標一、塑性變形機理一、塑性變形機理材料的塑性變形是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。1 金屬材料的塑性變形金屬材料常見的塑性變形機理為晶體的滑移和孿生兩種?；剖墙饘倬w在切應(yīng)力作用下，沿滑移面和滑移方向進行的切變過程?；泼婧突品较虻慕M合成為滑移系?；葡翟蕉?。金屬的塑性越好，但滑移系的多少不是決定塑性好壞的唯一因素。例如，面心立方(fcc)金屬(如Cu、Al)滑移系雖然比體心立方(bcc)金屬(如-Fe)的少，但因前者晶格阻力較低，位錯容易運動，所以塑性優(yōu)于后者。金屬晶體的滑移面除原子最密排晶面外，還受到溫度、成分和預(yù)先變形程度等的影響。例如，溫度升高時bcc金屬的112及113，晶面也可能成為滑移面，從而增大金屬的塑性?；疲合噜彶糠只瑒?，變形前后晶體內(nèi)部原子的排列不發(fā)生變化。孿生：變形部分相對未變形部分發(fā)生了取向變化。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標孿生也是金屬晶體在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一種塑性變形方式。fcc、bcc和密排六方(hcp)3類晶體都能以孿生方式產(chǎn)生塑性變形，但fcc晶體只在很低的溫度下才能產(chǎn)生孿生變形bcc晶體金屬如-Fe及其合金，在沖擊載荷或低溫下也常發(fā)生孿生變形。hcp晶體金屬則因其在c軸方向沒有滑移方向，滑移系較少，而更易產(chǎn)生孿生孿生本身提供的變形量很小，但可以調(diào)整滑移面的方向，使新的滑移系開動，因而可以對塑性變形產(chǎn)生影響。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標多晶體金屬材料，由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，多晶體金屬材料，由于各晶粒的位向不同和晶界的存在，其塑性變形更加復(fù)雜，主要有如下特點。其塑性變形更加復(fù)雜，主要有如下特點。各晶粒變形的各晶粒變形的不同時性不同時性和和不均勻性不均勻性 多晶體金屬由于各晶粒位向不同，在受外力作用時，某些晶體位向有利多晶體金屬由于各晶粒位向不同，在受外力作用時，某些晶體位向有利的晶粒先開始滑移變形，而那些位向不利的晶粒則只有在繼續(xù)增加外力或晶的晶粒先開始滑移變形，而那些位向不利的晶粒則只有在繼續(xù)增加外力或晶粒轉(zhuǎn)動到有利的位向時才能開始滑移變形。多相金屬材料，由于各相晶粒的粒轉(zhuǎn)動到有利的位向時才能開始滑移變形。多相金屬材料，由于各相晶粒的晶體結(jié)構(gòu)、位錯滑移的難易程度以及應(yīng)力狀態(tài)的不同，那些位向有利或產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)、位錯滑移的難易程度以及應(yīng)力狀態(tài)的不同，那些位向有利或產(chǎn)生應(yīng)力集中的晶粒必將首先產(chǎn)生塑性變形。因此，金屬材料的組織越不均勻，應(yīng)力集中的晶粒必將首先產(chǎn)生塑性變形。因此，金屬材料的組織越不均勻，則起始的塑性變形不同時性和不均勻性就越顯著。則起始的塑性變形不同時性和不均勻性就越顯著。各晶粒變形的各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性相互協(xié)調(diào)性 多晶體金屬作為一個連續(xù)整體，不允許各個晶粒在任一滑移系自由變形，多晶體金屬作為一個連續(xù)整體，不允許各個晶粒在任一滑移系自由變形，否則必將導(dǎo)致晶界開裂，這就要求各晶粒之間能協(xié)調(diào)變形，為此，每個晶粒否則必將導(dǎo)致晶界開裂，這就要求各晶粒之間能協(xié)調(diào)變形，為此，每個晶粒必須能同時沿幾個滑移系進行滑移，或在滑移的同時產(chǎn)生孿生變形，以保持必須能同時沿幾個滑移系進行滑移，或在滑移的同時產(chǎn)生孿生變形，以保持材料的整體性。由于多晶體金屬的塑性變形需要進行多系滑移，因而多晶體材料的整體性。由于多晶體金屬的塑性變形需要進行多系滑移，因而多晶體金屬的應(yīng)變硬化率比相同單晶體金屬高。金屬的應(yīng)變硬化率比相同單晶體金屬高。hcp金屬，由于滑移系少，變形不易金屬，由于滑移系少，變形不易協(xié)調(diào)，故其塑性差。金屬化合物的滑移系較少，變形更不易協(xié)調(diào)，性質(zhì)更脆。協(xié)調(diào)，故其塑性差。金屬化合物的滑移系較少，變形更不易協(xié)調(diào)，性質(zhì)更脆。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標2 2陶瓷材料的塑性變形陶瓷材料的塑性變形 陶瓷材料的組成主要是晶體材料，原則上講可以通過位錯的滑移實現(xiàn)塑性變形。但是由于陶瓷晶體多為離子鍵或共價鍵，具有明顯的方向性，同號離子相遇，斥力極大，只有個別滑移系能滿足位錯運動的幾何條件和靜電作用條件。