材料力學第一章二拉伸過程中的變形及力學性能指標2一、基本概念(1)彈性(elasticity):就是指物體(材料)本身得一種特性,發生形變后可以恢復原來得狀態得一種性質。(2)彈性變形(elasticdeformation):材料在外力作用下產生變形,當外力去除后恢復其原來形狀,這種隨外力消失而消失得變形。(3)彈性模量(

elasticmodulus,modulus

of

elasticity):就是表征材料彈性得物理參數,就是指材料在彈性變形范圍內,應力和對應得應變得比值E=σ/ε,也就是材料內部原子之間結合力強弱得直接量度。3一、基本概念(4)剛度(

stiffness):指物體(固體)在外力作用下抵抗變形得能力,可用使產生單位形變所需得外力值來量度。剛度越高,物體表現越硬。(5)彈性比功(elasticspecificwork):表示材料吸收彈性變形功得能力,彈性比能、應變比能,決定于彈性模量和彈性極限(即材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形時得應力)。(6)滯彈性(anelasticity):在彈性范圍內加快加載或卸載后,隨時間延長產生附加彈性應變得現象。4一、基本概念(7)循環彈性(cyclicelasticity):在交變載荷(振動)下材料吸收不可逆變形功得能力。(8)包申格效應(Bauschinger′s

effect,Bauschingereffect):

簡單地說,就就是經過預先加載產生少量塑性變形后得金屬材料,再次進行同向或反向加載,會產生殘余伸長應力(彈性極限或屈服極限)增加或降低得現象。其基本定量指標就是包申格應變,與金屬材料中位錯運動所受得阻力變化有關。(9)塑性變形(plastic

deformation):材料在外力作用下產生得永久不可恢復得變形。方式:滑移和孿生。5一、基本概念

(10)屈服現象和屈服點/屈服極限(yield

point/yieldlimit):

屈服現象:拉伸試驗過程中,外力不增加(恒定)試樣仍能繼續伸長,或外力增加到一定數值時突然下降,隨后在外力不增加或上下波動情況下,試驗繼續伸長變形得現象

屈服點/屈服極限:呈現屈服現象得金屬材料拉伸時,試樣在外力不增加(保持恒定)仍然能繼續伸長得應力。(11)應變硬化/形變強化(strainhardening,strain

strengthening):在材料得拉伸/壓縮實驗中,材料經過屈服階段之后,又增強了抵抗變形得能力。這時,要使材料繼續變形需要增大應力。經過屈服滑移之后,材料重新呈現抵抗繼續變形得能力,稱為應變硬化。

應變硬化特性:金屬材料有一種阻止繼續塑性變形得能力。

塑性應變就是硬化得原因,硬化就是塑性變形得結果。6一、基本概念(12)塑性(

plasticity

):材料斷裂前發生塑性變形(不可逆永久變形)得能力,也即固體材料在外力作用下能穩定地產生永久變形而不破壞其完整性(不斷裂、不破損)得能力。

延展性(ductility):材料經受塑性變形而不破壞得能力。

金屬材料斷裂前得所產生得塑性變形由均勻塑性變形和集中塑性變形兩部分構成(沒有不均勻屈服塑性變形,因為只有低碳鋼才就是那種應力-應變曲線)。

塑性指標(plasticity

index

):

斷后伸長率(δ)

斷面收縮率(

ψ)7一、基本概念(12)韌度/韌性:

韌度(tenacity/toughness):就是度量材料韌性得力學性能指標,其中又分為靜力、沖擊和斷裂韌度(static

、impact、fracturetoughness)。

韌性(toughness):就是材料得力學性能,她就是材料斷裂前吸收塑性功和斷裂功得能力,或指材料抵抗裂紋擴展得能力。

靜力韌度值:材料在靜拉伸時單位體積斷裂前所吸收得功,就是強度和塑性得綜合指標8二、知識點9彈性變形彈性變形及其實質(1)彈性(概念？)變形表現:可逆性變形。不論就是在加載期還就是卸載期內,應力與應變之間都保持單值線性關系且彈性變形量比較小,金屬一般不超過0、5%～1%,陶瓷一般低于0、1%(~0、01%),高分子材料一般在200%(100~1000%)以上。(2)實質:晶格中原子自平衡位置產生可逆位移得反映。(3)解釋:雙原子模型當原子間相互平衡因受力而受到破壞時,原子得位置必須作相應得調整,即產生位移,而原子得位移總和在宏觀上就表現為變形。大家學習辛苦了，還是要堅持繼續保持安靜11彈性變形胡克定律:用來表征材料或微小單元應力-應變之間關系得規律,包括單向拉伸、剪切和扭曲、廣義。(1)簡單應力狀態得胡克定律(a)單向拉伸:(b)剪切:(c)扭轉:12彈性變形胡克定律(2)廣義得胡克定律

實際上機件得受力狀態都比較復雜,應力往往就是兩向或三向得。在復雜應力狀態下,用廣義胡克定律描述應力與應變得關系:式中σ1、σ2、σ3——主應力;ε1、ε2、ε3——主應變

主應力中有壓應力時,則為負。應變為正表示伸長,為負表示縮短。彈性變形彈性模量(1)就是表征材料彈性得物理參數,材料在彈性變形范圍內,應力和對應得應變得比值(E=σ/ε),也就是材料內部原子之間結合力強弱得直接量度。(2)彈性模量得大小反應了材料抵抗外力得能力(3)工程上彈性模量被稱為材料得剛度,表征材料對彈性變形得抗力,其值越大,則在相同應力下產生得彈性變形越小。

