1、第一節(jié)拉伸曲線和應力應變曲線第一節(jié)拉伸曲線和應力應變曲線1 1、拉伸試樣、拉伸試樣2 2、拉伸曲線和應力、拉伸曲線和應力- -應變曲線應變曲線3 3、真應力、真應力- -真應變曲線真應變曲線圓形試樣板狀試樣試驗設備試驗設備萬能試驗機萬能試驗機一、低碳鋼拉伸時的一、低碳鋼拉伸時的力學性能力學性能低碳鋼低碳鋼含碳量含碳量在在0.25%以下的碳以下的碳素鋼。素鋼。試驗原理：試驗原理：力拉伸曲線圖力拉伸曲線圖應力應變曲線圖應力應變曲線圖力除以橫截面積力除以橫截面積 l除以試樣的長度除以試樣的長度l塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能以低碳鋼以低碳鋼Q235拉伸實驗拉伸實驗的應力應變圖為例。的應力應變圖

2、為例。低碳鋼低碳鋼拉伸過程拉伸過程4個典型階段。個典型階段。1.線性階段線性階段:拉伸的初始階拉伸的初始階段，即段，即Oa階段。階段。特征特征：此階段內：此階段內應力應應力應變變遵循胡克定律。遵循胡克定律。E線性階段的最高點線性階段的最高點a所對應的應力稱為材料所對應的應力稱為材料的的比例極限比例極限,稱為：稱為：pOA階段的斜率在數(shù)階段的斜率在數(shù)值上等于材料的彈值上等于材料的彈性模量性模量E。塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能低碳鋼低碳鋼拉伸過程中拉伸過程中的的4個典型階段。個典型階段。2.屈服階段屈服階段:應力應變圖水平階段，應力應變圖水平階段，特征特征：應力幾乎不變，變：應力幾乎不變，

3、變形急劇增大，材料失去抵形急劇增大，材料失去抵抗繼續(xù)變形的能力。抗繼續(xù)變形的能力。使材料發(fā)生屈服的應力，使材料發(fā)生屈服的應力，稱為稱為屈服應力屈服應力或或屈服極限屈服極限s以低碳鋼以低碳鋼Q235拉伸實驗拉伸實驗的應力應變圖為例。的應力應變圖為例。當試樣表面光滑時，在材料發(fā)生屈服時，在當試樣表面光滑時，在材料發(fā)生屈服時，在試樣的表面會出現(xiàn)與軸線成試樣的表面會出現(xiàn)與軸線成45度的線紋。度的線紋。為什么？為什么？原因原因：桿件的桿件的45度斜截面上作用有度斜截面上作用有最大切最大切應力應力，上述線紋是材料沿該截面產生滑移，上述線紋是材料沿該截面產生滑移所造成的，故稱為滑移線。所造成的，故稱為滑移線

4、。見前面見前面例題例題塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能屈服階段的滑移線現(xiàn)象屈服階段的滑移線現(xiàn)象塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能3.硬化階段硬化階段:經過屈服滑移之后，材料經過屈服滑移之后，材料重新具有抵抗繼續(xù)變形的重新具有抵抗繼續(xù)變形的能力，稱為能力，稱為應變硬化應變硬化。應變硬化應變硬化的最高點的最高點e所對所對應的應力，稱為材料的應的應力，稱為材料的強強度極限度極限 。b材料的材料的強度極限強度極限是材料所是材料所能承受的能承受的最大最大應力。應力。硬化階段材料又恢復并增硬化階段材料又恢復并增強了抵抗變形的能力。強了抵抗變形的能力。以低碳鋼以低碳鋼Q235拉伸實驗拉伸實驗的應力應變

5、圖為例。的應力應變圖為例。塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能4.縮頸階段縮頸階段:當應力超過材料的強度極限后，當應力超過材料的強度極限后，式樣的某一式樣的某一局部顯著收縮局部顯著收縮，產生，產生所謂所謂縮頸縮頸。縮頸出現(xiàn)后，雖然材料的縮頸出現(xiàn)后，雖然材料的應力減小不大應力減小不大，但是試樣的但是試樣的危險截面危險截面的面積的面積減小減小，拉伸所，拉伸所用的用的拉力顯著減小拉力顯著減小，最后試樣在，最后試樣在縮頸縮頸處斷處斷裂。裂。線性階段、屈服階段、硬化（強化）階段、縮頸階段試樣線性階段、屈服階段、硬化（強化）階段、縮頸階段試樣塑塑性性材材料料的的力力學學性性能能總結：總結：試樣的整個拉伸過