所以陶瓷材料中只有極少數(shù)具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的晶體，如MgO、KCl（均為NaCl型結(jié)構(gòu))在室溫下具有塑性，而一般晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料在室溫下不能進行塑性變形。陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài)，而且還存在氣孔、微裂紋、玻璃相等。位錯更加不易向周圍晶體傳播，更易在晶界處塞積而產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋引起斷裂，所以陶瓷材料很難進行塑性變形。非晶態(tài)玻璃材料，由于不存在晶體中的滑移和孿生的變形機制，其永久變形是通過分子位置的熱激活交換來進行的，屬于粘性流動變形機制，塑性變形需要在一定的溫度下進行，所以普通的無機玻璃在室溫下沒有塑性。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標3 3 高分子材料的塑性變形高分子材料的塑性變形 結(jié)晶態(tài)高分子材料的塑性變形是由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束的過程。圖圖1-19 平行薄晶的塑性變形平行薄晶的塑性變形圖圖1-20 微纖維束晶塊中分子排列微纖維束晶塊中分子排列 A處是纖維處是纖維內(nèi)內(nèi)伸展開的分子伸展開的分子 B處是纖維間伸展開的分子處是纖維間伸展開的分子ABLongyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標非晶態(tài)(玻璃態(tài))高分子材料的塑性變形機理主要是形成銀紋。銀紋是高分子材料在變形過程中產(chǎn)生的一種缺陷，由于它的密度低，對光線的反射能力很高，看起來呈銀色，因而得名。銀紋產(chǎn)生于高分子材料的弱結(jié)構(gòu)或缺陷部位。在拉應(yīng)力作用下，材料的弱結(jié)構(gòu)或缺陷部位往往先被拉開，形成亞微觀裂紋或空洞，這些空洞繼續(xù)發(fā)展便形成肉眼可見的銀紋。銀紋內(nèi)部為有取向的纖堆和空洞交織分布，因而其體密度約比無銀紋材料小50。在繼續(xù)變形過程中，銀紋的長度在與拉應(yīng)力垂直的方向上生長，其厚度變化不大。隨著塑性變形量的增大，銀紋的數(shù)量不斷增多，高密度的銀紋可產(chǎn)生超過100%的應(yīng)變。由于銀紋中的纖維取向排列，強度增高，因而隨著變形量的增大，材料將不斷產(chǎn)生應(yīng)變硬化。銀紋的尖端可以造成應(yīng)力集中，將對進一步的變形和斷裂產(chǎn)生直接影響。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標二、屈服現(xiàn)象與屈服強度二、屈服現(xiàn)象與屈服強度1 1 屈服屈服現(xiàn)象現(xiàn)象外力不增加(保持恒定)試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動的情況下試樣可以繼續(xù)伸長變形，這種現(xiàn)象稱為材料在拉伸實驗時的屈服現(xiàn)象。屈服是材料由彈性變形向彈-塑性變形過渡的明顯標志。材料在拉伸屈服時對應(yīng)的應(yīng)力值稱為屈服點，用s表示；試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力值稱為上屈服點，用su表示；屈服階段中最小應(yīng)力稱為下屈服點，用sl表示。屈服階段產(chǎn)生的伸長稱為屈服伸長；屈服伸長對應(yīng)的水平線段或曲折線段稱為屈服平臺或屈服齒。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 材材料料產(chǎn)產(chǎn)生生明明顯顯屈屈服服的的原原因因與與材材料料內(nèi)內(nèi)部部的的微微觀觀組組織織結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)變變化化有有關(guān)關(guān)對對于于金金屬屬材材料料一一般般認認為為，材材料料在在屈屈服服變變形形前前可可動動位位錯錯密密度度很很小小，或或雖雖有有大大量量位位錯錯，但但被被釘釘扎扎住住如如鋼鋼中中的的位位錯錯為為雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子或或第第二二相相質(zhì)質(zhì)點點所所釘釘扎扎，隨隨著著塑塑性性變變形形的的發(fā)發(fā)生生，位位錯錯能能快快速速增增殖殖。位位錯錯運運動動速速率率與與外外加加應(yīng)應(yīng)力力有有強強烈烈的的依依存存關(guān)關(guān)系系。首首先先，位位錯錯運運動動速速率率和和柏柏氏氏矢矢量量與與金金屬屬材材料料的的塑塑性性應(yīng)應(yīng)變變速速率率有下式的關(guān)系：有下式的關(guān)系：式中：式中：為塑性應(yīng)變速率；為塑性應(yīng)變速率；b為柏氏矢量的大??；為柏氏矢量的大?。粸闉榭蓜涌蓜游诲e密度位錯密度。為位錯運動平均速率由上式可知，由于屈服前為位錯運動平均速率由上式可知，由于屈服前可動位錯很少，為了滿足一定的塑性應(yīng)變速率可動位錯很少，為了滿足一定的塑性應(yīng)變速率(拉伸實驗機夾頭拉伸實驗機夾頭移動的速度移動的速度)的要求，必須增大位錯運動速率。