1、 靜載拉伸試樣靜載拉伸試樣一般為光滑圓柱試樣或板狀試樣。若采用光一般為光滑圓柱試樣或板狀試樣。若采用光滑滑 圓柱試樣，試樣工作長度（標長）圓柱試樣，試樣工作長度（標長）l0 =5d0 或或l0 =10d0 ， d0 為原始直徑。為原始直徑。光滑圓柱試樣光滑圓柱試樣定義：試驗過程中拉伸力定義：試驗過程中拉伸力F和試樣伸長量和試樣伸長量L的關(guān)系的關(guān)系 應力應力：材料受外力加載荷作用時單位截面面積：材料受外力加載荷作用時單位截面面積上的內(nèi)力即為應力上的內(nèi)力即為應力 應變應變：單位長度（或面積）上的伸長（或收縮）：單位長度（或面積）上的伸長（或收縮）稱為應變稱為應變 工程應力工程應力和和工程應變工程應

2、變：基于式樣初始截面和初：基于式樣初始截面和初始長度定義的應力、應變。又稱始長度定義的應力、應變。又稱條件應力條件應力和和條件應條件應變變。 =F/A0 =L/L0和和F-L曲線相似曲線相似1. 變形時的力學行為變形時的力學行為2. 力學性能指標：強度力學性能指標：強度和塑性兩大類和塑性兩大類視屏視屏00lnln(1)LLdLLedeLL b 材料的極限承載能力。材料的極限承載能力。SK）：拉伸斷裂時的載荷除以）：拉伸斷裂時的載荷除以斷口處的斷口處的真實截面積真實截面積所得的應力值。所得的應力值。 kk拉伸時試樣的截面積減小率拉伸時試樣的截面積減小率F引力項引力項斥力項斥力項A、B分別為與原子

3、特分別為與原子特性和晶格類型有關(guān)的性和晶格類型有關(guān)的常數(shù)常數(shù)yyyxzyEE 2(1)EGG在彈性狀態(tài)下應力與應變之間的線性關(guān)系。在彈性狀態(tài)下應力與應變之間的線性關(guān)系。加載方向上的伸加載方向上的伸長，必然導致與長，必然導致與加載方向垂直的加載方向垂直的方向上的收縮方向上的收縮1123223133121()1()1()EEE 24ABFrr202ArFBr22AEBae2122eeeeaE ae eE滯后環(huán)的面滯后環(huán)的面積表示被金積表示被金屬吸收的變屬吸收的變形功的大小形功的大小被稱為被稱為金屬金屬的內(nèi)耗或循的內(nèi)耗或循環(huán)韌性環(huán)韌性包申格應變包申格應變在給定應力下，在給定應力下，正向加載與反向加載

4、兩應正向加載與反向加載兩應力力應變曲線之間的應變應變曲線之間的應變差。度量包申格效應的指差。度量包申格效應的指標標塑性變形塑性變形是指外力移去后不能恢復的變形；是指外力移去后不能恢復的變形；塑性塑性是指材料經(jīng)受此種變形而不破壞的能力。是指材料經(jīng)受此種變形而不破壞的能力。塑性變形和形變強化是金屬材料區(qū)別于其它塑性變形和形變強化是金屬材料區(qū)別于其它工業(yè)材料的重要特征。工業(yè)材料的重要特征。 滑移滑移是晶體在切應力作用下沿一定的晶是晶體在切應力作用下沿一定的晶面和晶向進行切變的過程，如面心立方結(jié)構(gòu)面和晶向進行切變的過程，如面心立方結(jié)構(gòu)的（的（111）面）面101方向等。一般的滑移系統(tǒng)越方向等。一般的滑

