01材料的力学性能1幻灯片.ppt

1.4 材料的非理想弹性行为 4）包申格效应: 对于产生了少量塑性变形（残余应变约为1%～4%）的材料，若再同向加载则规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）升高；若再反向加载则规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）降低，该现象称为包申格效应。 4）包申格效应 材料经过预先加载产生微量塑性变形， 同向加载弹性极限升高， 反向加载弹性极限降低。 320 240 160 80 0 －80 －320 －240 －160 240MPa 176MPa 287MPa 85MPa 初始拉伸 初始压缩 初始压缩后，二次压缩 初始压缩后，二次拉伸 1.4 材料的非理想弹性行为 产生原因： 与位错运动阻力变化有关。 运动着的位错遇林位错而使其弯曲，所以位错前方林位错密度增加，形成位错缠结等。 卸载后同向加载，位错不能做明显运动； 反向加载，位错运动障碍较少，位错可以在较低应力下移动较大距离。 1 2 1.4 材料的非理想弹性行为 度量包申格效应的基本定量指标是包申格应变，它是指在给定应力下，正向加载与反向加载两应力－应变曲线之间的应变差(图1-8)。 在图1-8中，b点为拉伸应力－应变曲线上给定的流变应力， ＝bc即为包申格应变。 包申格效应的意义 如果金属材料预先经受大量塑性变形，因位错增殖和难于重分布，则在随后反向加载时，包申格应变等于零。 用处： （1）.包申格效应对于承受应变疲劳载荷作用的机件在应变疲劳过程中，每一周期内都产生微量塑性变形，在反向加载时，微量塑性变形抗力(规定残余伸长应力)降低，显示循环软化现象。 （2）.对于预先经受冷塑性变形的材料，如服役时受反向力作用，就要考虑微量塑性变形抗力降低的有害影响，如冷拉型材及管子在受压状态下使用就是这种情况。 （3）.利用包申格效应，如薄板反向弯曲成型。拉拨的钢棒经过轧辊压制变直等。 消除包申格效应的方法是:预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火，如钢在400～500℃以上，铜合金在250～270℃以上退火。 塑性变形的一般特点 1.5 材料的塑性变形 变形不可逆； 主要有切应力引起； 指标——延伸率，断面收缩率； 形变程度大； 塑性变形能力和抗力受多种因素影响； 变形过程会产生回复、再结晶、应力松弛等； 伴随有弹性变形和加工硬化， 变形曲线非线性。 塑性变形机理 塑性变形的方式：滑移、孪生、晶界滑移、扩散型蠕变 （1）滑移变形 材料在切应力作用下，沿一定的晶面和一定的晶向进行的切变过程 1.5 材料的塑性变形 滑移系:每个滑移面和其上的一个滑移方向的组合 面心立方g-Fe, Cu，Al {111}＜110＞ 12 体心立方α－Fe{110}{112}{123}＜111＞ 48 密排六方(0001)(100)＜112-0＞ 3 材料的塑性与滑移系有关，还与滑移面原子排列的密度及原子在滑移方向上的排列数目有关。 塑性变形机理 （2）孪生变形 高应变速率下发生； 孪生产生变形量小； 具有一定的可逆性。 孪生与滑移的区别： 第一，在晶体取向上，孪生变形产生孪晶，形成的是镜像对称晶体，晶体的取向发生了改变，而滑移之后，沿滑移面两侧的晶体在取向上没有发生变化。 第二，切变情况不同。滑移是一种不均匀的切变，其变形主要集中在某些晶面上进行，而另一些晶面之间则不发生滑移。孪生是一种均匀的切变，其每个晶面位移量与到孪晶面的距离成正比。 第三，变形量不同。孪生的变形量很小，并且很易受阻而引起裂纹。滑移的变形量可达百分之百乃至数千。 1.5 材料的塑性变形 塑性变形机理 （3）晶界滑移和扩散型蠕变 高温下，多晶体金属材料因晶界性质弱化，变形将集中于晶界进行。 变形时，可以使晶界切变滑动，也可以借助于晶界上空穴和间隙原子定向扩散迁移来实现。 1.5 材料的塑性变形 单晶体和多晶体材料塑性变形的特点 （1）单晶体塑性变形的特点 滑移面上分切应力必须大于临界分切应力； 晶体的临界分切应力是各向异性的； 对于制备好后却从未受过任何形变的晶体，其最易滑移面和最易滑移方向上的临界分切应力都很小。随着塑性形变的发展，紧跟着就迅速“硬化” ； 形变硬化并不是绝对稳固的特性 ； 单晶体的塑性变形将由一连串的破坏过程和一连串的“回复”过程组成。 1.5 材料的塑性变形 单晶体和多晶体材料塑性变形的特点 （2）多晶体塑性变形的特点 形变的不均一性 ； 各晶粒变形的不同时性； 多晶体的形变抗力通常较单晶体高； 在