的要求，必須增大位錯運動速率。（1-21）Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標位錯運動速率決定于應(yīng)力的大小，它們之間的數(shù)值關(guān)系為位錯運動速率決定于應(yīng)力的大小，它們之間的數(shù)值關(guān)系為式中：為沿滑移面上的切應(yīng)力；0為位錯以單位速率運動所需的切應(yīng)力速率；m為位錯運動應(yīng)力敏感指數(shù)。上式說明，欲提高 就需要有較高應(yīng)力，這就是上屈服點的由來。塑性變形一旦發(fā)生，位錯大量增殖，增加，則位錯運動速率必然下降見式(1-21)，相應(yīng)的應(yīng)力也就突然降低，從而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象。m值越低，則使位錯運動速率變化所需之應(yīng)力變化越大，屈服現(xiàn)象就越明顯bcc金屬的m值較低，小于20，故具有明顯的屈服現(xiàn)象；fcc金屬m值大于100200，故屈服現(xiàn)象不明顯。（1-21）Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 另外，在一定條件下，金屬的變形會從另外，在一定條件下，金屬的變形會從滑移機制滑移機制轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榛苹?孿生孿生機制。孿晶的成核需要很高的應(yīng)力，然而機制。孿晶的成核需要很高的應(yīng)力，然而孿晶長孿晶長大大所需的應(yīng)力往往比成核應(yīng)力要小得多，所以孿晶一旦形核所需的應(yīng)力往往比成核應(yīng)力要小得多，所以孿晶一旦形核就會爆發(fā)性地傳播，在應(yīng)力就會爆發(fā)性地傳播，在應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)鋸齒形的波動。應(yīng)變曲線上出現(xiàn)鋸齒形的波動。另一種可能性是孿生形變會造成晶體內(nèi)部分區(qū)域另一種可能性是孿生形變會造成晶體內(nèi)部分區(qū)域位向位向的變化，的變化，使位錯處于有利位向而產(chǎn)生使位錯處于有利位向而產(chǎn)生滑移滑移，如果試樣的應(yīng)變速度超過，如果試樣的應(yīng)變速度超過拉伸速度時，就發(fā)生載荷波動現(xiàn)象。拉伸速度時，就發(fā)生載荷波動現(xiàn)象。高分子材料的屈服機理比較復(fù)雜。高分子材料的屈服機理比較復(fù)雜。晶態(tài)高分子材料，晶態(tài)高分子材料，其屈服是薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向其屈服是薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列排列的微纖維束的過程；而的微纖維束的過程；而非晶態(tài)高分子材料的屈服是正應(yīng)力作用形成銀紋和剪應(yīng)力作非晶態(tài)高分子材料的屈服是正應(yīng)力作用形成銀紋和剪應(yīng)力作用局部區(qū)域的無取向分子鏈成為有一定用局部區(qū)域的無取向分子鏈成為有一定規(guī)則排列規(guī)則排列的纖維組織的纖維組織的過程。的過程。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標2 2 屈服強度（屈服點）屈服強度（屈服點）材料的屈服標志著材料在應(yīng)力作用下由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄宰冃螤顟B(tài)，因此材料屈服時所對應(yīng)的應(yīng)力值也就是材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量塑性變形的能力稱為材料的屈服強度或屈服點，用s表示。對于金屬材科，在有屈服平臺的情況下，確定材料的屈服強度、屈服點，是非常方便的。在正常實驗條件下，下屈服點sl的重復(fù)性較好，所以通常把sl作為屈服強度（屈服點）。s和sl的計算公式如下：s=Fs/A0 sl=Fsl/A0式中：Fs為屈服力；Fsl 為下屈服應(yīng)力；A0為試樣標距部分的原始截面。規(guī)定殘余伸長應(yīng)力r是指試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應(yīng)力，例如，殘余伸長的百分比為0.05%、0.1%、0.2%時，記為r0.05、r0.1、r0.2。常用的為r0.2。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 規(guī)定總伸長應(yīng)力t是指試樣標距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長)達到規(guī)定的原始標距百分比時的應(yīng)力。常用的規(guī)定伸長率應(yīng)力t0.5，表示規(guī)定總伸長率為0.5%時的應(yīng)力。上述的r和t都可以表征金屬材料的屈服強度，但t可以在加載過程中測量，且易實現(xiàn)測量自動化。