1、第九章第九章材料的力學性能材料的力學性能材料科學與工程學院材料科學與工程學院q什么是材料的力學性能？什么是材料的力學性能？q材料力學性能課程的研究內容有哪些？材料力學性能課程的研究內容有哪些？緒論緒論q 什么是材料的力學性能？什么是材料的力學性能？（金屬）材料（金屬）材料 具有各種使用性能具有各種使用性能 用途廣泛用途廣泛使用性能使用性能物理性能物理性能（導電、導熱、電磁等）（導電、導熱、電磁等）力學性能力學性能（強度、硬度、塑性等）（強度、硬度、塑性等）工藝性能工藝性能（焊接、成形等）（焊接、成形等）化學性能（耐腐蝕、抗氧化等）緒論緒論材料的力學性能材料的力學性能是指材料在外加載荷（外力或能

2、量）作用下，或載是指材料在外加載荷（外力或能量）作用下，或載荷與環境因素（溫度、介質和加載速率）聯合作用下所表現出荷與環境因素（溫度、介質和加載速率）聯合作用下所表現出的行為。這種行為又稱為力學行為，通常表現為金屬的變形和的行為。這種行為又稱為力學行為，通常表現為金屬的變形和斷裂。斷裂。 材料抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能力材料抵抗外加載荷引起的變形和斷裂的能力。 mechanical properties; mechanical behavior mechanical properties; mechanical behavior 材料的失效材料的失效( (failurefailure)

3、)： 如果材料抵抗變形與斷裂的能力與服役條件不適應，則機件失如果材料抵抗變形與斷裂的能力與服役條件不適應，則機件失去預定效能（過量彈性變形、過量塑性變形、斷裂、磨損等），去預定效能（過量彈性變形、過量塑性變形、斷裂、磨損等），材料的力學性能又可以稱為失效抗力。材料的力學性能又可以稱為失效抗力。 緒論緒論影響力學性能的因素影響力學性能的因素載荷性質載荷性質應力狀態應力狀態環環 境境溫溫 度度化學成分化學成分顯微組織顯微組織殘余應力殘余應力冶金質量冶金質量內在因素內在因素外在因素外在因素緒論緒論不同服役條件對材料的性能要求不同不同服役條件對材料的性能要求不同緒論緒論q 材料力學性能課程主要內容？材

4、料力學性能課程主要內容？ 材料在各種服役條件下的失效現象及微觀機理；材料在各種服役條件下的失效現象及微觀機理； 材料力學性能指標的本質、概念、實用意義，以及各種力學性能材料力學性能指標的本質、概念、實用意義，以及各種力學性能 指標之間的相互聯系；指標之間的相互聯系； 影響材料力學性能的因素，提高力學性能的方向和途徑；影響材料力學性能的因素，提高力學性能的方向和途徑； 材料力學性能的測試技術。材料力學性能的測試技術。目的：目的：1 1）合理使用材料）合理使用材料掌握不同服役條件下力學性能變化規律，有助于正確選擇材料；掌握不同服役條件下力學性能變化規律，有助于正確選擇材料；2 2）研究開發新材料）

5、研究開發新材料明確提高力學性能的方向和途徑，是研發新材料的關鍵；明確提高力學性能的方向和途徑，是研發新材料的關鍵；3 3）改進和開發冷熱加工工藝。）改進和開發冷熱加工工藝。1 1、材料的變形、材料的變形1 1.1.1 材料的力學性能材料的力學性能材料力學性能指標是結構設計、材料選擇、工藝評價以及材料檢驗的主要依據。測定材料力學性能最常用的方法是靜載荷方法，即在溫度、應力狀態和加載速率都固定不變的狀態下測定力學性能指標的一種方法。1.1 材料的拉伸性能材料的拉伸性能靜拉伸試驗：常溫、單向靜拉伸載荷，光滑試樣。（應用最為廣泛的方法）靜拉伸試驗：常溫、單向靜拉伸載荷，光滑試樣。（應用最為廣泛的方法）

