91應(yīng)力應(yīng)變曲線課件

9.金屬材料的變形與再結(jié)晶*19.金屬材料的變形與再結(jié)晶*1金屬材料的變形與再結(jié)晶123金屬熱變形、蠕變與超塑性4金屬的應(yīng)力－應(yīng)變曲線金屬的塑性變形回復(fù)與再結(jié)晶*2金屬材料的變形與再結(jié)晶123金屬熱變形、蠕變與超塑性4金屬的單向靜拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。1）可揭示材料在靜載下的力學(xué)行為（三種失效形式）：即：過(guò)量彈性變形、塑性變形、斷裂。2）還可標(biāo)定出材料的最基本力學(xué)性能指標(biāo)：如：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率等。9-1金屬的應(yīng)力－應(yīng)變曲線*3單向靜拉伸試驗(yàn)2）還可標(biāo)定出材料的最基本力學(xué)性能指標(biāo)：9-11、拉伸力－伸長(zhǎng)曲線1、拉伸曲線拉伸力F－絕對(duì)伸長(zhǎng)△L的關(guān)系曲線。在拉伸力的作用下，退火低碳鋼的變形過(guò)程四個(gè)階段：1）彈性變形：O～e2）不均勻屈服塑性變形：A～C3）均勻塑性變形：C～B4）不均勻集中塑性變形：B～k5）最后發(fā)生斷裂。k～低碳鋼的拉伸力與伸長(zhǎng)曲線*41、拉伸力－伸長(zhǎng)曲線1、拉伸曲線低碳鋼的拉伸力與伸長(zhǎng)曲線*42、工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€（工程）應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€，曲線形狀不變。由此，可建立材料在靜拉伸下的力學(xué)性能指標(biāo)。應(yīng)力σ：物體受外載荷作用時(shí)，單位截面積上內(nèi)力。工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線應(yīng)變?chǔ)牛簡(jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)。試樣原截面積

A0試樣標(biāo)距

L0彈性變形：應(yīng)力去除后能夠恢復(fù)的變形。σ=Eε彈性模量：E彈性極限：σe屈服極限：σs，σ0.2加工硬化（應(yīng)變硬化）抗拉強(qiáng)度：σb斷裂強(qiáng)度：σk延伸率：δ=(Lk-L0)/L0斷面收縮率：ψ=（F0-Fk)/F0*52、工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€（工程）應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€，曲用靜拉伸應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€，可得出許多重要性能指標(biāo):彈性模量E：主要用于零件的剛度設(shè)計(jì)。屈服強(qiáng)度σs和抗拉強(qiáng)度σb：主要用于零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。特別是：抗拉強(qiáng)度σb和彎曲疲勞強(qiáng)度有一定比例關(guān)系，進(jìn)一步為零件在交變載荷下使用提供參考。而材料的塑性，斷裂前的應(yīng)變量：主要是為材料在冷熱變形時(shí)的工藝性能作參考。2、工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€*6用靜拉伸應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€，可得出許多重要性能指標(biāo):2、工程工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€：不能真實(shí)反映試件拉伸過(guò)程中應(yīng)力和應(yīng)變的變化關(guān)系。實(shí)際拉伸中，隨載荷F增加，長(zhǎng)度L0伸長(zhǎng)，截面積A0相應(yīng)減少。工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線2、工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€低Ｃ鋼、正火、退火調(diào)質(zhì)中Ｃ鋼，低、中C合金鋼某些Al合金及某些高分子材料具有類似上述曲線。鑄鐵、陶瓷：只有第I階段中、高碳鋼：沒(méi)有第II階段*7工程應(yīng)力σ－應(yīng)變?chǔ)徘€：工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線2、工程應(yīng)力σ－3、真應(yīng)力S－真應(yīng)變e

曲線3、真應(yīng)力S－真應(yīng)變e曲線：（流變曲線）在實(shí)踐的塑性變形中，試樣的截面積與長(zhǎng)度也在不斷發(fā)生著變化，在研究金屬塑性變形時(shí)，為了獲得真實(shí)的變形特性，應(yīng)當(dāng)按真應(yīng)力和真應(yīng)變來(lái)進(jìn)行分析。流變曲線真實(shí)反映變形過(guò)程中，隨應(yīng)變量增大，材料性質(zhì)的變化。工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線*83、真應(yīng)力S－真應(yīng)變e曲線3、真應(yīng)力S－真應(yīng)變e曲線：（真應(yīng)力S與真應(yīng)變e1）真應(yīng)力S：試件在某一瞬時(shí)承受的拉伸應(yīng)力。2）真應(yīng)變

e：試件瞬時(shí)伸長(zhǎng)量/瞬時(shí)長(zhǎng)度。若拉伸過(guò)程各階段試件伸長(zhǎng)量為一微小增量dL，則試件從L0伸長(zhǎng)到Ln，總應(yīng)變?yōu)椋汗こ虘?yīng)變工程應(yīng)力*9真應(yīng)力S與真應(yīng)變e1）真應(yīng)力S：試件在某一瞬時(shí)承受的拉伸3）真應(yīng)力S與工程應(yīng)力σ關(guān)系當(dāng)材料拉伸變形是等體積變化（A0L0=AL）過(guò)程時(shí)，真應(yīng)力S和工程應(yīng)力σ之間存在如下關(guān)系：這說(shuō)明，S