本書在以后各章中，不計測量方法，統(tǒng)一用 s或0.2表示金屬材料的屈服強度。高分子材料的屈服現(xiàn)象是高分子材料的一種力學(xué)行為，并觀察列“滑移帶”和“纏結(jié)帶”以及與金屬不相同的屈服現(xiàn)象但是由于高分子材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線依賴于時間和溫度，還依賴于其他因素，可以表現(xiàn)出不同的形式。因此其中的屈服點是很難給出確切定義的，例如強迫高彈性變形在卸載后也會產(chǎn)生永久變形，因此很難像金屬那樣定義產(chǎn)生永久變形的點為屈服點；其次，通過高溫退火可使永久變形恢復(fù)，這又不同于金屬。因而，通常把拉伸曲線上出現(xiàn)最大應(yīng)力的點定義為屈服點，而其對應(yīng)的應(yīng)變約為5%10%，甚至更大。如拉伸曲線上應(yīng)力不出現(xiàn)極大值，則定義應(yīng)變2%處的應(yīng)力為屈服強度。具體材料的屈服強度的測試及評定，應(yīng)按照國家標準中有關(guān)的規(guī)定進行。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標屈服強度是工程技術(shù)上最重要的力學(xué)性能指標之一。其實際意義在于：作為防止因材料過量塑性變形而導(dǎo)致機件失效的設(shè)計和選材依據(jù)；根據(jù)屈服強度與抗拉強度之比(屈強比)的大小，衡量材料進一步產(chǎn)生塑性變形的傾向，作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機件緩解應(yīng)力集中防止脆斷的參考依據(jù)。因為提高材料的屈服強度，雖然可以減輕機件質(zhì)量，不易使機件產(chǎn)生塑性變形失效，但如果材料屈服強度與抗拉強度的比值增大，則不利于某些應(yīng)力集中部位通過局部塑性變形使應(yīng)力重新分布、緩解應(yīng)力集中，從而可能導(dǎo)致脆性斷裂。因此，對于具體機件，應(yīng)選擇具有多大數(shù)值的屈服強度的材料，還應(yīng)根據(jù)機件的形狀，尺寸及服役條件而定，不一定一味追求高的屈服強度。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標三、影響金屬材料屈服強度的因素三、影響金屬材料屈服強度的因素 1 1晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的屈服過程主要是位錯的運動純金屬單晶體的屈服強度從理論上講是位錯開始運動所需的臨界切應(yīng)力，其值由位錯運動所受的各種阻力決定。這些阻力包括晶格阻力、位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力等。晶格阻力也稱派納力p-n。在理想晶體中，它是僅存在一個位錯運動時所需克服的阻力。與位錯的寬度即柏氏矢量有關(guān)，而二者又都與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，有式中：G為切變模數(shù)；v為泊松比；a為滑移面的晶面間距；b為柏氏矢量的模。為位錯寬度，a/(1-v)，為滑移面內(nèi)原子位移大于50b區(qū)域的寬度。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標位位錯間錯間的交互作用的交互作用產(chǎn)產(chǎn)生的阻力有兩種生的阻力有兩種類類型：一種是平型：一種是平行位行位錯間錯間交互作用交互作用產(chǎn)產(chǎn)生的阻力；另一種是運生的阻力；另一種是運動動位位錯錯與與鄰鄰位位錯間錯間交互作用交互作用產(chǎn)產(chǎn)生的阻力。兩者都正比于生的阻力。兩者都正比于G和和b，而反比于位而反比于位錯間錯間距距L，即，即 Gb/L式中：式中：為為比例系數(shù)。比例系數(shù)。因因為為位位錯錯密度密度與與1/L2成正比，故成正比，故該該式又可寫式又可寫為為Gb1/2Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標2 2晶界與亞結(jié)構(gòu)晶界與亞結(jié)構(gòu) 實際使用的金屬材料幾乎都是多晶體材料，晶界也是實際使用的金屬材料幾乎都是多晶體材料，晶界也是位錯運動位錯運動的重要障礙，的重要障礙，晶界越多，對材料屈服強度的提高貢獻越大。因為在首先產(chǎn)生滑移的晶粒中，晶界越多，對材料屈服強度的提高貢獻越大。因為在首先產(chǎn)生滑移的晶粒中，必須塞積足夠數(shù)量的位錯，形成較大的應(yīng)力集中，才能使相鄰晶粒中的位錯產(chǎn)必須塞積足夠數(shù)量的位錯，形成較大的應(yīng)力集中，才能使相鄰晶粒中的位錯產(chǎn)生滑移，形成宏觀的屈服。生滑移，形成宏觀的屈服。如果晶界增多，也就是晶粒尺寸減小，晶粒內(nèi)如果晶界增多，也就是晶粒尺寸減小，晶粒內(nèi)位錯塞積的長度將縮短，其應(yīng)力集中程度不足以推動相鄰晶粒內(nèi)的位錯位錯塞積的長度將縮短，其應(yīng)力集中程度不足以推動相鄰晶粒內(nèi)的位錯滑移。因此欲使更多的相鄰晶粒內(nèi)位錯開動，必須施加更大的外加切應(yīng)滑移。