6、通過拉伸試驗，可以獲得材料的彈性、塑性、強度、應變硬化、韌性等重要而又基本通過拉伸試驗，可以獲得材料的彈性、塑性、強度、應變硬化、韌性等重要而又基本的力學性能指標，這些指標的特性統稱為材料的拉伸性能。的力學性能指標，這些指標的特性統稱為材料的拉伸性能。1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能1.1.1 拉伸曲線和應力應變曲線拉伸曲線和應力應變曲線應力：單位截面上所受到的力稱為應力應力：單位截面上所受到的力稱為應力應變：單位長度上的變形量應變：單位長度上的變形量 0PA00l ll工程應力：拉伸載荷除以原始截面積工程應力：拉伸載荷除以原始截面積工程應變：試樣斷裂后量伸長量與原始長度的比值工程

7、應變：試樣斷裂后量伸長量與原始長度的比值真應力：實際上，在拉伸過程中，試樣的橫截面積是逐漸減小的，外加載真應力：實際上，在拉伸過程中，試樣的橫截面積是逐漸減小的，外加載荷除以試樣某一變形瞬間的截面積稱為真應力。荷除以試樣某一變形瞬間的截面積稱為真應力。iSPAl l01.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能拉伸曲線：拉伸曲線：載荷伸長曲線載荷伸長曲線（P-D Dl） 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 屈屈 服服 頸頸 縮縮1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能比例極限比例極限彈性極限彈性極限屈服極限屈服極限強度極限強度極限斷裂強度斷裂強度應力應變應力應變(stress-strain

8、)曲線曲線1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能強度指標及其測定方法強度指標及其測定方法（1）比例極限）比例極限p Pp/A0 (MPa)當應力比較小時，試樣的伸長隨應力成正比地增加，保持直線關系。當應力超過p時，曲線開始偏離直線，因此稱p為比例極限，是應力與應變成直線關系的最大應力值。1.11.1材料的力學性能材料的力學性能強度指標及其測定方法強度指標及其測定方法（2）彈性極限）彈性極限e Pe/A0 (MPa)應力應變曲線中，應力在e時稱為彈性強度極限，該階段為彈性變形階段。當應力繼續增加，超過e以后，試樣在繼續產生彈性變形的同時，也伴隨有微量的塑性變形，因此e是材料由彈性變形過渡到

9、彈塑性變形的應力。應力超過彈性極限以后，便開始發生塑性變形。 1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能強度指標及其測定方法強度指標及其測定方法（3）屈服極限（屈服強度）屈服極限（屈服強度）在拉伸過程中，當應力達到一定值時，拉伸曲線上出現了平臺或鋸齒形流變，在應力不增加或減小的情況下，試樣還繼續伸長而進入屈服階段。屈服階段恒定載荷Ps所對應的應力為材料的屈服點。 1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能強度指標及其測定方法強度指標及其測定方法（4）強度極限（抗拉強度）強度極限（抗拉強度）隨著塑性變形的增大，變形抗力不斷增加，當應力達到最大值b以后，材料的形變強化效應已經不能補償橫截面積的

10、減小而引起的承載能力的降低，試樣的某一部位截面開始急劇縮小，因而在工程應力應變曲線上，出現了應力隨應變的增大而降低的現象。曲線上的最大應力b為抗拉強度極限，它是由試樣拉斷前最大載荷所決定的條件臨界應力，即試樣所能承受的最大載荷除以原始截面積。 1.1 1.1 材料的力學性能材料的力學性能強度指標及其測定方法強度指標及其測定方法（5）斷裂強度）斷裂強度斷裂強度K是試樣拉斷時的真實應力，表征材料對斷裂的抗力。但是，對塑性材料來說，它在工程上意義不大，因為產生頸縮后，試樣所能承受的外力不但不增加，反而減少，故國家標準中沒有規定斷裂強度。 1 1 材料的力學性能材料的力學性能脆性材料的拉伸性能脆性材料