6、程，材試樣的整個拉伸過程，材料經歷了料經歷了線性線性階段、階段、屈服屈服階段、階段、硬化硬化階段與階段與縮頸縮頸階階段。段。整個拉伸過程，材料存在整個拉伸過程，材料存在三個三個典型典型特征點，對應的特征點，對應的應力依次為：應力依次為：比例極限應比例極限應力力、屈服應力屈服應力和和強度極限強度極限應力應力。以低碳鋼以低碳鋼Q235拉伸實驗拉伸實驗的應力應變圖為例。的應力應變圖為例。材材料料卸卸載載與與再再加加載載時時的的力力學學行行為為卸載方式一卸載方式一：當應力小于比例極當應力小于比例極限時卸載。限時卸載。現(xiàn)象現(xiàn)象：卸載過程應力與應變卸載過程應力與應變保持比例關系，沿保持比例關系，沿aO線回

7、到線回到O點。點。彈性極限彈性極限：僅產生彈性的現(xiàn)象一僅產生彈性的現(xiàn)象一直持續(xù)到應力應變直持續(xù)到應力應變曲線的某點曲線的某點b，與該，與該點對應的正應力稱為點對應的正應力稱為材料的彈性極限。材料的彈性極限。彈性彈性極限，極限，比例比例極限在數(shù)值上極限在數(shù)值上非常相近，但物理意義不同。非常相近，但物理意義不同。材材料料卸卸載載與與再再加加載載時時的的力力學學行行為為卸載方式二卸載方式二：當應力超過彈性當應力超過彈性極限時卸載。極限時卸載。現(xiàn)象現(xiàn)象：卸載過程應力與應卸載過程應力與應變關系，沿變關系，沿dd線線回到回到d點點,該直線與該直線與Oa大致平行。大致平行。p是塑性應變，是塑性應變，e是彈性

8、應變是彈性應變冷作冷作( (應變應變) )硬化現(xiàn)象：硬化現(xiàn)象：應力超過屈服極限后卸載，應力超過屈服極限后卸載，再次加載，材料的再次加載，材料的比例極比例極限限提高，而塑性降低的現(xiàn)提高，而塑性降低的現(xiàn)象。象。p是塑性應變，是塑性應變，e是彈性應變是彈性應變那么，怎樣考核塑性呢？那么，怎樣考核塑性呢？2022-3-517塑性性能指標塑性性能指標（1）延伸率）延伸率100%lll 斷裂時試驗段的殘余變形，斷裂時試驗段的殘余變形，l試件原長試件原長5%的材料為塑性材料；的材料為塑性材料； 5%的材料為脆性材料。的材料為脆性材料。（2）截面收縮率）截面收縮率%1001AAA1A 斷裂后斷口的橫截面面積，

9、斷裂后斷口的橫截面面積，A試件原面積試件原面積低碳鋼低碳鋼Q235的截面收縮率的截面收縮率60%。一一般般金金屬屬材材料料的的拉拉伸伸力力學學性性能能 塑性材料的應力塑性材料的應力應變圖有的應變圖有的存在存在明顯的明顯的屈服階段，有的屈服階段，有的不存在不存在明顯的屈服階段。明顯的屈服階段。一一般般金金屬屬材材料料的的拉拉伸伸力力學學性性能能塑性材料的應力應變圖不存在不存在明顯的屈服階段不存在明顯屈服階段不存在明顯屈服階段的的塑性材料，工程中通常塑性材料，工程中通常以卸載后產生數(shù)值為以卸載后產生數(shù)值為0.2的殘余應變作為的殘余應變作為屈服屈服強度強度或或名義屈服極限名義屈服極限脆性材料脆性材料

10、b拉伸拉伸拉伸：拉伸： 與與 無明顯的線性關系，無明顯的線性關系，拉斷前應變很小。抗拉強度差。拉斷前應變很小。抗拉強度差。破壞時沿橫截面拉斷。破壞時沿橫截面拉斷。脆性材料拉伸時的力學性能脆性材料拉伸時的力學性能低碳鋼的拉伸圖低碳鋼的拉伸圖(a)和應力應變曲線和應力應變曲線(b)玻璃、陶瓷、巖石、橫向交聯(lián)很好的聚合物及一些低溫下的金屬純彈性型純彈性型金屬及合金、部分陶瓷及非晶態(tài)高聚物。彈性均勻塑性彈性均勻塑性低溫和高應變速率下的面心立方金屬（孿生）。某些含碳原子的體心立方鐵合金以及鋁合金低溶質固溶體。彈性不均勻塑性彈性不均勻塑性 彈性不均勻塑性均勻塑性型體心立方的鐵基合金和若干有色金屬。彈性不均