因此欲使更多的相鄰晶粒內(nèi)位錯開動，必須施加更大的外加切應(yīng)力，即表現(xiàn)為多晶體的屈服強度提高，而且晶粒越小，屈服強度越高。力，即表現(xiàn)為多晶體的屈服強度提高，而且晶粒越小，屈服強度越高。許多金屬與合金的屈服強度與晶粒大小的關(guān)系許多金屬與合金的屈服強度與晶粒大小的關(guān)系均符合霍耳均符合霍耳配奇（配奇（Hall-Petch）公式，即公式，即 s=i+kyd-1/2式中：式中：i為為位位錯錯運運動動的的總總阻力，又稱阻力，又稱為為摩擦阻力，決定于晶體摩擦阻力，決定于晶體結(jié)結(jié)構(gòu)和位構(gòu)和位錯錯密度密度；ky為為度量晶界度量晶界對對強強化化貢貢獻大小的獻大小的釘釘扎常數(shù)，或表示滑移扎常數(shù)，或表示滑移帶帶端部端部的的應(yīng)應(yīng)力集中系數(shù)；力集中系數(shù)；d為為晶粒平均直徑；晶粒平均直徑；i和和ky在一定的在一定的實驗實驗溫度和溫度和應(yīng)變應(yīng)變速速率下均率下均為為材料常數(shù)。材料常數(shù)。亞亞晶界晶界的作用與晶界的作用與晶界類類似，也阻礙位似，也阻礙位錯錯的運的運動動。實驗結(jié)實驗結(jié)果表明，霍耳果表明，霍耳-配奇公配奇公式同式同樣樣適用，只是其中的適用，只是其中的ky值值有所不同，且有所不同，且d 為亞為亞晶粒的直徑。晶粒的直徑。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標納米金屬材料的細晶增強效納米金屬材料的細晶增強效應(yīng)，使應(yīng)，使位錯機制位錯機制在起作用，在起作用，但位錯活動是隨晶粒尺寸減但位錯活動是隨晶粒尺寸減小而縮減的。由于界面上鏡小而縮減的。由于界面上鏡像力的作用，將使納米晶柱像力的作用，將使納米晶柱中可動位錯減少，再加上位中可動位錯減少，再加上位錯源的起動應(yīng)力將隨晶粒尺錯源的起動應(yīng)力將隨晶粒尺寸的的減小而增大，兩者結(jié)寸的的減小而增大，兩者結(jié)合起來，將使納米微晶中出合起來，將使納米微晶中出現(xiàn)細晶強化現(xiàn)象。現(xiàn)細晶強化現(xiàn)象。圖1-21納米材料的室溫硬度與晶粒尺寸的關(guān)系Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標3 溶質(zhì)元素在固溶合金中，由于溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原子周圍形成晶格畸變應(yīng)力場。該應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場產(chǎn)生交互作用，使位錯運動受阻，從而使屈服強度提高，產(chǎn)生固溶強化。此外，溶質(zhì)與溶劑之間的電學(xué)交互作用，化學(xué)交互作用及有序化作用等也對固溶強化有影響?？瘴粚Σ牧锨姸鹊挠绊懪c置換式溶質(zhì)原子相似，因此任何合金若含有過量的淬火空位或輻照空位，將比具有平衡濃度空位的相同合金屈服強度高。這一點在原子能工業(yè)上是必須考慮的，因為材料在服役過程中空位濃度不斷增加，屈服強度顯著提高，將導(dǎo)致材料塑性下降。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標圖1-22低碳鐵素體中固溶強化結(jié)果固溶強化的效果是指溶質(zhì)原子與位錯交互作用能及溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的函數(shù)，因而受到固溶合金溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的限制。通常間隙固溶體對強化作用更大。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標4 第二相第二相金屬材料中存在第二相時，對屈服強度也有影響。第二相的強化效果與質(zhì)點的性質(zhì)有關(guān)，可以分為不可變形的(如鋼中的碳化物與氮化物)和可變形的（如時效鋁合金中GP區(qū)的共格析出物相)兩類，及第二相細小彌散分布和尺寸與基體相相近的塊狀分布兩種情況。對于細小彌散的第二相質(zhì)點，當(dāng)位錯線繞過不可變形的質(zhì)點時，必須克服彎曲位錯的線張力，線張力的大小與相鄰質(zhì)點間的距離有關(guān)，材料屈服強度取決于第二相質(zhì)點間的距離，當(dāng)位錯線與可變形的第二相質(zhì)點相遇時，由于位錯可以切過，使之同基體一起產(chǎn)生變形，由此也能提高屈服強度。這是由于質(zhì)點與基體間的晶格錯排及第二相質(zhì)點產(chǎn)生新的界面需要作功等原因造成的。這類質(zhì)點的強化效果與質(zhì)點本身的性質(zhì)及其與基體的結(jié)合情況有關(guān)。對于塊狀第二相，如鋼中的珠光體，兩相黃銅中的和相等，也可以使屈服強度提高。一般認為，塊狀第二相阻礙滑移使基體產(chǎn)生不均勻變形，由于局部塑性約束而導(dǎo)致強化。強化的效果可用“混合率”等經(jīng)驗公式表示，例如對碳鋼的s而言：鐵素體珠光體Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標5 5溫度溫度一般情況下，溫度升高金屬材料的屈服強度下降，但是金屬晶體結(jié)一般情況下，溫度升高金屬材料的屈服強度下降，但是金屬晶體結(jié)構(gòu)不同，其變化趨勢各異。