11、的拉伸性能脆性材料（玻璃、巖石、陶瓷、淬火高碳鋼及鑄鐵等材料 ）在拉伸變形時只產生彈性變形(a)，一般不產生或產生很微量的塑性變形。表征脆性材料力學特征的主要參量有兩個：彈性模量E；斷裂強度k。在工程上使用的脆性材料并非都屬于完全的脆性，尤其是金屬材料，在工程上使用的脆性材料并非都屬于完全的脆性，尤其是金屬材料，絕大多數都有些塑性，在拉伸變形后，即便是脆性材料，也或多或少絕大多數都有些塑性，在拉伸變形后，即便是脆性材料，也或多或少會產生一些塑性變形會產生一些塑性變形.(c) .(c) 材料的力學性能材料的力學性能脆性材料的斷裂強度等于甚至低于彈性極限，因此斷裂前不發生塑性脆性材料的斷裂強度等于

12、甚至低于彈性極限，因此斷裂前不發生塑性變形，其抗拉強度比較低，但是這種材料的抗壓強度比較高，一般情變形，其抗拉強度比較低，但是這種材料的抗壓強度比較高，一般情況下，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大幾倍，理論上可以達到抗拉況下，脆性材料的抗壓強度比抗拉強度大幾倍，理論上可以達到抗拉強度的強度的8 8倍。倍。因此，在工程上，脆性材料被大量地應用于受壓載荷的構件上，如車因此，在工程上，脆性材料被大量地應用于受壓載荷的構件上，如車床的床身一般由鑄鐵制造，建筑上用的混凝土被廣泛地用于受壓狀態床的床身一般由鑄鐵制造，建筑上用的混凝土被廣泛地用于受壓狀態下，如果需要承受拉伸載荷，則用鋼筋來加固。下，如果需要承

13、受拉伸載荷，則用鋼筋來加固。 彈性變形：材料的質點在平衡位置所產生的可逆位移。1.2 材料的彈性變形材料的彈性變形 任何材料在外力作用下都會或多或少地發生變形，根據外力去任何材料在外力作用下都會或多或少地發生變形，根據外力去除后材料的變形能否恢復，可分為彈性變形和塑性變形兩種：能除后材料的變形能否恢復，可分為彈性變形和塑性變形兩種：能恢復的變形稱為彈性變形，不能恢復的變形稱為塑性變形。本章恢復的變形稱為彈性變形，不能恢復的變形稱為塑性變形。本章將集中研究材料的彈性變形和塑性變形的基本規律及原理。將集中研究材料的彈性變形和塑性變形的基本規律及原理。1.2 1.2 材料的彈性變形材料的彈性變形 彈

14、性變形的基本特點彈性變形的基本特點 材料的彈性變形是指材料在外力作用下發生一材料的彈性變形是指材料在外力作用下發生一定量的變形，當外力去除后，材料能夠恢復原來形定量的變形，當外力去除后，材料能夠恢復原來形狀的變形。狀的變形。 可逆性可逆性 單值性單值性 正正彈性應變彈性應變- -由正應力引起；由正應力引起； 切彈性應變切彈性應變- -由切應力引起由切應力引起 變形量小：變形量小：0.5%-1%0.5%-1%1.21.2材料的彈性變形材料的彈性變形 彈性變形的物理本質彈性變形的物理本質起源于晶體點陣中原子間的相互作用起源于晶體點陣中原子間的相互作用1.21.2材料的彈性變形材料的彈性變形 胡克定

15、律胡克定律簡單應力狀態下的胡克定律簡單應力狀態下的胡克定律yyEyxzE G2(1)EG單向拉伸單向拉伸E, G,之間關系之間關系剪切和扭轉剪切和扭轉1.21.2材料的彈性變形材料的彈性變形 胡克定律胡克定律廣義胡克定律廣義胡克定律1()xxyzE xyxyG1()yyzxE 1()zzxyE yzyzGzxzxG 彈性模量的意義彈性模量的意義表明材料抵抗彈性變形的能力表明材料抵抗彈性變形的能力- -剛度；剛度；單晶體材料單晶體材料- -各向異性；多晶體材料各向異性；多晶體材料- -（基本上）各向同性。（基本上）各向同性。對于按照剛度要求設計的構件，應選用彈性模量值高的材料。因為用彈性模量高對