11、勻塑性均勻塑性型彈性不均勻塑性均勻塑性型 彈性不均勻塑性均勻塑性型結晶態(tài)高聚物和未經拉伸的線形非晶態(tài)高聚物。彈性不均勻塑性均勻塑性型彈性不均勻塑性均勻塑性型第二節(jié)彈性變形、虎克定律和彈性模量第二節(jié)彈性變形、虎克定律和彈性模量1 1、彈性變形的虎克定律和雙原子模型、彈性變形的虎克定律和雙原子模型2 2、常用彈性常數(shù)和彈性模量、常用彈性常數(shù)和彈性模量3 3、剛度的概念及其應用、剛度的概念及其應用a0ff吸引力金屬正離子與公有電子間庫侖引力吸引力金屬正離子與公有電子間庫侖引力作用的結果，這是一種長程力，在比原子間距作用的結果，這是一種長程力，在比原子間距大得多的距離處它仍然起作用并占優(yōu)勢。大得多的距

12、離處它仍然起作用并占優(yōu)勢。排斥力由同性電荷（離子，電子）間的庫排斥力由同性電荷（離子，電子）間的庫侖斥力以及相鄰原子電子層互相重疊的泡里斥侖斥力以及相鄰原子電子層互相重疊的泡里斥力所造成的，這是一種短程長，只有當原子距力所造成的，這是一種短程長，只有當原子距離接近時才起主導作用。離接近時才起主導作用。a0ff原子間距1231引力，引力，2斥力，斥力，3合力合力a00引力斥力a0ff引力能斥力能原子間距Hookes Law: L-L0=常數(shù)L0F/S0EE：正彈性模量，Ex/x, 抵抗正應變能力G：切彈性模量，G=xy/xy,抵抗切應變能力 ：泊松比， =-y/x,橫向正應變與受力方向正應變比值

13、k：體積彈性模量，在三向壓縮下，壓強p與體積變化率之間的線性比例關系E=2G(1+) E=3k(1-2 ) 因此，各向同性材料只有兩個獨立分量。彈性模量的意義是以零件的剛度體現(xiàn)出來1、滯彈性變形的現(xiàn)象2、滯彈性變形的本質3、滯彈性變形的應用l環(huán)內面積相當于在交變載荷下不可逆的能量損環(huán)內面積相當于在交變載荷下不可逆的能量損失內耗（循環(huán)韌性）失內耗（循環(huán)韌性）l它標志著單向交變載荷下能以不可逆方式吸收它標志著單向交變載荷下能以不可逆方式吸收能量，而又不破壞的能力，即靠自身消除機械能量，而又不破壞的能力，即靠自身消除機械振動的抗力，是一種很有用的力學性能指標。振動的抗力，是一種很有用的力學性能指標。

14、l工程上不允許彈性后效儀表、精密儀表中的測力彈簧、樂器等；l工程上希望彈性后效飛機螺旋漿、汽輪機葉片、機床床身等。l影響彈性后效和循環(huán)韌性的因素：影響彈性后效和循環(huán)韌性的因素：材料本質有關的晶體結構和組織不均勻性材料本質有關的晶體結構和組織不均勻性外部服役條件：溫度、加工硬化和應力狀態(tài)外部服役條件：溫度、加工硬化和應力狀態(tài)l高聚物大分子鏈結構和熱運動導致高聚高聚物大分子鏈結構和熱運動導致高聚物的粘彈性。物的粘彈性。1、非比例變形2、規(guī)定非比例伸長應力3、規(guī)定總伸長應力4、規(guī)定殘余伸長應力5、幾種應力的比較非比例伸長非比例伸長=滯彈性伸長滯彈性伸長+蠕變伸長蠕變伸長+塑性伸長塑性伸長 滯彈性伸長

15、是可恢復的彈性部分，蠕變滯彈性伸長是可恢復的彈性部分，蠕變伸長是不可恢復的塑性部分，兩者都是與時伸長是不可恢復的塑性部分，兩者都是與時間相關的變形。塑性伸長是不可塑性的變形間相關的變形。塑性伸長是不可塑性的變形量，在低溫和室溫下，蠕變伸長和滯彈性伸量，在低溫和室溫下，蠕變伸長和滯彈性伸長所占的比重較小。長所占的比重較小。總伸長=總彈性伸長+總塑性伸長兩者都包括與時間有關的和與時間無關的部分卸載后的殘余伸長=塑性變形造成的永久伸長+滯彈性伸長規(guī)定非比例伸長應力（P）是指試樣標距部分的非比例伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。例如，P0.01、P0.05、P0.2表示規(guī)定非比例伸長率為0.01%