構(gòu)不同，其變化趨勢各異。體心的派納力比面心高，而派納力屬短體心的派納力比面心高，而派納力屬短程力，對溫度十分敏感。（程力，對溫度十分敏感。（在位錯移動時，需要一個力克服晶格阻力，越過勢壘，此力稱為派納力)圖圖1-23 金屬屈服強度與溫度的關(guān)系金屬屈服強度與溫度的關(guān)系 fccbccLongyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 式中：式中：C1在一定應(yīng)力狀態(tài)下為常數(shù)：在一定應(yīng)力狀態(tài)下為常數(shù)：m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)。為應(yīng)變速率敏感指數(shù)。應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)也影響金屬材料的屈服強度，其規(guī)律是，切應(yīng)力分量越大，越也影響金屬材料的屈服強度，其規(guī)律是，切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度就越低。不同應(yīng)力狀態(tài)下材料屈服強度不同，并有利于塑性變形，屈服強度就越低。不同應(yīng)力狀態(tài)下材料屈服強度不同，并非材料性質(zhì)發(fā)生變化，而是材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為不同而已。非材料性質(zhì)發(fā)生變化，而是材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為不同而已。6 6應(yīng)變速率與應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變速率與應(yīng)力狀態(tài) 應(yīng)變速率對金屬材料的屈服強度有明顯的影響。在應(yīng)變速應(yīng)變速率對金屬材料的屈服強度有明顯的影響。在應(yīng)變速率較高的情況下，金屬材料的屈服應(yīng)力將顯著升高。通常靜拉率較高的情況下，金屬材料的屈服應(yīng)力將顯著升高。通常靜拉伸實驗使用的應(yīng)變速率約為伸實驗使用的應(yīng)變速率約為10-3s-1，在此基礎(chǔ)上增大一個數(shù)量，在此基礎(chǔ)上增大一個數(shù)量級，屈服強度不發(fā)生顯著變化。但當(dāng)應(yīng)變速率過高時，如級，屈服強度不發(fā)生顯著變化。但當(dāng)應(yīng)變速率過高時，如冷軋冷軋、拉拔應(yīng)變速率可達拉拔應(yīng)變速率可達103s-1，此時材料的屈服強度將明顯增加。，此時材料的屈服強度將明顯增加。大量實驗表明，當(dāng)應(yīng)變量與實驗溫度一定時，屈服應(yīng)力大量實驗表明，當(dāng)應(yīng)變量與實驗溫度一定時，屈服應(yīng)力(流變流變應(yīng)力應(yīng)力)與應(yīng)變速率與應(yīng)變速率 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標四、應(yīng)變硬化材料在應(yīng)力作用下進入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或形變強化。應(yīng)變硬化是材料阻止繼續(xù)塑性變形的一種力學(xué)性能。1應(yīng)變硬化機理 金屬的形變硬化機理，至今尚不完全清楚，有各種不同的理論。但普遍認為，金屬材料的應(yīng)變硬化是塑性變形過程中的多系滑移和交滑移造成的。在多系滑移過程中，由于位錯的交互作用，形成割階、Lomer-Cottrell位錯鎖和胞狀細胞等障礙，使位錯運動的阻力增大，而產(chǎn)生應(yīng)變硬化。在交滑移過程中，硬化主要是由于原滑移面中刃位錯引起的。因為刃型位錯不能產(chǎn)生交滑移，因而隨應(yīng)變增加，刃型位錯密度增大，產(chǎn)生應(yīng)變硬化。割階割階Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 取向的結(jié)晶態(tài)高分子材料的應(yīng)變硬化機理與金屬不同。當(dāng)結(jié)晶高分子材料發(fā)生屈服后原有的結(jié)構(gòu)開始破壞，載荷下降。應(yīng)力-應(yīng)變曲線的最低點表示原有的結(jié)構(gòu)完全破壞，并出現(xiàn)縮頸。如果在縮頸開始后不迅速發(fā)生斷裂，則隨應(yīng)變的增加，被破壞的晶體又重新組成方向性好、強度高的纖維結(jié)構(gòu)。載荷不再由范德瓦爾斯鍵承擔(dān)，而是由強得多的共價鍵承擔(dān)。每個微纖維都有很高的強度，再加上微纖維間的聯(lián)結(jié)分子鏈進一步伸開，微纖維結(jié)構(gòu)的繼續(xù)變形非常困難，從而造成應(yīng)變硬化。