16、于按照剛度要求設計的構件，應選用彈性模量值高的材料。因為用彈性模量高的材料制成的構件受到外力作用時，保持其固有尺寸和形狀的能力強，即構件的的材料制成的構件受到外力作用時，保持其固有尺寸和形狀的能力強，即構件的剛度高。剛度高。1.3 1.3 彈性模量及其影響因素彈性模量及其影響因素1.3 1.3 彈性模量及其影響因素彈性模量及其影響因素厚度減到 11.5mm 最大彈性變形 0.0299mm 原有厚度：13.5mm 最大彈性變形 0.0245mm 對車輪減重進行了對車輪減重進行了FEM模擬計算，確認減薄、減重的可行性模擬計算，確認減薄、減重的可行性模擬計算結果：最大彈性變形相差模擬計算結果：最大彈

17、性變形相差0.005mm，滿足要求，滿足要求 1.3 1.3 彈性模量及其影響因素彈性模量及其影響因素 彈性模量的影響因素彈性模量的影響因素 與晶格類型和原子間距密切相關；與晶格類型和原子間距密切相關； 化學成分化學成分：合金中固溶溶質元素雖然可以合金中固溶溶質元素雖然可以改變合金的晶格常數，但對于常用鋼鐵合金來改變合金的晶格常數，但對于常用鋼鐵合金來說，合金化對其晶格常數改變不大，因而對彈說，合金化對其晶格常數改變不大，因而對彈性模量影響很小。性模量影響很小。 熱處理改變組織的強化工藝，但對彈性模熱處理改變組織的強化工藝，但對彈性模量值影響不大。量值影響不大。 冷塑性變形使冷塑性變形使E值稍

18、有降低，一般降低值稍有降低，一般降低4%6%，但當變形量很大時，因形變織構而，但當變形量很大時，因形變織構而使其出現各向異性，沿變形方向使其出現各向異性，沿變形方向 E 值最大。值最大。 對于鋼鐵材料來說，每加熱對于鋼鐵材料來說，每加熱100，其彈性，其彈性模量模量E值就下降值就下降3%5%。但在。但在-5050范圍范圍內，鋼的內，鋼的E值變化不大，可以不考慮溫度的影值變化不大，可以不考慮溫度的影響。響。加載速度對彈性模量也沒有大的影響加載速度對彈性模量也沒有大的影響。彈性比功彈性比功又被稱為彈性應變能密度，又被稱為彈性應變能密度，指材料吸收變形功而又不發生永久變形的能力。指材料吸收變形功而又

19、不發生永久變形的能力。 彈性：材料彈性變形的能力；彈性：材料彈性變形的能力；剛度：材料彈性變形抗力剛度：材料彈性變形抗力2122eeeWE 一種是汽車沒有滿載，彈簧變形已達到最大，卸載后，彈簧完全恢復到原來的狀態，這是由于彈簧剛度不足造成的。由于彈性模量是對成分、組織不敏感的性能，因此，解決這一問題，要從加大彈簧尺寸和改進彈簧結構著手。另一種情況是彈簧使用一段時間后，發現彈簧的弓形越來越小，即產生了塑性變形，這是彈簧的彈性不足，是由于材料的彈性極限低造成的。可以利用改變材料、對材料進行熱處理等手段，從而提高鋼的彈性極限的辦法來解決。1.3 1.3 彈性模量及其影響因素彈性模量及其影響因素1）滯