16、、0.05%、0.2%。 t=標距部分總伸長（彈性伸長+塑性伸長）達到規(guī)定的原始標距百分比的應力。如t0.5、t0.6、t0.7表示規(guī)定總伸長率為0.5%、0.6%、0.7%。 r指試樣卸除拉伸后，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力。如r0.2。 lP是加載時測定的；r是卸載時測定的，兩者大小有區(qū)別。r測試方法比較復雜，一般選用P或t。l一些特殊的高壓容器為保持嚴格的氣密性，其緊固螺栓要求不能有微殘余伸長，這時取0.1甚至0.01。而橋梁、建筑物等大型結構允許有更大的殘余變形量，取0.5。 1、不連續(xù)屈服2、影響屈服應力的因素1、不連續(xù)屈服屈服機理最初用柯氏氣團來解釋即位錯被溶

17、質原子釘錨。平臺的屈服應力有Hall-Petch關系：式中，0為單晶體屈服應力，與溫度和成分有關；K為系數(shù)，表征晶界對屈服應力影響程度，與晶界結構有關，與溫度關系不大。 2、影響屈服應力的因素 由Hall-Petch公式知，屈服應力與成分、組織、晶粒尺寸、晶界組織等有關，是一個內部因素敏感的力學性能指標；同時屈服應力又與外部因素如溫度、形變速率和應力狀態(tài)等有關。 溫度的影響溫度升高，屈服強度下降。這是因為：1）溫度升高，原子熱振動增大，點陣間距增加，彈性模量下降，晶格對位錯運動的阻力也下降，不同材料影響不同，體心立方結構最敏感，密排六方結構次之，面心立方結構最不敏感。2）溫度升高，阻礙位錯運動

18、的因素可借助熱激活和原子擴散等過程得到克服。 變形速率屈服強度與溫度及變形速率有關。因此，標準試驗時，加載速率不能大于30N/mm2/s，以保證數(shù)據可比性。應力狀態(tài)切應力越高，塑性變形越有利，則屈服強度越低。不同應力狀態(tài)下有效屈服強度排列順序為：扭轉拉伸彎曲三向不等拉伸。 123空間（三向）應力狀態(tài)：三個主應力均不為零空間（三向）應力狀態(tài)：三個主應力均不為零平面（二向）應力狀態(tài)：一個主應力為零平面（二向）應力狀態(tài)：一個主應力為零單向應力狀態(tài)：兩個主應力為零單向應力狀態(tài)：兩個主應力為零yxz x y z xy yxyz zy zx xz三向應力狀態(tài)三向應力狀態(tài)yxz x y z xy yxyz

19、zy zx xz三向應力狀態(tài)三向應力狀態(tài)xyx yyx兩向應力狀態(tài)兩向應力狀態(tài)xyxxyyx單向應力狀態(tài)單向應力狀態(tài)純剪應力狀態(tài)純剪應力狀態(tài)三向應力狀態(tài)三向應力狀態(tài)平面應力狀態(tài)平面應力狀態(tài)單向應力狀態(tài)單向應力狀態(tài)純切應力狀態(tài)純切應力狀態(tài)特例特例特例特例提高屈服強度的途徑：1）形變硬化：冷變形，增加位錯密度，提高屈服強度；2） 細化晶粒：；3）固溶強化：加入溶質元素，形成間隙型或置換型固溶體，與位錯作用以提高屈服強度；4）第二相強化：第二相的類型：聚合型和彌散型。第二相的成分與性質不同于基體，在質點周圍形成應力場，應力場對位錯運動有阻礙作用。屈服強度應該是材料開始塑性變形的應力塑性變形方式是滑移

20、和孿生。實際金屬材料的塑性變形特點：1、塑性變形不同時且不均勻不同滑移系上切應力分量最大值達到臨界分切應力的晶粒首先開始塑性變形某些晶粒已經塑性變形了，超過極限時可能導致微裂紋的產生2、各晶粒變形相互制約，需要協(xié)調某一晶粒發(fā)生塑性變形，則周圍的晶粒必須相應地變形。為了變形能相互協(xié)調，必須在更多的滑移系上配合進行滑移一個晶粒內部的變形量也不同，靠近晶粒邊界處點陣畸變大，中心小；靠近晶界處有不同的滑移系起作用，可能產生亞晶界3、形變織構和各向異性滑移方向逐漸向主變形方向轉動，出現(xiàn)擇優(yōu)取向，這種組織狀態(tài)稱為形變織構形成織構后，材料橫向和縱向性能出現(xiàn)差異 1、流變曲線和硬化指數(shù) 2、形變硬化的工程意義

