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1、3.1 金属材料塑性变形机制与特点 3.2 屈服现象及本质 3.3 真应力-应变曲线及形变强化规律 3.4 应力状态对塑性变形的影响,第三章 塑性变形,http:/ 金属晶体塑性变形的机制 3.1.2 多晶体材料塑性变形特点,http:/ 金属晶体塑性变形的机制,http:/ 多晶体材料塑性变形特点,各晶粒塑变的不同时性和不均匀性 各晶粒塑变的相互制约与协调,http:/ 物理屈服现象 3.2.2 屈服现象的本质,http:/ 物理屈服现象,像低碳钢这类材料，从弹性变形阶段同塑性变形阶段过度十分明显。表现在应力增加到一定数值时突然下降，随后，在应力不增加或应力在一微小范围内波动的情况下，变形继
2、续增大，这便是屈服现象。 它标志着材料的力学响应由弹性变形阶段进入塑性变形阶段，这一变化属于质的变化，有特定的物理含义，因此称为物理屈服现象。,http:/ 这种屈服现象还有时效效应。如果在屈服一定的塑性变形处卸载。随后立即再拉伸，则屈服现象不出现。若卸载后在室温停留较长时间，或在较高温度留一定时间后，再拉伸，则曲线上屈服现象又重新出现，且新的屈服平台高于卸载时的曲线应变时效。,http:/ 退火低碳钢的屈服过程，如图31所示，属于物理屈服的典型情况。塑性变形在试样中的迅速传播开始于A点，伴随着明显的载荷降落，由A陡降到B。与屈服传播相对应的应力应变曲线为BC，成一平台，或成锯齿状，至C点屈服
3、过程结束，并由此进入形变强化阶段。与最高屈服应力相对应的A点称为上屈服点，屈服平台BC对应的力称为下屈服点，BC段长度对应的应变量称为屈服应变。,http:/ 、Ta等，以及密排六方金属，如Cd和Zn中也发现有屈服现象。 对屈服现象的解释，早期比较公认的是溶质原子形成Cottrell气团对位错钉扎的理论。以后在共价键晶体如硅和锗，以及无位错晶体如铜晶须中也观察到物理屈服现象。 这些事实说明，晶体材料的屈服是带有一定普遍性的现象，对屈服的理解也比当初复杂一些。,http:/ 材料的塑性应变速率 b 柏氏矢量 可动位错密度 位错运动速度 位错运动速度，又决定于它所承受的应力。 m 材料本身的应力敏
4、感系数。 o使位错得到单位运动速度所需的应力。,http:/ 随塑性变形发生，位错能快速增殖; 位错运动速率与外力有强烈依存关系。,http:/ 冷变形金属的真应力-应变关系 3.3.2 颈缩条件分析 3.3.3 韧性的概念及静力韧度分析,http:/ 其应力 S=P/A 其应变,http:/ 图3-3比较了S-和-曲线，从应力的变化就可直观地看出使用S-曲线更为合理。 在-曲线中，当载荷达到最大值时试样开始发生颈缩。此后虽然实际应力是在不断提高，但条件应力却在下降，致使断裂应力反比抗拉强度b低，这显然是不真实的，实际上在应力达到Sb（对应b的真应力）之后，几乎是按线形关系增加到断裂为止。相对
5、于条件应力应变曲线，其应力应变曲线整个地向左上方移动了，在试样发生颈缩前两者差别不太大，在此以后-就完全不能采用了。,http:/ S=Kn 其中K强度系数 n立变强化指数 真实塑性应变 n的大小表示材料的应变强化能力或对进一步塑变的抗力。 n=0 理想塑性材料 n=1 理想弹性材料,http:/ 在S/相同的条件下,n , S-曲线越陡,对n值较小的材料,当S/较大时,也可以有较高的形变强化速率,http:/ 颈缩条件分析,颈缩前： 形变强化起主要作用。 颈缩后： 截面减小使承载力下降。 当出现颈缩时： 所以，可得到颈缩判据： 即颈缩开始于应变强化速率 与真应力相等的时刻。,http:/ 韧
6、度:度量材料韧性的力学性能指标。 只有强度与塑性具有较好的配合时,才能获得较高的韧性。 选材原则:强度与塑性的最佳配合。 静力韧度:静拉伸应力-应变曲线下所包围的面积减去断裂前吸收的弹性能。这个指标即包含强度,又包含塑性,是一典型的从属性指标。由其应力-真应变曲线,其斜率为形变强化量（图37）,http:/ 所以， 当SK一定时: 而W随断裂时其应力SK增加而显著增大。 许多实验结果表明,由于材料塑性不足而引起的早期断裂往往和SK较低有关。,http:/ 应力状态对塑性变形的影响,3.4.1加载方式和应力状态软性系数 3.4.2金属静拉伸力学性能扭转,http:/ 正应力-容易导致脆性断裂 研
7、究金属的变形与断裂特征,需要研究在不同加载形式下,切应力和正应力的相对大小。 在一般复杂应力状态下,最大切应力 ,而按最大正应变条件计算得 的等效最大应力,http:/ 软性系数, max应力状态越软,金属易于 先产生塑性变形。 应力状态越硬金属易于产生脆性 断裂。 测硬度时,其应力状态相当于三向不等压缩,因此,硬度试验时的加载方式属于很软的应力状态。,http:/ 三种失效形式，得到 s 、b 、 、等构件的设计计算依据,又是评定和选用金属材料及其加工工艺的主要依据。,http:/ 最大正应力和最大切应力相等，=0; 横截面上沿直径方向的切应力分布不均匀,表面应力最大; 扭转试验可很好地测定塑性材料(塑性较好)直到断裂前的应力应变关系; 扭转可灵敏地反映材料的表面缺陷。,http:/ p= Mp / W ( W截面抗扭模量，实心圆杆w =d03 / 16) MP扭转曲线开始偏离直线时的扭距。 扭转屈服强度: 0.3 = M 0.3/ W M 0.3残余扭转切应变为0.3时的扭距。 扭转强度: b= Mb / W,http:/