20、彈性）滯彈性 實際金屬材料在外力作用下開始產生實際金屬材料在外力作用下開始產生彈性變形時，沿彈性變形時，沿OA變化，產生瞬時彈性變化，產生瞬時彈性應變應變Oa之后，在載荷不變的條件下，隨之后，在載荷不變的條件下，隨時間延長，變形慢慢增加，產生附加的彈時間延長，變形慢慢增加，產生附加的彈性應變性應變aH。這一現象叫做。這一現象叫做正彈性后效或正彈性后效或彈性蠕變。彈性蠕變。 卸載時，立即沿卸載時，立即沿Bc變化，部分彈性變化，部分彈性應變應變Hc消失，之后，隨時間延長，變形消失，之后，隨時間延長，變形才緩慢消失至零。這一現象稱為才緩慢消失至零。這一現象稱為反彈性后反彈性后效。效。 這種彈性應變落

21、后于外加應力，并和這種彈性應變落后于外加應力，并和時間有關的彈性變形稱為滯彈性或彈性后時間有關的彈性變形稱為滯彈性或彈性后效。隨時間延長而產生的附加彈性應變稱效。隨時間延長而產生的附加彈性應變稱為滯彈性應變。為滯彈性應變。 1.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為 2）粘彈性：材料在歪理作用下，彈性和粘性兩種機理同時存在的力學行為。1.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為滯彈性意義滯彈性意義 在儀表和精密機械中，選用重要傳感在儀表和精密機械中，選用重要傳感元件的材料時，需要考慮彈性后效問題，元件的材料時，需要考慮彈性后效問題，如長期受載的測力彈簧、薄膜傳感件等。

22、如長期受載的測力彈簧、薄膜傳感件等。如選用的材料彈性后效較明顯，會使儀表如選用的材料彈性后效較明顯，會使儀表精度不足甚至無法使用。精度不足甚至無法使用。1.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為 3）偽彈性：一定溫度條件下，當應力達到一定水平后，金屬或合金將產生應力誘發馬氏體相變，伴隨著相變產生大幅度的彈性變形現象。1.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為1.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為 4）包申格效應包申格效應: : 對于產生了少量塑性變形（殘余應變約為對于產生了少量塑性變形（殘余應變約為1%4%）的材料，若再）的材料，若再同向同向加載則

23、加載則規定殘余規定殘余伸長應力伸長應力（彈性極限或屈服強度）（彈性極限或屈服強度）升高升高；若再；若再反向反向加載則加載則規定殘余伸長應力規定殘余伸長應力（彈性極限或屈（彈性極限或屈服強度）服強度）降低降低，該現象稱為包申格效應。，該現象稱為包申格效應。4）包申格效應）包申格效應材料經過預先加載產生微量塑性變形，材料經過預先加載產生微量塑性變形，同向加載彈性極限升高，同向加載彈性極限升高，反向加載彈性極限降低。反向加載彈性極限降低。 320240160 80 080320240160240MPa176MPa287MPa85MPa初始拉伸初始壓縮初始壓縮后，二次壓縮初始壓縮后，二次拉伸1.4 1

24、.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為產生原因：產生原因：與位錯運動阻力變化有關。與位錯運動阻力變化有關。運動著的位錯遇林位錯而使其彎運動著的位錯遇林位錯而使其彎曲，所以位錯前方林位錯密度增曲，所以位錯前方林位錯密度增加，形成位錯纏結等。加，形成位錯纏結等。卸載后同向加載，位錯不能做卸載后同向加載，位錯不能做明顯運動；明顯運動；反向加載，位錯運動障礙較少，反向加載，位錯運動障礙較少，位錯可以在較低應力下移動較大位錯可以在較低應力下移動較大距離。距離。121.4 1.4 材料的非理想彈性行為材料的非理想彈性行為 度量包申格效應的基度量包申格效應的基本定量指標是包申格應變，本定量指標是包申

25、格應變，它是指在給定應力下，正它是指在給定應力下，正向加載與反向加載兩應力向加載與反向加載兩應力應變曲線之間的應變差應變曲線之間的應變差(圖圖1-8)。 在圖在圖1-8中，中，b點為拉點為拉伸應力應變曲線上給定伸應力應變曲線上給定的流變應力，的流變應力， bc即為即為包申格應變。包申格應變。包申格效應的意義包申格效應的意義 如果金屬材料預先經受大量塑性變形，因位錯增殖和難于重分布，則在隨后反向加載時，包申格應變等于零。 用處： （1）.包申格效應對于承受應變疲勞載荷作用的機件在應變疲勞過程中，每一周期內都產生微量塑性變形，在反向加載時，微量塑性變形抗力(規定殘余伸長應力)降低，顯示循環軟化現象