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標2 2應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)變硬化指數(shù)金屬具有應(yīng)變硬化能力，使金屬具有廣泛用作結(jié)構(gòu)材料可以承受超過屈服強度的應(yīng)力而不致引起整個構(gòu)件的破壞的特性。因而關(guān)于金屬應(yīng)變硬化的研究就成為金屬力學(xué)性能的中心課題之一。但是如何表征金屬的應(yīng)變硬化能力，仍是迄今尚未得到滿意解決的問題。目前已有多種表述應(yīng)變硬化行為的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系經(jīng)驗公式。其中Hollomon公式對于金屬材料拉伸真應(yīng)力應(yīng)變曲線上的均勻塑性變形階段符合的較好，因而獲得廣泛應(yīng)用。其表達式為S=Ken （1-31）式中：S為真應(yīng)力；e為真應(yīng)變；n為應(yīng)變硬化指數(shù)；K為硬化系數(shù)，是真應(yīng)變?yōu)?時的真應(yīng)力。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標金屬材料的形變硬化n值可按GB5028-85金屬薄板拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）實驗方法測定。一般用直線作圖法求得。對式（131）兩邊取對數(shù)，得lgS=lgK+nlge 根據(jù)lgSlge的線性關(guān)系，只要在拉伸力伸長曲線上確定幾個點的、值，分別按S=(1+)，e=ln(1+)，算出S、e，然后作lgSlge曲線（圖1-24）直線的斜率即為所求的n值。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標金屬材料的n值的大小與層錯能的高低有關(guān)。層錯能低的(如18-8不銹鋼)n值就大，層錯能高的(如鋁)n值就小，因為層錯能的高低也反映了交滑移的難易程度。所以n值大的其滑移變形的特征為平坦的滑移帶，而n值小的材料，則表現(xiàn)為波紋狀的滑移帶。此外，n值對材料的冷熱變形也十分敏感。通常，退火態(tài)金屬n值比較大，而在冷加工態(tài)下則比較小，且隨材料強度等級的降低而增加。實驗表明，n和材料的屈服點s大致呈反比關(guān)系，即 ns=常數(shù)，在某些合金中，n值也隨溶質(zhì)原子數(shù)增加而降低，晶粒變粗，n值提高。Longyan University3應(yīng)變硬化的意義應(yīng)變硬化的意義材料的應(yīng)變硬化性能，在材料的加工和應(yīng)用中有十分明顯的實用價值。在加工方面，利用應(yīng)變硬化和塑性變形的合理配合，可使金屬進行均勻的塑性變形，保證冷變形工藝順利實施。這是由于已變形的部位產(chǎn)生加工硬化，屈服強度提高。將變形轉(zhuǎn)移到別的未變形部位，如此反復(fù)進行，便可獲得均勻的塑性變形，從而獲得合格的冷變形加工制品；另外，低碳鋼切削時，易產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，且表面加工質(zhì)量差。如果切削加工前進行冷變形降低塑性，便可使切屑容易脆斷脫落，改善切削加工性能。在材料應(yīng)用方面，應(yīng)變硬化可使金屬機件具有一定的抗偶然過載能力，保證機件使用安全。機件在使用過程中，某些薄弱部位可能因偶然過載而產(chǎn)生塑性變形，但是由于應(yīng)變硬化的作用，會阻止塑性變形繼續(xù)發(fā)展，從而保證了機件的安全使用。應(yīng)變硬化也是一種強化金屬的重要手段，尤其對那些不能進行熱處理強化的材料，如低碳鋼、奧氏體不銹鋼、有色金屬等，這種強化方法就顯得更為重要。五、抗拉強度與縮頸條件五、抗拉強度與縮頸條件Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標五、抗拉強度與縮頸條件五、抗拉強度與縮頸條件抗拉強度是拉伸實驗時，試樣拉斷過程中最大實驗力所對應(yīng)的應(yīng)力。其值等于最大拉力Fb除以試樣的原始橫截面積A0，抗拉強度用b表示，即 縮頸是一些金屬材料和高分子材料在拉伸實驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)。它是在應(yīng)變強化和截面減小的共同作用下，因應(yīng)變強化跟不上塑性變形的發(fā)展，使變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的?？s頸形成點對應(yīng)于工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的最大載荷點，因此dF=0。依據(jù)這一關(guān)系可以導(dǎo)出該點應(yīng)力、應(yīng)變與應(yīng)變硬化指數(shù)n和系數(shù)k的關(guān)系。按照式S=Ken表示的真應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，載荷F可表示為應(yīng)變e與瞬時截面積A的函數(shù)，即F=KAen Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標n=e上式表明在上式表明在FFb時，應(yīng)變硬化指數(shù)時，應(yīng)變硬化指數(shù)n等于等于最大載荷點最大載荷點的真應(yīng)變的真應(yīng)變eb。