21、 把材料初始屈服后的塑性變形和強 化過程叫做形變硬化 屈服應力初始塑性變形的抗力 流變應力繼續(xù)塑性變形并隨之升高的抗力，它相當于經過一定預應變后材料的屈服應力 用真應力真應變表示的硬化過程的曲線叫做流變（硬化）曲線 真應力真應變曲線一般用冪乘關系擬合的線性相關性最好。 相當于預應變 描述同一材料或相同形變硬化特性材料經過不同預應變的流變曲線相當于屈服應力 描述具有相似形變硬化特性，但有不同屈服應力時的流變曲線n=00n1X糾正書上錯誤糾正書上錯誤 p.22 金屬力學性能金屬力學性能 黃明志，石德珂，金志浩黃明志，石德珂，金志浩Hollomon公式雙對數(shù)坐標雙對數(shù)的Hollomon流變曲線 與P

22、有關 ，由Hollomon公式有：上式為用總應變表達的Hollomon流變曲線。 pe n表示材料抵抗形變的能力，表示材料抵抗形變的能力，n越大，越大，材料對連續(xù)塑性變形的抗力越高，面心材料對連續(xù)塑性變形的抗力越高，面心立方金屬的應變硬化指數(shù)大于體心立方立方金屬的應變硬化指數(shù)大于體心立方金屬的應變硬化指數(shù)。對理想彈性體金屬的應變硬化指數(shù)。對理想彈性體n=1；對理想塑性體；對理想塑性體n=0，即外力不增大，即外力不增大情況下，繼續(xù)塑性變形，完全無硬化能情況下，繼續(xù)塑性變形，完全無硬化能力；一般力；一般n=0.10.5。形變硬化的工程意義形變硬化的工程意義1 1、 形變強化與塑性變形相配合，保證了

23、金屬形變強化與塑性變形相配合，保證了金屬材料在截面上的均勻變形，得到均勻一致的材料在截面上的均勻變形，得到均勻一致的冷變形制品；冷變形制品；2 2、 形變強化使構件在工作中具有適當?shù)目古夹巫儚娀箻嫾诠ぷ髦芯哂羞m當?shù)目古既贿^載的能力，保證構件安全；然過載的能力，保證構件安全；3 3、 形變硬化是材料強化手段之一。特別是無形變硬化是材料強化手段之一。特別是無相變強化材料，通過噴丸和冷擠壓對表面進相變強化材料，通過噴丸和冷擠壓對表面進行強化。如行強化。如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti合金合金40%40%形變強化，強形變強化，強度提高度提高1 1倍；倍；4 4、形變強化可以降低碳鋼的塑性

24、，改善其加、形變強化可以降低碳鋼的塑性，改善其加工性能工性能。 1 1、最大力下的總伸長率和非比例伸長率、最大力下的總伸長率和非比例伸長率2 2、抗拉強度、抗拉強度3 3、斷后伸長率和斷面收縮率、斷后伸長率和斷面收縮率1 1、最大力下的總伸長率和非比例伸長率、最大力下的總伸長率和非比例伸長率最大力下的伸長率是指試樣拉到最大力最大力下的伸長率是指試樣拉到最大力時標距的伸長與原始標距的百分比，用總時標距的伸長與原始標距的百分比，用總伸長計算的稱為最大力下的總伸長率伸長計算的稱為最大力下的總伸長率gt；用非比例伸長計算的稱為最大力下的非比用非比例伸長計算的稱為最大力下的非比例伸長率例伸長率g。可以用

25、做圖法求可以用做圖法求gt和和g。 下面推導g-n關系：SF達到最大應力時，有dSdSSddSdF0根據體積不變原理有dldlSdSldSSdldVSlV0,積分得積分得設塑性變形服從設塑性變形服從Hollomon規(guī)律，則規(guī)律，則在最大力點有在最大力點有n=。通過上式就可以估計出通過上式就可以估計出n值。但嚴格地講，值。但嚴格地講，材料未必服從材料未必服從Hollomon規(guī)律。規(guī)律。 ddddlllllg)1ln()ln()ln(000nKnnnKnKKdd1)1ln(gn2 2、抗拉強度、抗拉強度抗拉強度（抗拉強度（b b）試樣拉斷過程中最試樣拉斷過程中最大力所對應的應力。最大力大力所對應的

26、應力。最大力F Fb b由試驗機或由試驗機或拉伸曲線圖（拉伸曲線圖（F Fll）獲得。）獲得。0/SFbb 對塑性較好的材料，它還對塑性較好的材料，它還表征材料最大均勻塑性變形的表征材料最大均勻塑性變形的抗力，并不代表材料的斷裂抗抗力，并不代表材料的斷裂抗力，因為這時材料不僅有一定力，因為這時材料不僅有一定的均勻塑性變形能力，而且還的均勻塑性變形能力，而且還可以在頸縮后有一定局部集中可以在頸縮后有一定局部集中變形，在后一過程中，其真應變形，在后一過程中，其真應力繼續(xù)上升，直到力繼續(xù)上升，直到K點所對應點所對應的的K真真為止，所以，為止，所以，b b真真 K真真。 對塑性很差的材料，如果只有均勻