26、。 （2）.對于預先經受冷塑性變形的材料，如服役時受反向力作用，就要考慮微量塑性變形抗力降低的有害影響，如冷拉型材及管子在受壓狀態下使用就是這種情況。 （3）.利用包申格效應，如薄板反向彎曲成型。拉撥的鋼棒經過軋輥壓制變直等。 消除包申格效應的方法是:預先進行較大的塑性變形，或在第二次反向受力前先使金屬材料于回復或再結晶溫度下退火，如鋼在400500以上，銅合金在250270以上退火。 塑性變形的一般特點塑性變形的一般特點1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形變形不可逆；變形不可逆；主要有切應力引起；主要有切應力引起；指標指標延伸率，斷面收縮率；延伸率，斷面收縮率；形變程度大；形變程度大

27、；塑性變形能力和抗力受多種因素影響；塑性變形能力和抗力受多種因素影響；變形過程會產生回復、再結晶、應力松弛等；變形過程會產生回復、再結晶、應力松弛等；伴隨有彈性變形和加工硬化，伴隨有彈性變形和加工硬化，變形曲線非線性。變形曲線非線性。 塑性變形機理塑性變形機理塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑移、擴散型蠕變塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑移、擴散型蠕變（1）滑移變形）滑移變形材料在切應力作用下，沿一定的晶面和一定的晶向進行的切變過程材料在切應力作用下，沿一定的晶面和一定的晶向進行的切變過程1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形滑移系:每個滑移面和其上的一個滑移方向的組合面心立方-Fe,

28、 Cu，Al 111110 12體心立方Fe110112123111 48密排六方(0001)(100)112-0 3材料的塑性與滑移系有關，還與滑移面原子排列的密度及原子在滑移方向上的排列數目有關。 塑性變形機理塑性變形機理（2）孿生變形）孿生變形高應變速率下發生；高應變速率下發生；孿生產生變形量小；孿生產生變形量小；具有一定的可逆性。具有一定的可逆性。孿生與滑移的區別：孿生與滑移的區別：第一，在晶體取向上，孿生變形產生孿晶，形成的是鏡像對稱晶體，晶體的取第一，在晶體取向上，孿生變形產生孿晶，形成的是鏡像對稱晶體，晶體的取向發生了改變，而滑移之后，沿滑移面兩側的晶體在取向上沒有發生變化。向發

29、生了改變，而滑移之后，沿滑移面兩側的晶體在取向上沒有發生變化。第二，切變情況不同。滑移是一種不均勻的切變，其變形主要集中在某些晶面第二，切變情況不同。滑移是一種不均勻的切變，其變形主要集中在某些晶面上進行，而另一些晶面之間則不發生滑移。孿生是一種均勻的切變，其每個晶上進行，而另一些晶面之間則不發生滑移。孿生是一種均勻的切變，其每個晶面位移量與到孿晶面的距離成正比。面位移量與到孿晶面的距離成正比。第三，變形量不同。孿生的變形量很小，并且很易受阻而引起裂紋。滑移的變第三，變形量不同。孿生的變形量很小，并且很易受阻而引起裂紋。滑移的變形量可達百分之百乃至數千。形量可達百分之百乃至數千。 1.5 1.

