工程材料力学性能第1章.ppt

五、缩颈现象和抗拉强度 （一）缩颈的意义 （二）缩颈判据 （三）确定缩颈点及颈部应力的修正 （四）抗拉强度 （一）缩颈的意义 缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现 象，它是应变硬化(物理因素)与截面减小(几何因素)共同作用的结果。 在金属试样拉伸力-伸长曲线极大值B点之前，塑性变形是均的， 因为材料应变硬化使试样承载能力增加，可以补偿因试样截面减小使 其承载力的下降。在B点之后，由于应变硬化跟不上塑性变形发展， 使变形集中于试样局部区域产生缩颈。 在B点之前，dF0；B点后，dF0。B点是最大力点，也是局部 塑性变形开始点，亦称拉伸失稳点或塑性失稳点。 由于B点后试样的断裂是瞬间发生的，所以找出拉伸失稳的临界 条件，即缩颈判据，对于机件设计无疑是有益的。 （二）缩颈判据 （1）截面收缩承载能力下降时产生缩颈 （2）应变硬化速率等于真实应力时产生缩颈 （3）应变硬化指数等于最大真实均匀塑形应变量时产生缩颈 （三）确定缩颈点及颈部应力的修正 图 1-17 颈部三向应力状态 ——修正后的真实应力 ——颈部轴向真实应力 ——颈部轮廓线曲率半径 ——颈部最小截面半径 （三）抗拉强度 抗拉强度的实际意义如下: ①抗拉强度标志塑性金属材料的实际承载能力，但这种承载能力也仅限于光滑试样单向拉伸的受载条件，且韧性材料的不能作为设计参数。 ②抗拉强度就是脆性材料的断裂强度，用于产品设计，其许用应力便以为判据。 ③抗拉强度的高低决定于屈服强度和应变硬化指数。 ④抗拉强度与硬度、疲劳极限等之间有一定经验关系。 六、塑性 （一）塑性与塑性指标 塑性是指金属材料断裂前发生不可逆永久 (塑性) 变形的能力。 金属材料断裂前所产生的塑性变形由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成。 金属材料常用的塑性指标为断后伸长率和断面收缩率。 （二）塑性的意义和影响因素 虽然金属的塑性指标通常并不能直接用于机件的设计，但塑性大小能反映材料冶金质量的好坏，故可用以评定材料质量。 金属材料的塑性常与其强度性能有关。 七、屈强比 材料屈强比值的大小，反映了材料均匀塑形变形的能力和应变硬化性能，对材料冷成型加工具有重要意义。 八、静力韧度 韧度是度量材料韧性的力学性能指标，其中又分静力韧度、冲击韧度和断裂韧度。 金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度，它是强度和塑性的综合指标。测出材料真实应力-应变曲线下包围的面积，可以精确获得静力韧度值。但工程上用近似计算方法，如对韧性材料，静力韧度 为 或 静力韧度对于按屈服强度设计，而在服役中可能遇到偶然过载的机件如链条、起重吊钩等，是必须考虑的重要指标。 第四节 金属的断裂 一、断裂的类型 二、解理断裂 三、微孔聚集断裂 四、断裂强度 五、断裂理论的意义 一、断裂的类型 （一） 韧性断裂与脆性断裂 （二） 穿晶断裂与沿晶断裂 （三） 纯剪切断裂与微孔聚集型断裂与解理断裂 （一）韧性断裂与脆性断裂 韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。 中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，其宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。 图 1-18拉伸断口三个区域的示意图 光滑圆柱拉伸试样的宏观韧性断口的形成过程如图1-19所示。 脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变，没有明显征兆，因而危害性很大。 脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样如图1-20所示。 图1-20 人字纹花样 a) 缩颈导致三向应力 b) 微孔形成 c) 微孔长大 d) 微孔连接形成锯齿状