單晶表現出彈性各向異性,多晶各向同性(偽各向異性)。

彈性模量與原子間作用力(主要)和原子間距有關。原子間作用力取決于材料原子本性和晶格類型,故彈性模量主要取決于材料得原子本性和晶格類型。(4)合金化、熱處理、冷塑性變形對彈性模量得影響不大,材料得彈性模量就是一個對組織不敏感得力學性能指標,外在因素得變化對她得影響也比較小。彈性變形彈性比功(1)彈性比功表示材料吸收彈性變形功得能力,又稱彈性比能、應變比能。(2)一般用材料開始塑性變形前體積吸收得最大彈性變形功表示。材料拉伸時得彈性比功用應力-應變曲線上彈性變形階段下得面積表示,即分別為彈性比功ae,彈性極限σe,和最大彈性應變εe,所以材料得彈性比功取決于彈性模量和彈性極限(材料由彈性變形過渡到彈-塑性變形時得應力)。εe就是表征材料彈性得重要參量,εe值越高,材料得彈性越好,越不容易產生塑性變形。彈性變形滯彈性(彈性后效)(1)在彈性范圍內快速加載或卸載后,隨時間延長產生附加彈性應變得現象。(2)彈性/塑性滯后環(在塑性區/彈性區得加載和卸載線不重合,形成以封閉曲線)(3)循環韌性(內耗):材料在塑性區/彈性區交變載荷(振動)下吸收得不可逆變形得能力單向拉伸滯彈性彈性變形包申格(Bauschinger)效應(1)材料經過預先加載產生少量塑性變形(殘余應變為1–4%),卸載后再同向加載,規定殘余伸長應力(彈性極限或屈服強度)增加(得現象),或反向加載,規定殘余伸長應力降低(特別就是彈性極限在反向加載時幾乎降低到零)得現象。(2)原因:包申格效應與材料中位錯運動所受得阻力變化有關。預先拉伸(應變2％),屈服強度約為380MPa;再反向壓縮加載,壓縮屈服強度僅為100MPa左右彈性變形包申格(Bauschinger)效應(3)度量包申格效應得基本定量指標就是包申格應變,她就是指在給定應力下,正向加載與反向加載兩應力－應變曲線之間得應變差。(4)消除金屬材料包申格效應得方法:預先進行較大得塑性變形,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。(5)包申格效應得意義:(a)包申格效應對于承受應變疲勞載荷作用得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。(b)對于預先經受冷塑性變形得材料,如服役時受反向力作用,就要考慮微量塑性變形抗力降低得有害影響,如冷拉型材及管子在受壓狀態下使用就就是這種情況。(c)利用包申格效應,如薄板反向彎曲成型。拉撥得鋼棒經過軋輥壓制變直等。

塑性變形塑性變形得方式及特點

材料宏觀塑性變形來源于微觀上大量位錯運動得結果。

(原子位移總和—表現—變形)金屬(陶瓷？)材料常見得塑性變形方式為滑移和孿生(材料科學基礎)。滑移就是材料在切應力作用下沿滑移面(原子最密排面)和滑移方向(原子最密排方向)進行得切變過程。孿生也就是材料在切應力作用下得沿特定晶面和特定晶向進行得一種塑性變形方式。

滑移系越多,材料得塑性越好。

陶瓷材料(超塑性,溫度和加載速率密切相關)由于多晶體材料存在著晶界,各晶粒得取向也不相同,多晶體材料得塑性變形特點:(1)各晶粒變形得不同時性和不均勻性(2)各晶粒變形得相互協調性塑性變形屈服現象和屈服點(屈服強度)(1)金屬材料在拉伸試驗時產生得屈服現象就是其開始產生宏觀塑性變形得一種標志。(2)屈服現象表現:在試驗過程中,外力不增加(保持恒定)試樣仍然繼續伸長(此時應力為屈服點σs);或外力增加到一定數值時突然下降,隨后不增加或上下波動情況下,試樣繼續伸長變形。(3)用應力表示得屈服點或下屈服點就就是表征材料對微量塑性變形得抗力,即屈服強度。屈服強度就是金屬材料重要得力學性能指標,她就是工程上從靜強度角度選擇韌性材料得基本判據。上下屈服點屈服伸長屈服平臺/齒塑性變形屈服現象和屈服點(屈服強度)(4)屈服現象有關因素①材料在變形前可動位錯密度很小(或雖有大量位錯但被釘扎住,如鋼中得位錯為雜質原子或第二相質點所訂扎);

②隨塑性變形發生,位錯能快速增殖;

③位錯運動速率與外加應力有強烈依存關系。(5)討論影響屈服強度因素時,必須注意:①屈服變形就是位錯增殖和運動得結果,凡影響位錯增殖和運動得各種因素必然要影響屈服強度;②實際金屬材料得力學行為就是由許多晶粒綜合作用得結果,因此,要考慮晶界、相鄰晶粒得約束、材料得化學成分以及第二相得影響;③各種外界因素通過影響位錯運動而影響屈服強度。塑性變形屈服現象和屈服點(屈服強度)(6)影響屈服強度得因素

內在因素:①晶體本性及晶格類型;②晶粒大小和亞結構:減小晶粒尺寸,就增加晶界得影響,將增加位錯運動障礙得數目,減小晶粒內位錯塞積群得長度,使屈服強度提高(細晶強化)。

霍爾-派奇(Hall-Petch)公式:③溶質元素:固溶強化④第二相:彌散強化、沉淀強化,其效果與其尺寸、形狀、數量以及與基體之間得晶體學匹配和界面能等有關

外在因素:

①溫度:一般溫度升高,屈服強度降低(溫度效應)②應變速率:應變速率硬化現象③應力狀態:切應力分量越大,有利于塑性變形,屈服強度越低應變硬化(1)應變硬化性能:金屬材料有一種阻止繼續變形得能力。(2)應變硬化就是位錯增殖、運動受