30、5 材料的塑性變形材料的塑性變形 塑性變形機理塑性變形機理（3）晶界滑移和擴散型蠕變）晶界滑移和擴散型蠕變高溫下，多晶體金屬材料因晶界性質弱化，變形將集中于晶界進行。高溫下，多晶體金屬材料因晶界性質弱化，變形將集中于晶界進行。變形時，可以使晶界切變滑動，也可以借助于晶界上空穴和間隙原子定變形時，可以使晶界切變滑動，也可以借助于晶界上空穴和間隙原子定向擴散遷移來實現。向擴散遷移來實現。1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形 單晶體和多晶體材料塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（1）單晶體塑性變形的特點）單晶體塑性變形的特點 滑移面上分切應力必須大于臨界分切應力；滑移面上分切應力

31、必須大于臨界分切應力； 晶體的臨界分切應力是各向異性的；晶體的臨界分切應力是各向異性的； 對于制備好后卻從未受過任何形變的晶體，其最易滑移面和最易對于制備好后卻從未受過任何形變的晶體，其最易滑移面和最易滑移方向上的臨界分切應力都很小。隨著塑性形變的發展，緊跟著滑移方向上的臨界分切應力都很小。隨著塑性形變的發展，緊跟著就迅速就迅速“硬化硬化” ； 形變硬化并不是絕對穩固的特性形變硬化并不是絕對穩固的特性 ； 單晶體的塑性變形將由一連串的破壞過程和一連串的單晶體的塑性變形將由一連串的破壞過程和一連串的“回復回復”過過程組成。程組成。 1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形 單晶體和多晶體材料

32、塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（2）多晶體塑性變形的特點）多晶體塑性變形的特點 形變的不均一性形變的不均一性 ； 各晶粒變形的不同時性；各晶粒變形的不同時性； 多晶體的形變抗力通常較單晶體高；多晶體的形變抗力通常較單晶體高； 在較低溫度下，晶界具有比晶粒內部大的形變阻力；而在較高溫度在較低溫度下，晶界具有比晶粒內部大的形變阻力；而在較高溫度時，塑性變形可表現為沿著晶粒間分界面相對滑移，即晶界的形變阻時，塑性變形可表現為沿著晶粒間分界面相對滑移，即晶界的形變阻力此時并不比晶粒內部大。力此時并不比晶粒內部大。晶體塑性變形在性質上所表現的特點和單晶體比較有重大差別，這些晶體塑性變形在

33、性質上所表現的特點和單晶體比較有重大差別，這些差別的根源在于多晶體各晶粒本身空間取向的不一致和晶界的存在差別的根源在于多晶體各晶粒本身空間取向的不一致和晶界的存在 。 1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形 單晶體和多晶體材料塑性變形的特點單晶體和多晶體材料塑性變形的特點（3）形變織構和各向異性形變織構和各向異性 隨著塑性變形程度的增加，各個晶粒的滑移方向逐漸向隨著塑性變形程度的增加，各個晶粒的滑移方向逐漸向主形變方向轉動，使多晶體中原來取向互不相同的各個晶粒主形變方向轉動，使多晶體中原來取向互不相同的各個晶粒在空間取向逐漸趨向一致，這一現象稱為在空間取向逐漸趨向一致，這一現象稱為擇優取

34、向擇優取向；材料變；材料變形過程中的這種組織狀態稱為形過程中的這種組織狀態稱為形變織構形變織構。 1.5 1.5 材料的塑性變形材料的塑性變形1 1.6 .6 塑性材料的力學性能塑性材料的力學性能塑性材料的拉伸性能塑性材料的拉伸性能塑性較好的工程材料曲線大致可分為塑性較好的工程材料曲線大致可分為彈性變形彈性變形、塑性變形塑性變形和和斷裂斷裂三個階段。三個階段。彈性變形階段，真應力應變曲彈性變形階段，真應力應變曲線與工程應力應變曲線基本重合；線與工程應力應變曲線基本重合；從塑性變形開始到應力最大的從塑性變形開始到應力最大的b b點，即點，即均勻塑性變形階段，真應力高于工程應均勻塑性變形階段，真應