27、塑性變形，則b b真 =K真。 對塑性很差的材料，如果只有極小塑性變形，則b =b真 =K真。 b在工程中應用非常廣泛：在工程中應用非常廣泛： 1、 b代表靜拉伸時實際零件所能承受的代表靜拉伸時實際零件所能承受的最大載荷最大載荷在工程設計中應用；在工程設計中應用； 2、 b易于測量，重現(xiàn)性好，又是一種組易于測量，重現(xiàn)性好，又是一種組織較敏感的力學性能指標織較敏感的力學性能指標產品規(guī)格說明和產品規(guī)格說明和質量控制的指標；質量控制的指標； 3、 金屬材料特別是碳鋼中，金屬材料特別是碳鋼中，b、布氏硬、布氏硬度和疲勞強度之間有一些經驗關系度和疲勞強度之間有一些經驗關系在工程在工程設計和工藝控制中十分

28、有用。設計和工藝控制中十分有用。 3、斷后伸長率和斷面收縮率、斷后伸長率和斷面收縮率 斷后伸長率斷后伸長率試樣拉斷后，標距和伸長試樣拉斷后，標距和伸長與原始標距的百分比。與原始標距的百分比。 斷裂在標距的中間三分之一處時，直接測斷裂在標距的中間三分之一處時，直接測量斷后伸長量斷后伸長l1，得，得%100001lll 斷面收縮率斷面收縮率拉斷后，頸縮自橫截拉斷后，頸縮自橫截面的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。面的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。 %100010SSS 一般一般比比更真實地反映材料的真實極更真實地反映材料的真實極限變形能力，所以測限變形能力，所以測比測比測更有意義，頸更有意義，

29、頸縮處應力狀態(tài)非常復雜。縮處應力狀態(tài)非常復雜。 頸縮處截面上的應力分布頸縮處截面上的應力分布 實際斷裂強度實際斷裂強度K K真真實際斷裂負實際斷裂負荷荷F FK K除以實際斷裂面積除以實際斷裂面積S SK K。)1 (/KbKKKKSF真真典型斷裂情況及典型斷裂情況及K真真在相應情況下的含義在相應情況下的含義斷口三個區(qū)斷口三個區(qū) 纖維區(qū)、放射區(qū)都是由材料的剪切變形所纖維區(qū)、放射區(qū)都是由材料的剪切變形所造成的，但與纖維區(qū)的剪切斷裂不同，是在造成的，但與纖維區(qū)的剪切斷裂不同，是在裂紋達到臨界尺寸后快速低能撕裂的結果。裂紋達到臨界尺寸后快速低能撕裂的結果。 斷裂過程：裂紋開始斷裂過程：裂紋開始于中心

30、，顯微孔洞、空洞于中心，顯微孔洞、空洞（微孔）（微孔）長大、聚集長大、聚集形成鋸齒狀纖維斷口形成鋸齒狀纖維斷口纖纖維區(qū)擴展到一定尺寸維區(qū)擴展到一定尺寸裂裂紋快速（失穩(wěn)）擴展形成紋快速（失穩(wěn)）擴展形成放射區(qū)（宏觀正斷，微觀放射區(qū)（宏觀正斷，微觀非解理）快速低能撕裂結非解理）快速低能撕裂結果果拉伸應力的分切應力拉伸應力的分切應力切斷形成剪切唇。切斷形成剪切唇。 三個區(qū)域所占面積大小與試樣原始三個區(qū)域所占面積大小與試樣原始尺寸、塑性有關，尺寸一定，塑性越好，尺寸、塑性有關，尺寸一定，塑性越好，放射區(qū)越小。放射區(qū)越小。 K K真真實際主要反映材料的切斷抗力實際主要反映材料的切斷抗力K K的大小。的大小

31、。 1 1、宏觀上斷裂分類、宏觀上斷裂分類2 2、宏觀斷口形貌、宏觀斷口形貌3 3、力學狀態(tài)圖、力學狀態(tài)圖1 1、宏觀上斷裂分類、宏觀上斷裂分類按斷前塑性變形（如以按斷前塑性變形（如以5 5斷面收縮率為斷面收縮率為界）或斷裂過程中吸收能量多少來分類界）或斷裂過程中吸收能量多少來分類。正斷正斷韌性斷裂韌性斷裂 切斷切斷斷裂正斷斷裂正斷 脆性斷裂脆性斷裂切斷切斷2 2、斷口宏觀形貌、斷口宏觀形貌 宏觀韌性斷裂斷口呈杯錐狀，纖維區(qū)、放射區(qū)宏觀韌性斷裂斷口呈杯錐狀，纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇，是緩慢發(fā)展、耗能高的撕裂過程。和剪切唇，是緩慢發(fā)展、耗能高的撕裂過程。 宏觀脆性斷裂斷口平齊而光亮，與主應力垂直，