5、移系統(tǒng)越多，材料的塑性越大，但還受其他因素的影多，材料的塑性越大，但還受其他因素的影響。響。視屏視屏 孿生孿生是發(fā)生在金屬晶體內(nèi)局部區(qū)域的一個是發(fā)生在金屬晶體內(nèi)局部區(qū)域的一個沿一定的晶面和晶向進行切變過程，切變區(qū)域沿一定的晶面和晶向進行切變過程，切變區(qū)域?qū)挾容^小，切變后形成的變形區(qū)的晶體取向與寬度較小，切變后形成的變形區(qū)的晶體取向與未變形區(qū)成鏡面對稱關(guān)系，點陣類型相同。未變形區(qū)成鏡面對稱關(guān)系，點陣類型相同。 孿生可以提供的變形量是有限的，如鎘孿孿生可以提供的變形量是有限的，如鎘孿生變形只提供約生變形只提供約7.4%的變形量，而滑移變形的變形量，而滑移變形量可達量可達300%。但是，孿生可以改變

6、晶體取向，。但是，孿生可以改變晶體取向，以便啟動新的滑移系統(tǒng)，或者使難于滑移的取以便啟動新的滑移系統(tǒng)，或者使難于滑移的取向變?yōu)橐子诨频娜∠颉Ｏ蜃優(yōu)橐子诨频娜∠颉?.1. 各晶粒塑性變形的不同時性和不均勻性各晶粒塑性變形的不同時性和不均勻性多晶合金中的晶粒不是統(tǒng)一發(fā)生滑移變形的，而是多晶合金中的晶粒不是統(tǒng)一發(fā)生滑移變形的，而是有的晶粒先發(fā)生有的后發(fā)生滑移變形。有的晶粒先發(fā)生有的后發(fā)生滑移變形。原因原因：多晶合金中各晶粒的取向不同，有的取向有：多晶合金中各晶粒的取向不同，有的取向有利于滑移的啟動，優(yōu)先發(fā)生滑移變形。在繼續(xù)增加利于滑移的啟動，優(yōu)先發(fā)生滑移變形。在繼續(xù)增加外力時滑移變形才能傳播到相

7、鄰的晶粒使得各晶粒外力時滑移變形才能傳播到相鄰的晶粒使得各晶粒2.2. 各晶粒塑性變形的相互協(xié)調(diào)性各晶粒塑性變形的相互協(xié)調(diào)性為保證材料整體的統(tǒng)一，變形要求各晶粒變形時相為保證材料整體的統(tǒng)一，變形要求各晶粒變形時相互協(xié)調(diào)。各晶粒進行多滑移。互協(xié)調(diào)。各晶粒進行多滑移。HcpHcp的獨立滑移系只的獨立滑移系只有有3 3個少于個少于5 5個，因此個，因此hcphcp結(jié)構(gòu)材料的塑性較差，如結(jié)構(gòu)材料的塑性較差，如MgMg、TiTi等。等。屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象定義：在金屬塑性變定義：在金屬塑性變形的開始階段，外力形的開始階段，外力不增加、甚至下降的不增加、甚至下降的情況下，而變形繼續(xù)情況下，而變形繼續(xù)進行的現(xiàn)象

8、。進行的現(xiàn)象。上下屈服點、屈服延上下屈服點、屈服延伸伸( (呂德斯帶擴展呂德斯帶擴展) )m (1-6) (1-7)b vv0塑性變塑性變形應變形應變速率速率柏氏矢量的模柏氏矢量的模可動位錯密度可動位錯密度位錯運動平均速率位錯運動平均速率所需外加切應力所需外加切應力單位速率所需切應力單位速率所需切應力應力應力敏感敏感指數(shù)指數(shù)啟動啟動： 小，要小，要求求 大，要求大，要求 大大變形變形： 升高，升高，要降低要降低 ，使，使 減小，表現(xiàn)出減小，表現(xiàn)出屈服屈服2222122331(-) +(-) +(-) =2s 13-=s 123式中：12 (1-14)Gb可動位錯密度可動位錯密度2222expe