>σ。（ε-工程應(yīng)變）*103）真應(yīng)力S與工程應(yīng)力σ關(guān)系*104）真應(yīng)變e與工程應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系顯然，總是e<ε，且變形量越大，二者的差距越大。*114）真應(yīng)變e與工程應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系*114、定義真應(yīng)力S（應(yīng)變e）的意義1）真應(yīng)力

S和真應(yīng)變

e的定義：承認(rèn)了在變形過(guò)程中試件長(zhǎng)度和直徑間相互變化的事實(shí)。因變形過(guò)程中體積保持不變，因此即長(zhǎng)度伸長(zhǎng)了，其實(shí)際截面積

A

就會(huì)相應(yīng)減少，因此，*124、定義真應(yīng)力S（應(yīng)變e）的意義1）真應(yīng)力S和真應(yīng)變e4、定義真應(yīng)力S（應(yīng)變e）的意義2）之所以如此定義真應(yīng)變：①因?yàn)槊恳粫r(shí)刻實(shí)際應(yīng)變e與瞬時(shí)標(biāo)距長(zhǎng)度Li

有關(guān)。若固定每一位移增量ΔL，瞬時(shí)長(zhǎng)度Li就隨之增加，相應(yīng)地，應(yīng)變?cè)隽烤蜁?huì)減少。（因隨附加每一位移增量ΔL，瞬時(shí)標(biāo)距長(zhǎng)度Li都要隨之增加）。②由試件總長(zhǎng)度變化來(lái)定義其真應(yīng)變e，就有可能認(rèn)為該長(zhǎng)度變化是一步達(dá)到的，或任意多步達(dá)到的。*134、定義真應(yīng)力S（應(yīng)變e）的意義2）之所以如此定義真應(yīng)變因此，若試件分幾次拉伸（如分2次拉伸），則各次拉伸工程應(yīng)變量之和不等于一次拉伸的工程應(yīng)變量。但是，各次拉伸真應(yīng)變量e之和等于一次拉伸的真應(yīng)變量。*14因此，若試件分幾次拉伸（如分2次拉伸），則*145、不同類型材料典型的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線1）第Ⅰ種類型：完全彈性可用虎克定律描述其應(yīng)力σ-應(yīng)變?chǔ)懦杀壤牟牧咸匦浴Ｌ攸c(diǎn)：具有可逆應(yīng)力－應(yīng)變曲線和不出現(xiàn)塑性變形的特征。典型材料：如玻璃、巖石、多種陶瓷、高交聯(lián)度的高聚合物和低溫下的某些金屬材料。此類材料抗脆性（低能量）斷裂的能力是極需注意的問(wèn)題。E－材料的彈性模量（楊氏模量）*155、不同類型材料典型的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線1）第Ⅰ種類型：完全蘇打石灰玻璃：應(yīng)力-應(yīng)變曲線只顯示彈性變形，沒(méi)有塑性變形立即斷裂，這是完全脆斷的情形。工程結(jié)構(gòu)陶瓷材料：如Al2O3，SiC等，淬火態(tài)高碳鋼、普通灰鑄鐵也屬這種情況。

*16蘇打石灰玻璃：應(yīng)力-應(yīng)變曲線只顯示彈性變形，沒(méi)有塑性變形立即完全彈性材料：不適用于在拉伸載荷下的工程應(yīng)用，但用于承受壓縮載荷時(shí)，卻是一種理想的材料。因?yàn)榇嘈圆牧鲜軌簳r(shí)強(qiáng)度比受拉時(shí)強(qiáng)度要大好幾倍。如：混凝土材料是其極好的例子，廣泛用于受壓的情況。但工程中承受純壓縮載荷是極少的，一般或多或少地同時(shí)承受拉伸載荷，因此完全彈性材料（脆性材料）應(yīng)用于工程上應(yīng)考慮提高其抵抗拉伸載荷的措施。如：在混凝土材料中通過(guò)配鋼筋來(lái)提高其抗拉伸性能。*17完全彈性材料：*17高分子材料，聚氯乙烯：在拉伸開(kāi)始時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變不成直線關(guān)系，即不服從虎克定律，而且變形表現(xiàn)為粘彈性。粘彈性：是指材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時(shí)存在的力學(xué)行為。其特征是應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的響應(yīng)（或反之)不是瞬時(shí)完成的（應(yīng)變落后于應(yīng)力），需要通過(guò)一個(gè)弛豫過(guò)程，但卸裁后，應(yīng)變恢復(fù)到初始值，不留下殘余變形。*18高分子材料，聚氯乙烯：在拉伸開(kāi)始時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變不成直線關(guān)系，2）第Ⅱ種類型：彈性－均勻塑性若材料具有不可逆的塑性變形能力，在彈性變形后，接著有一個(gè)均勻變形階段，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)為第Ⅱ類型。第Ⅱ種類型的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