依據(jù)上式，可將產(chǎn)生頸縮的真應(yīng)力依據(jù)上式，可將產(chǎn)生頸縮的真應(yīng)力Sb表示為應(yīng)變硬化系數(shù)表示為應(yīng)變硬化系數(shù)K和硬化指和硬化指數(shù)數(shù)n的函數(shù)，即的函數(shù)，即依此可求出產(chǎn)生縮頸的載荷為依此可求出產(chǎn)生縮頸的載荷為式中：式中：b為縮頸點的工程應(yīng)力。為縮頸點的工程應(yīng)力。對F=KAen全微分，得Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標根據(jù)真應(yīng)變定義，可以求出產(chǎn)生縮頸的工程應(yīng)力為上式表明，縮頸應(yīng)力縮頸應(yīng)力唯一地依賴于材料的應(yīng)變硬化系數(shù)K和應(yīng)變硬化指數(shù)n。金屬材料拉伸時是否產(chǎn)生縮頸還與其應(yīng)變速率敏感指數(shù)m有關(guān)。若m值低，則在一定溫度和應(yīng)變條件下流變應(yīng)力較低，可以產(chǎn)生縮頸；反之，m值高時，可推遲或阻止縮頸的產(chǎn)生。Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標六、塑性與塑性指標六、塑性與塑性指標 塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。材料塑性的評價，在工程上一般以光滑圓柱試材料塑性的評價，在工程上一般以光滑圓柱試樣的拉伸伸長率和斷面收縮率作為塑性性能指樣的拉伸伸長率和斷面收縮率作為塑性性能指標標。常用的伸。常用的伸長長率指率指標標有以下幾種。有以下幾種。最大最大應(yīng)應(yīng)力下非比例伸力下非比例伸長長率率g ，即，即 g=Lg/L0100 最大最大應(yīng)應(yīng)力下力下總總伸伸長長率率gt，即，即 gt=Lgt/L0100 斷后伸斷后伸長長率率，即，即 =Lk/L0100Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標 斷面收斷面收縮縮率是率是試樣試樣拉斷后，拉斷后，縮頸處縮頸處橫截面橫截面積積的最大的最大縮縮減量與原始截減量與原始截面面積積的百分比，用符號的百分比，用符號表示，即表示，即=(A0-A1)/A0100式中：式中：A0為試樣為試樣原始截面原始截面積積；A1為縮頸處為縮頸處橫截面橫截面積積的最小橫截面的最小橫截面積積。試樣縮頸試樣縮頸前均勻伸前均勻伸長長Lgt的大小與的大小與L0有關(guān)，有關(guān)，縮頸縮頸后局部伸后局部伸長長LN(LN=Lk-Lgt)的大小與的大小與A0有關(guān)。由此可建立關(guān)系式有關(guān)。由此可建立關(guān)系式LgtL0，試樣斷裂后總的伸長為試樣斷裂后總的伸長為 故斷裂后的總伸長率為故斷裂后的總伸長率為 Longyan University第四節(jié)第四節(jié) 塑性變形及其性能指標塑性變形及其性能指標七、超塑性七、超塑性 材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的伸長率材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的伸長率(約約1000)而而不發(fā)生縮頸和不發(fā)生縮頸和斷裂斷裂的現(xiàn)象，稱為超塑性。的現(xiàn)象，稱為超塑性。產(chǎn)生超塑性的條件是：產(chǎn)生超塑性的條件是：超細晶粒超細晶粒，要求晶粒達到微米量級，要求晶粒達到微米量級，且為且為等軸晶等軸晶；合適的變形條件合適的變形條件，變形溫度在，變形溫度在0.4Tm以上（以上（Tm是是熔點，絕對溫度），應(yīng)變速率一般大于或等于熔點，絕對溫度），應(yīng)變速率一般大于或等于10-3s-1；應(yīng)變速應(yīng)變速率敏感指數(shù)較高率敏感指數(shù)較高，出現(xiàn)超塑性的條件是，出現(xiàn)超塑性的條件是0.3m1，當(dāng)，當(dāng)m0.3時，時，材料就不出現(xiàn)超塑性。材料就不出現(xiàn)超塑性。超塑性變形時的一個明顯特點是：雖然材料產(chǎn)生了很大的應(yīng)變，超塑性變形時的一個明顯特點是：雖然材料產(chǎn)生了很大的應(yīng)變，但在應(yīng)變前后，晶?；旧媳３值容S狀態(tài)。在超塑性變形中，晶界但在應(yīng)變前后，晶?；旧媳３值容S狀態(tài)。在超塑性變形中，晶界滑動產(chǎn)生的應(yīng)變滑動產(chǎn)生的應(yīng)變g在總應(yīng)變在總應(yīng)變t中所占比例一般在中所占比例一般在5070之間，之間，這表明晶界滑動在超塑性變形中起了主要作用，當(dāng)然也需要與之協(xié)這表明晶界滑動在超塑性變形中起了主要作用，當(dāng)然也需要與之協(xié)調(diào)的調(diào)的晶界滑移和晶內(nèi)位錯晶界滑移和晶內(nèi)位錯運動的配合。運動的配合。ZrO21650