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91应力应变曲线 金属材料的变形与再结晶 1 2 3 金属热变形、蠕变与超塑性 4 金属的应力－应变曲线 金属的塑性变形 回复与再结晶 2 单向静拉伸试验 是应用最广泛的力学性能试验方法之一。 1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）： 即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。 2）还可标定出材料的最基本力学性能指标： 如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。 9-1 金属的应力－应变曲线 3 1、拉伸力－伸长曲线 1、拉伸曲线 拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。 在拉伸力的作用下，退火低碳钢 的变形过程四个阶段： 1）弹性变形：O～e 2）不均匀屈服塑性变形：A～C 3）均匀塑性变形：C～B 4）不均匀集中塑性变形：B～k 5）最后发生断裂。k～ 低碳钢的拉伸力与伸长曲线 4 2、工程应力σ －应变ε曲线 （工程）应力σ －应变ε曲线，曲线形状不变。 由此，可建立材料在静拉伸下的力学性能指标。 应力σ：物体受外载荷作用时，单位截面积上内力。 工程应力－应变曲线 应变ε：单位长度上的伸长。 试样原截面积 A0 试样标距 L0 弹性变形：应力去除后能够恢复的变形。σ=Eε 弹性模量： E 弹性极限： σe 屈服极限：σs， σ0.2 加工硬化（应变硬化） 抗拉强度： σb 断裂强度： σk 延伸率：δ=(Lk-L0)/L0 断面收缩率：ψ=（F0-Fk)/F0 5 用静拉伸应力σ－应变ε曲线，可得出许多重要性能指标: 弹性模量 E ：主要用于零件的刚度设计。 屈服强度σs 和抗拉强度σb ：主要用于零件的强度设计。 特别是：抗拉强度σb 和弯曲疲劳强度有一定比例关系，进一步为零件在交变载荷下使用提供参考。 而材料的塑性，断裂前的应变量：主要是为材料在冷热变形时的工艺性能作参考。 2、工程应力σ －应变ε曲线 6 工程应力σ－应变ε曲线： 不能真实反映试件拉伸过程中应力和应变的变化关系。 实际拉伸中，随载荷F 增加，长度 L0 伸长，截面积 A0 相应减少。 工程应力－应变曲线 2、工程应力σ －应变ε曲线 低Ｃ钢、正火、退火调质中Ｃ钢，低、中C合金钢某些Al合金及某些高分子材料具有类似上述曲线。 铸铁、陶瓷：只有第I阶段 中、高碳钢：没有第II阶段　　　　　 7 3、真应力S－真应变e 曲线 3、真应力S－真应变e 曲线：（流变曲线） 在实践的塑性变形中，试样的截面积与长度也在不断发生着变化，在研究金属塑性变形时，为了获得真实的变形特性，应当按真应力和真应变来进行分析。 流变曲线真实反映变形过程中，随应变量增大，材料性质的变化。 工程应力－应变曲线 8 真应力S与真应变e 1）真应力 S ：试件在某一瞬时承受的拉伸应力。 2）真应变 e ：试件瞬时伸长量 / 瞬时长度。 若拉伸过程各阶段试件伸长量为一微小增量dL，则试件从L0伸长到Ln，总应变为： 工程应变 工程应力 9 3）真应力S 与工程应力σ关系 当材料拉伸变形是等体积变化（A0L0=AL）过程时， 真应力S 和工程应力σ 之间存在如下关系： 这说明，S σ 。（ε-工程应变） 10 4）真应变e 与工程应变ε关系 显然，总是 e ε，且变形量越大，二者的差距越大。 11 4、定义真应力S（应变e）的意义 1）真应力 S 和真应变 e 的定义： 承认了在变形过程中试件长度和直径间相互变化的事实。 因变形过程中体积保持不变，因此 即长度伸长了，其实际截面积 A 就会相应减少，因此， 12 4、定义真应力S （应变e ）的意义 2）之所以如此定义真应变： ① 因为每一时刻实际应变e 与瞬时标距长度Li 有关。 若固定每一位移增量ΔL ，瞬时长度 Li 就随之增加，相应地，应变增量就会减少。 （因随附加每一位移增量ΔL，瞬时标距长度Li 都要随之增加 ）。 ② 由试件总长度变化来定义其真应变e，就有可能认为该长度变化是一步达到的，或任意多步达到的。 13 因此，若试件分几次拉伸（如分2次拉伸），则 各次拉伸工程应变量之和不等于一次拉伸的工程应变量。 但是，各次拉伸真应变量e之和等于一次拉伸的真应变量。 14 5、不同类型材料典型的拉伸应力－应变曲线 1）第Ⅰ种类型：完全弹性 可用虎克定律描述其应力σ-应变ε成比例的材料特性。 特点：具有可逆应力－应变曲线和不出现塑性变形的特征。 典型材料：如玻璃、岩石、多种陶瓷、高交联度的高聚合物和低温下的某些金属材料。 此类材料抗脆性（低能量）断裂的能力是极需注意的问题。 E－材料的弹性模量（杨氏模量） 15 苏打石灰玻璃：应力-应变曲线只显示弹性变形，没有塑性变形立即断裂，这是完全脆断的情形。 工程结构陶瓷材料：如Al2O3，SiC等，淬火态高碳钢、普通灰铸铁也属这种情况。 16 完全弹性材料： 不适用于在拉伸载荷下的工