32、宏觀脆性斷裂斷口平齊而光亮，與主應力垂直，主要是放射區(qū)，快速低能撕裂的結果，矩形斷口主要是放射區(qū)，快速低能撕裂的結果，矩形斷口有人字紋，人字紋尖指向源區(qū)。有人字紋，人字紋尖指向源區(qū)。材料越脆，放射線越細。若晶粒較粗，主要是材料越脆，放射線越細。若晶粒較粗，主要是反光小刻面（平面），這些小平面應是一個晶粒反光小刻面（平面），這些小平面應是一個晶粒內的解理面內的解理面晶狀斷口。晶狀斷口。 3、力學狀態(tài)圖、力學狀態(tài)圖 在材料加載方式和環(huán)境等因素給定的條在材料加載方式和環(huán)境等因素給定的條件下，希望能對可能發(fā)生的斷裂類型有一個件下，希望能對可能發(fā)生的斷裂類型有一個粗略的判斷。由位錯理論可知，切應力是位粗

33、略的判斷。由位錯理論可知，切應力是位錯運動的驅動力，位錯運動使晶體材料產生錯運動的驅動力，位錯運動使晶體材料產生塑性變形，位錯塞積導致裂紋萌生，但正應塑性變形，位錯塞積導致裂紋萌生，但正應力促使萌生裂紋擴展。如鑄鐵拉伸時力促使萌生裂紋擴展。如鑄鐵拉伸時=0.5，表現(xiàn)為脆性；硬度試驗時，表現(xiàn)為脆性；硬度試驗時=2，則出現(xiàn)壓，則出現(xiàn)壓痕而不破壞。因此，材料韌脆由內部和外部痕而不破壞。因此，材料韌脆由內部和外部因素決定，力學狀態(tài)圖是一種好的工具。因素決定，力學狀態(tài)圖是一種好的工具。 S線上各點表線上各點表示要發(fā)生屈服示要發(fā)生屈服的極限應力；的極限應力；K線上各點表線上各點表示要發(fā)生切斷示要發(fā)生切斷的

34、極限應力；的極限應力；K 真真線上各點線上各點表示要發(fā)生正表示要發(fā)生正斷的極限應力。斷的極限應力。 1 1、晶間斷裂和穿晶斷裂、晶間斷裂和穿晶斷裂2 2、解理斷裂和微孔聚合剪切斷裂、解理斷裂和微孔聚合剪切斷裂斷裂經歷裂紋的形成、擴展直至最終破斷裂經歷裂紋的形成、擴展直至最終破斷等不同階段，而斷裂過程每一階段都與斷等不同階段，而斷裂過程每一階段都與內部的、外部的、力學的、化學的以及物內部的、外部的、力學的、化學的以及物理的諸多因素有關，同時，斷裂過程的每理的諸多因素有關，同時，斷裂過程的每一階段又會在斷口上留下相應的痕跡、形一階段又會在斷口上留下相應的痕跡、形貌與特征。貌與特征。 通過斷口分析可

35、以揭示出斷裂過程的相通過斷口分析可以揭示出斷裂過程的相關因素，從而判明斷裂失效的性質和機理關因素，從而判明斷裂失效的性質和機理。斷口種類很多。按斷裂性質分類可以分斷口種類很多。按斷裂性質分類可以分為：為：1 1、脆性斷裂：單調加載，斷裂前無明、脆性斷裂：單調加載，斷裂前無明顯的塑性變形；顯的塑性變形；2 2、韌性斷裂：單調加載，斷裂前有明、韌性斷裂：單調加載，斷裂前有明顯的塑性變形；顯的塑性變形；3 3、疲勞斷裂：循環(huán)加載引起斷裂；、疲勞斷裂：循環(huán)加載引起斷裂；4 4、環(huán)境促進的斷裂：浸蝕性介質、單、環(huán)境促進的斷裂：浸蝕性介質、單調加載慢速斷裂；調加載慢速斷裂；5 5、高溫蠕變斷裂：高溫單調慢

36、速加載。、高溫蠕變斷裂：高溫單調慢速加載。 (a)(b)(a)(b)空洞空洞(a)(b)1.11.11.11.1晶間斷裂和穿晶斷裂晶間斷裂和穿晶斷裂 按斷裂路徑分類可以分為：按斷裂路徑分類可以分為：1 1、穿晶斷裂：大多數(shù)金屬常溫下斷裂時的形態(tài)，、穿晶斷裂：大多數(shù)金屬常溫下斷裂時的形態(tài)，如解理、韌窩；宏觀上看穿晶斷裂可以是韌性如解理、韌窩；宏觀上看穿晶斷裂可以是韌性斷裂也可以是脆性斷裂斷裂也可以是脆性斷裂; ;2 2、晶間斷裂：大部分脆性斷裂的形態(tài)。沿晶多、晶間斷裂：大部分脆性斷裂的形態(tài)。沿晶多是脆性斷裂是脆性斷裂晶間斷裂是由于晶界存在脆性沉淀相、高溫晶間斷裂是由于晶界存在脆性沉淀相、高溫晶界