9、xp (1-13)1(1)1p nGaGbb柏氏矢量的模柏氏矢量的模泊松比泊松比晶面間距晶面間距剪切模量剪切模量 位錯寬度位錯寬度12siyk d1.溫度提高，位錯運動容易，溫度提高，位錯運動容易，s。2.各種材料的溫度敏感性不各種材料的溫度敏感性不同，同，bcc中中派派納力高納力高且為且為主要阻力，主要阻力，短程力對溫度短程力對溫度敏感敏感。3.應變速率提高，應變速率提高，s應應變速率硬化變速率硬化4.應力狀態(tài)：分切應力應力狀態(tài)：分切應力，s。 扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn) 拉伸拉伸 bcc hcp層錯能低層錯能低的材料，在塑性變形過程中，其位錯不易產(chǎn)的材料，在塑性變形過程中，其位錯不易產(chǎn)生交滑移生交滑移應力集

10、中水平較高應力集中水平較高，因此應變硬化能力強，因此應變硬化能力強 0dF FSA0dFAdSSdA (1-20)dAdSAS VAL0AdLLdA (1-21)dAdLdeAL (1-22)dSSde0dF dSSdenbBSKe1nbBBdSKnededSSde1=nnbBBdSSKeKnede(1-24) en0dF dSSdeBenBen2(1)ln(1)2SSRaaRBridgmen關(guān)系式：關(guān)系式：修正修正0/bbFA100100%LLL100100%AAA000005.6511.3510LdALdLd值得大小影響 ，通常取值或，對于圓柱形試樣或者 晶條鋯晶條鋯=40%， Zr-2.

11、5Nb20%等軸晶粒一般大于板條狀晶粒等軸晶粒一般大于板條狀晶粒 30%等軸晶等軸晶TC415%, 板條板條TC45% 材料的設計中，不僅要求材料的強度，而材料的設計中，不僅要求材料的強度，而且對材料的塑性也有要求。緩和應力集中且對材料的塑性也有要求。緩和應力集中以避免突然斷裂，保證安全。以避免突然斷裂，保證安全。 塑性是制定壓力加工和成型工藝的基礎(chǔ)塑性是制定壓力加工和成型工藝的基礎(chǔ)（成形能力）。（成形能力）。 反映冶金質(zhì)量的好壞反映冶金質(zhì)量的好壞韌性是指材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的韌性是指材料在斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。韌度是度量材料韌性的力學性能指標。對靜能力。韌度是度量

12、材料韌性的力學性能指標。對靜力拉伸來說，靜力韌度可以理解為應力力拉伸來說，靜力韌度可以理解為應力-應變曲線應變曲線下的面積下的面積0fWSd因此，只有在強因此，只有在強度和塑性有較好度和塑性有較好的配合時，才能的配合時，才能獲得較好的韌性。獲得較好的韌性。工程上采用近似計算方法，對韌性材料，靜力韌度工程上采用近似計算方法，對韌性材料，靜力韌度1 2TbTbsUU 或者靜力韌度對于按屈服強度設計，而在服役中有可能靜力韌度對于按屈服強度設計，而在服役中有可能遇到偶爾過載的機件，如鏈條、起重吊鉤等是必須遇到偶爾過載的機件，如鏈條、起重吊鉤等是必須考慮的重要指標。考慮的重要指標。l斷裂特點：斷裂前產(chǎn)生

13、明顯宏觀變形；過程緩慢；斷裂特點：斷裂前產(chǎn)生明顯宏觀變形；過程緩慢；斷裂面一般平行于最大切應力，并與主應力約成斷裂面一般平行于最大切應力，并與主應力約成45。l斷口特征：纖維狀、灰暗色。斷口特征：纖維狀、灰暗色。韌性斷裂過程韌性斷裂過程韌性斷裂斷口分區(qū)韌性斷裂斷口分區(qū)纖維區(qū)纖維區(qū)：裂紋：裂紋形成和緩慢擴形成和緩慢擴展。顏色灰暗，展。顏色灰暗，如山脊。如山脊。放射區(qū)放射區(qū)：裂紋：裂紋快速擴展。表快速擴展。表面光亮平坦，面光亮平坦，細放射條紋。細放射條紋。剪切唇剪切唇：試樣：試樣邊緣，剪切斷邊緣，剪切斷裂，表面光滑裂，表面光滑一般試樣的強度提高，塑性降低一般試樣的強度提高，塑性降低時，斷口中放射區(qū)

