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工程材料力学性能 第一章 退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为如下五个阶段：1、 弹性变形；2、 不均匀屈服塑性变形（屈服阶段）3、 均匀塑性变形阶段；4、 不均匀集中塑性变形；5、 断裂。 弹性变形： 是一种可逆变形，实质：晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映。弹性变形物理本质：原子间距几何参数随外力的可逆变化。 弹性模量：弹性模量是产生100%弹性变形所需的应力。 物理意义：表征金属材料对弹性变形的抗力，其值大小反映了金属弹性变形的难易程度。 其值越大，表示在相同应力下产生的弹性变形就越小。 影响因素——主要取决于金属原子本性和晶格类型（原子间作用力）。 金属的弹性模量是一个组织不敏感的力学性能指标，合金化、 热处理（显微组织）、 冷塑性变形对E值影响不大。 弹性比功：又称弹性比能、 应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力（即材料吸收变形功而不发生永久变形的能力，是一个韧度指标。）。 物理意义：试样或实际机器零件的体积越大，则可吸收的弹性功越多，可储备的弹性能越多。 滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象，称为滞弹性。 循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫做金属的内耗、消振性。 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，弹性极限和屈服强度就会升高；如果反向加载，弹性极限和屈服强度都下降，这种现象叫做包申格效应。 包申格效应的消除：预先进行较大的塑性变形，或在第二次反向受力之前使金属材料于回复或再结晶温度下退火。 塑性变形： 外力移去后不能恢复的变形。 金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。 滑移系越多，塑性越好，但滑移系的数量不是决定塑性的唯一因素。 如fcc金属滑移系比bcc金属少，但因前者晶格阻力低，位错容易运动，故塑性却优于后者。 塑性变形具有一些特点： 1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性：（ a）材料表面优先（ b）与切应力取向最佳的滑移系优先 2．各晶粒变形的相互协调性：（ a）晶粒间塑性变形的相互制约（ b）晶粒间塑性变形的相互协调（ c）晶粒内不同滑移系滑移的相互协调 屈服现象与下述三个因素有关:① 材料在变形前可动位错密度很小(或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错被杂质原子或第二相质点所订扎)；② 随塑性变形发生，位错能快速增殖；③ 位错运动速率与外加应力有强烈依存关系。 规定非比例伸长应力（ σp ）：试样在加载过程中，标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。 规定残余伸长应力（ σr ）：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。 常用的为σr0.2表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。 规定总伸长应力（ σt ）：试样标距部分的总伸长（弹性伸长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的应力。 常用的规定总伸长率为0.5%， σt0.5表示规定总伸长率为0.5%时的应力。 σs/σb:屈强比，表示材料抗变形能力。 影响屈服强度因素： 内因：a金属本性及晶格类型 b晶粒大小和亚结构 c溶质元素 d第二相 外因:温度、应变速率和应力状态。 a温度：温度升高，屈服强度下降；反之，屈服强度增大（低温脆性）。b应变速率（加载速率）：应变速率增大，金属的强度增大，屈服强度随应变速率的变化还要明显。c应力状态：切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度则越低。所以扭转比拉伸的屈服强度低，拉伸比弯曲的屈服强度低。不同应力状态下材料屈服强度不同并不是材料性质发生变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同而已。 根据断裂前塑性变形大小分类：韧性断裂和脆性断裂； 根据断裂面的取向：正断和切断； 根据裂纹扩展的途径: 穿晶断裂和沿晶断裂； 根据断裂机理分类:解理断裂、微孔聚集型断裂和纯剪切断裂。 韧性断裂和脆性断裂的区别：有无明显的塑形变形。 韧性断裂： 断裂前产生明显宏观塑性变形。是缓慢的撕裂过程；在裂纹扩展中不断消耗能量；断裂面一般平行于最大切应力，并与主应力成45o角。 宏观断口形貌： 断裂面用肉眼或放大镜观察时，断口呈纤维状，灰暗色。 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，有纤维区，放射区和剪切唇三个区域组成，即断口特征三要素。 脆性断裂：1、是突然发生的断裂， 断裂前基本上不发生塑性变形， 没有明显征兆， 因而危害性很大。2、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。3、人字纹花样的放射方向与裂纹扩展方向平行。 其尖顶指向裂纹源。4、通常脆性断裂前也产生微量塑性变形。 穿晶断裂:裂纹穿过晶内。通常为韧性断裂，断裂机制包括剪切、解理和准解理断裂。 沿晶断裂:是指裂纹在晶界