37、變弱以及在腐蝕環(huán)境下晶界被腐蝕等原因晶界變弱以及在腐蝕環(huán)境下晶界被腐蝕等原因造成的，斷口形貌為冰糖狀（圖造成的，斷口形貌為冰糖狀（圖1.351.35），若晶），若晶粒細則為結晶狀。粒細則為結晶狀。1.11.2 1.11.2 解理斷裂和微孔聚合剪切斷裂解理斷裂和微孔聚合剪切斷裂 解理斷裂是在拉應力作用下，沿一定結晶面分離的斷裂，這種解理斷裂是在拉應力作用下，沿一定結晶面分離的斷裂，這種結晶面為解理面。解理面一般是低指數(shù)面，其表面能低，斷裂強度結晶面為解理面。解理面一般是低指數(shù)面，其表面能低，斷裂強度最低，因此，通常在體心立方和密排六方金屬中發(fā)生。最低，因此，通常在體心立方和密排六方金屬中發(fā)生。

38、實際上晶體存在缺陷，斷裂并不是沿著單一晶面解理，而是沿實際上晶體存在缺陷，斷裂并不是沿著單一晶面解理，而是沿著一組平行的晶面解理，從而在不同的解理面之間就形成了解理臺著一組平行的晶面解理，從而在不同的解理面之間就形成了解理臺階。從垂直斷面方向觀察，臺階匯合形成一種類似河流的花樣。階。從垂直斷面方向觀察，臺階匯合形成一種類似河流的花樣。 河流的上游就是裂紋發(fā)源地，而河流的下游是裂紋擴展的方向。河流的上游就是裂紋發(fā)源地，而河流的下游是裂紋擴展的方向。 解理斷裂的河流花樣解理斷裂的河流花樣河流花樣通過小角度傾斜晶界河流花樣通過小角度傾斜晶界通過扭轉晶界時河流花樣激增通過扭轉晶界時河流花樣激增 在多晶

39、體中，由于多種晶體的存在，可以使河流花樣呈在多晶體中，由于多種晶體的存在，可以使河流花樣呈現(xiàn)復雜的形態(tài)。當裂紋通過小角度晶界時，會改變河流花樣的現(xiàn)復雜的形態(tài)。當裂紋通過小角度晶界時，會改變河流花樣的走向而不改變花樣。對于走向而不改變花樣。對于 扭轉晶界或通過大角度晶界時，可以扭轉晶界或通過大角度晶界時，可以觀察到裂紋穿過時河流花樣激增。觀察到裂紋穿過時河流花樣激增。 頸縮試樣纖維端口的形成過程頸縮試樣纖維端口的形成過程 微孔聚合剪切斷裂：屬于韌性斷裂的機制，形貌主要特征微孔聚合剪切斷裂：屬于韌性斷裂的機制，形貌主要特征是韌窩。是韌窩。 在韌性斷裂的頸縮過程中，三向應力在試樣中心首先產生在韌性斷

40、裂的頸縮過程中，三向應力在試樣中心首先產生顯微空洞，空洞長大后，相互連接形成可見的裂紋。由于裂紋顯微空洞，空洞長大后，相互連接形成可見的裂紋。由于裂紋尖端的應力集中，使得塑性變形集中在裂紋尖端前的滑移帶上。尖端的應力集中，使得塑性變形集中在裂紋尖端前的滑移帶上。在剪切帶內變形強烈并形成許多顯微空洞，空洞聚合造成裂紋在剪切帶內變形強烈并形成許多顯微空洞，空洞聚合造成裂紋擴展。當裂紋貫穿了整個剪切帶后，在裂紋尖端又形成新的剪擴展。當裂紋貫穿了整個剪切帶后，在裂紋尖端又形成新的剪切帶。切帶。 韌窩形貌形成的過程：由塑性變形使韌窩形貌形成的過程：由塑性變形使得夾雜物與基體的界面處首先形成裂紋并得夾雜物與基體的界面處首先形成裂紋并不斷擴大，最后使得夾雜物之間的基體金不斷擴大，最后使得夾雜物之間的基體金屬產生內縮頸現(xiàn)象，當頸縮達到一定程度屬產生內縮頸現(xiàn)象，當頸縮達到一定程