14、的比列增大時，斷口中放射區(qū)的比列增大實際上，金屬的脆性斷裂與韌性斷裂并無明實際上，金屬的脆性斷裂與韌性斷裂并無明顯的界限，一般脆性斷裂前也會產(chǎn)生微量塑顯的界限，一般脆性斷裂前也會產(chǎn)生微量塑性變形。因此，一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷性變形。因此，一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于面收縮率小于5 5者為脆性斷裂；大于者為脆性斷裂；大于5 5者者為韌性斷裂。由此可見金屬的韌性與脆性是為韌性斷裂。由此可見金屬的韌性與脆性是根據(jù)一定條件下的塑性變形量來決定的根據(jù)一定條件下的塑性變形量來決定的剪切斷裂剪切斷裂：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂（滑斷、微孔

15、聚集型斷裂）成的斷裂（滑斷、微孔聚集型斷裂）純金屬及單晶體純金屬及單晶體純剪切斷裂純剪切斷裂普通常用金屬普通常用金屬微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂解理斷裂解理斷裂 在正應力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引在正應力作用下，由于原于間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂解理面一般是指低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。解理面一般是指低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。bcc的的Fe001hcp的的Mg0001或或 fcc金屬一般不發(fā)生解理斷裂。金屬一般不發(fā)生解理斷裂。1100解理斷裂總是脆性斷裂解理斷裂總是脆性斷裂應用位錯塞積引起的漸進應力場理論，可知，最大應用位錯塞積

16、引起的漸進應力場理論，可知，最大應力發(fā)生在應力發(fā)生在-70.5處，且有處，且有12max2fidr滑移面上的有效切應力滑移面上的有效切應力晶粒直徑晶粒直徑塞積頭到裂紋塞積頭到裂紋形成點的距離形成點的距離裂紋的穿晶擴展裂紋的穿晶擴展屈服時產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)：屈服時產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)：2scGk d晶粒尺寸晶粒尺寸斷裂應力斷裂應力晶粒尺寸較大時，晶粒尺寸較大時， c s，材料屈服后，材料屈服后斷裂斷裂對于有第二相存在的合金，式中對于有第二相存在的合金，式中d表示的是質(zhì)點表示的是質(zhì)點之間的距離之間的距離1）解理斷口）解理斷口河流花樣河流花樣舌狀花樣舌狀花樣河流花樣的形成過程：河流花樣的形成過程：舌狀

17、花樣的形成過程：舌狀花樣的形成過程：2）準解理斷口）準解理斷口在外加正應力作用下。將晶體中的兩個原子面沿垂在外加正應力作用下。將晶體中的兩個原子面沿垂直于外力方向拉斷所需的應力稱為理論斷裂強度。直于外力方向拉斷所需的應力稱為理論斷裂強度。120()mEa原子間平原子間平衡間距衡間距彈性模量彈性模量表面能表面能 實際實際 m （1/10 1/1000）存在缺陷存在缺陷1) 出發(fā)點出發(fā)點2) 格雷菲斯模型格雷菲斯模型存在裂紋，裂紋尖端應力高于平均應力引發(fā)快速擴展而存在裂紋，裂紋尖端應力高于平均應力引發(fā)快速擴展而斷裂斷裂格雷菲斯根據(jù)格雷菲斯根據(jù)能量平衡原能量平衡原理計算出裂紋自動擴展時的理計算出裂紋自動擴展時的應力值，即裂紋體的強度應力值，即裂紋體的強度122()scEa有裂紋體的有裂紋體的斷裂強度斷裂強度表面能表面能裂紋半長度裂紋半長度格雷菲斯公式的修正：格雷菲斯公式的修正：122+()spcEa122()pcEa對于裂紋尖端產(chǎn)生一定塑性變形的工程金屬材料，對于裂紋尖端產(chǎn)生一定塑性變形的工程金屬材料，裂紋表面所需要的能量除了表面能裂紋表面所需要的能量除了表面能 s外還有塑性功外還有塑性功