應(yīng)力很小時(shí)，仍有彈性變形區(qū)，接著一段光滑的拋物線，其相應(yīng)于均勻塑性變形過(guò)程。均勻塑性變形：表明塑性變形需要不斷增加外力才能繼續(xù)進(jìn)行，即材料有阻止繼續(xù)塑變的能力（應(yīng)變硬化性能）。*192）第Ⅱ種類型：彈性－均勻塑性第Ⅱ種類型的應(yīng)力－應(yīng)變曲線應(yīng)多數(shù)塑性金屬材料，如鋁－鎂合金、銅合金、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼（經(jīng)淬火＋中高溫回火）其應(yīng)力-應(yīng)變曲線也是如此。材料由彈性連續(xù)過(guò)渡到塑性變形，塑性變形時(shí)無(wú)鋸齒形平臺(tái)，變形時(shí)總伴隨著加工硬化。*20多數(shù)塑性金屬材料，如鋁－鎂合金、銅合金、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼（經(jīng)淬3）第Ⅲ種類型：彈性－不均勻塑性變形在正常彈性后，有一系列鋸齒疊加在拋物線型曲線上。此類材料特性：是由于材料內(nèi)部不均勻變形所致。出現(xiàn)的情況：（1）面心立方金屬在低溫和高應(yīng)變率下，其塑變通過(guò)孿生進(jìn)行。標(biāo)距的長(zhǎng)度隨孿生帶的成核和生長(zhǎng)間歇地突然伸長(zhǎng)，當(dāng)試樣中瞬時(shí)應(yīng)變率超過(guò)試驗(yàn)機(jī)夾頭運(yùn)動(dòng)速率，則載荷就下降。*213）第Ⅲ種類型：彈性－不均勻塑性變形出現(xiàn)的情況：*21（2）含碳的體心立方鐵基固溶體及鋁的低溶質(zhì)固溶體。由于溶質(zhì)原子或空位與晶格位錯(cuò)相互作用的結(jié)果所致。若應(yīng)力足夠大，位錯(cuò)可從溶質(zhì)原子簇中掙脫，載荷就下降。若溶質(zhì)原子足夠快地?cái)U(kuò)散開(kāi)，就可將位錯(cuò)重新鎖住，則須再增大載荷才使變形繼續(xù)下去。*22（2）含碳的體心立方鐵基固溶體及鋁的低溶質(zhì)固溶體。若應(yīng)力足夠4）第Ⅳ種類型：彈性－不均勻塑性－均勻塑性變形許多體心立方鐵基合金和有色合金，應(yīng)力－應(yīng)變曲線在彈性與均勻塑性變形間有一狹窄一段屬不均勻塑變區(qū)。即從彈性向塑性變形的過(guò)渡明顯。主要表現(xiàn)：在試驗(yàn)中，外力不增加（保持恒定）試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形。這便是“屈服現(xiàn)象”。*234）第Ⅳ種類型：彈性－不均勻塑性－均勻塑性變形主要表現(xiàn)：在試5）第Ⅴ種類型：彈性－不均勻塑性－均勻塑性變形它有一個(gè)上屈服點(diǎn)A，接著載荷下降。其中：OA－彈性；AB－不均勻塑變；BC－均勻塑變。到達(dá)B點(diǎn)后，試件出現(xiàn)“縮頸”，但并很快失效。典型的結(jié)晶高聚合物材料具有此特征，這與其結(jié)構(gòu)有關(guān)。以B點(diǎn)為界，整個(gè)塑變出現(xiàn)兩種不同趨勢(shì)。AB－應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)龃蠖陆担珺C－則隨應(yīng)變?cè)龃蠖仙?。ABC*245）第Ⅴ種類型：彈性－不均勻塑性－均勻塑性變形到達(dá)B點(diǎn)后，試不同類型材料典型的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線退火低碳鋼：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，出現(xiàn)屈服平臺(tái)，平臺(tái)的延伸長(zhǎng)度隨鋼的含碳量增加而減少。當(dāng)含碳量增至0.6%以上，平臺(tái)消失。*25不同類型材料典型的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線退火低碳鋼：*25其它類型材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線彈性變形、塑性變形彈性變形非線性彈性變形1—純金屬（Al、Cu、Ag等）2—高彈性材料（橡膠）3—脆性材料（陶瓷、白口鑄鐵、淬火高碳鋼）1234102030e(%)0100200300400500600700800900s(MPa)1、錳鋼2、硬鋁3、退火球墨鑄鐵4、低碳鋼特點(diǎn)：d較大，為塑性材料。

無(wú)明顯屈