35、力高于工程應力，隨應變的增大，兩者之差增大，但力，隨應變的增大，兩者之差增大，但真實應變小于工程應變。真實應變小于工程應變。頸縮開始后，塑性變形集中在頸縮區，頸縮開始后，塑性變形集中在頸縮區，試樣的橫截面面積急劇減小，雖然工程試樣的橫截面面積急劇減小，雖然工程應力隨應變增加而減少，但真應力仍然應力隨應變增加而減少，但真應力仍然增大，真應力應變曲線顯示出與工程增大，真應力應變曲線顯示出與工程應力應變曲線不同的變化趨勢。應力應變曲線不同的變化趨勢。1 1.6 .6 塑性材料塑性材料的力學性能的力學性能塑性材料的拉伸性能塑性材料的拉伸性能幾種塑性不連續型應力應變曲線：幾種塑性不連續型應力應變曲線：

36、（a）有明顯的屈服現象，而且有一段鋸齒形屈服平臺，之后發生均勻有明顯的屈服現象，而且有一段鋸齒形屈服平臺，之后發生均勻塑性變形。塑性變形。（退火低碳鋼等）（退火低碳鋼等） （b）均勻屈服型應力應變曲線，試樣受力產生彈性變形后，出現了均勻屈服型應力應變曲線，試樣受力產生彈性變形后，出現了明顯上、下屈服點。明顯上、下屈服點。（Fe單晶中常見，多晶純鐵、半導體材料硅、金屬鍺也有單晶中常見，多晶純鐵、半導體材料硅、金屬鍺也有。）。） （c）彈性變形之后，有一系列的鋸齒疊加于拋物線型的塑性流變曲線彈性變形之后，有一系列的鋸齒疊加于拋物線型的塑性流變曲線上。這種現象是由于材料內部不均勻變形造成的。上。這種

37、現象是由于材料內部不均勻變形造成的。（多是由于孿生或者溶質原子（多是由于孿生或者溶質原子與位錯的交互作用）與位錯的交互作用） 屈服現象屈服現象在拉伸試驗中，當外力不增加在拉伸試驗中，當外力不增加(保持恒定保持恒定)時試樣仍然能夠伸長或外力增加時試樣仍然能夠伸長或外力增加到一定數值時突然下降，然后在外力不增加或上下波動時試樣繼續伸長變到一定數值時突然下降，然后在外力不增加或上下波動時試樣繼續伸長變形，這種現象叫屈服。形，這種現象叫屈服。 呂德斯帶呂德斯帶 屈服強度屈服強度對單晶體來說，對單晶體來說，它是第一條滑移線開始出現的抗力。如它是第一條滑移線開始出現的抗力。如用切應力表示，即滑移臨界切應力

38、用切應力表示，即滑移臨界切應力c。對于多晶體來說，對于多晶體來說，用產生微量塑性變形的應力定義為屈服強度。用產生微量塑性變形的應力定義為屈服強度。對于拉伸時出現屈服平臺的材料，對于拉伸時出現屈服平臺的材料，由于下屈服點再現性較好，由于下屈服點再現性較好，故以下屈服應力作為材料的屈服強度。故以下屈服應力作為材料的屈服強度。 1.7 1.7 材料的屈服材料的屈服 影響屈服強度的因素影響屈服強度的因素1.7 1.7 材料的屈服材料的屈服(1) 影響屈服強度的內在因素 金屬本質及晶格類型 一般地，多相合金的塑性變形主要在基體相中進行，這表明位錯主要分布在基體相中。位錯的運動首先決定于基體相的各種阻力。而金屬臨界切應力都與其切變彈性模量G有關。G值越高，其臨界切應力越大。過渡族金屬Fe，Ni等，G值較高，其臨界切應力也高，因而屈服強度也高。 同時，臨界切應力還與晶體類型有關。金屬滑移方向的原子間距b(柏氏矢量)越大，臨界切應力越大；反之，則臨界切應力越小。如密排面心立方金屬Cu，Al和六方金屬Mg，Zn等，因為b小，其臨界切應力都很低；而體心立方金屬Fe，Cr等，其臨界切應力因b大都較高。 晶粒大小和亞結構 許多金屬與合金的屈服強度和晶粒大小的關系符合HallPetch關系 120syk d1.7 1.7 材料的屈服材料的屈服 溶質元素溶