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PNOZ M1P Base No 773105

低碳鋼的應力－應變曲線

a、拉伸過程的變形：

彈性變形，屈服變形，加工硬化（均勻塑性變形），不均勻集中塑性變形。

b、相關公式：

工程應力 σ=F/A0；工程應變ε=ΔL/L0；比例極限σP；彈性極限σε；屈服點σS；抗拉強度σb；斷裂強度σk。

真應變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真應力 s=σ(1+ε)= σ*eε指數e為真應變。

c、相關理論：

真應變總是小于工程應變，且變形量越大，二者差距越大；真應力大于工程應力。

彈性變形階段，真應力—真應變曲線和應力—應變曲線基本吻合；塑性變形階段兩者出線顯著差異。

2、關于彈性變形的問題

a、相關概念

彈性：表征材料彈性變形的能力。

剛度：表征材料彈性變形的抗力。

彈性模量：反映彈性變形應力和應變關系的常數，E=σ/ε；工程上也稱剛度，表征材料對彈性變形的抗力。

彈性比功：稱彈性比能或應變比能，是材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力，評價材料彈性的好壞。

包申格效應：金屬材料經預先加載產生少量塑性變形，再同向加載，規定殘余伸長應力增加；反向加載，規定殘余伸長應力降低的現象。

滯彈性：（彈性后效）是指材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產生的附加彈性應變的性能。

彈性滯后環：非理想彈性的情況下，由于應力和應變不同步，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環韌性，也叫內耗。

b、相關理論：

彈性變形都是可逆的。

理想彈性變形具有單值性、可逆性和瞬時性。但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷，彈性變形時，并不是完整的。

彈性變形本質是構成材料的原子或離子或分子自平衡位置產生可逆變形的反映單晶體和多晶體金屬的彈性模量，主要取決于金屬原子本性和晶體類型。

包申格效應、滯彈性、偽彈性、粘彈性。

包申格效應消除方法：預先大塑性變形，回復或再結晶溫度下退火。

循環韌性表示材料的消震能力。

3、關于塑形變形的問題

a、相關概念

滑移：滑移系越多，塑性越好；滑移系不是唯一因素（晶格阻力等因素）；滑移面——受溫度、成分和變形的影響；滑移方向——比較穩定。

孿生：fcc、bcc、hcp都能以孿生產生塑性變形；一般在低溫、高速條件下發生；變形量小，調整滑移面的方向。

屈服現象：退火、正火、調質的中、低碳鋼和低合金鋼比較常見，分為不連續屈服和連續屈服；

屈服點：材料在拉伸屈服時對應的應力值，σs；

上屈服點：試樣發生屈服而力下降前的應力值，σsu；

下屈服點：試樣屈服階段中最小應力，σsl；

屈服平臺（屈服齒）：屈服伸長對應的水平線段或者曲折線段；

呂德斯帶：不均勻變形；對于沖壓件，不容許出現，防止產生褶皺。

屈服強度：表征材料對微量塑性變形的抗力。

連續屈服曲線的屈服強度：用規定微量塑性伸長應力表征材料對微量塑性變形的抗力：

（1）規定非比例伸長應力σp：

（2）規定殘余伸長應力σr：試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規定的原始標距百分比時的應力；殘余伸長的百分比為0.2%時，記為σr0.2；

（3）規定總伸長應力σt：試樣標距部分的總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達到規定的原始標距百分比時的應力。

晶格阻力（派納力）；位錯交互作用阻力。

Hollomon公式：S=Ken，S為真應力，e為真應變；n—硬化指數0.1~0.5，n=1,完全理想彈性體，n=0，沒有硬化能力；K——硬化系數。

縮頸是：韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區域的特殊現象。

抗拉強度：韌性金屬試樣拉斷過程中試驗力所對應的應力。代表金屬材料所能承受的拉伸應力，表征金屬材料對均勻塑性變形的抗力。與應變硬化指數和應變硬化系數有關。等于拉應力比上原始橫截面積。

塑性是指金屬材料斷裂前發生不可逆永久（塑性）變形的能力。

b、相關理論

常見的塑性變形方式：滑移，孿生，晶界的滑動，擴散性蠕變。

塑性變形的特點：各晶粒變形的不同時性和不均勻性（取向不同；各晶粒力學性能的差異）；各晶粒變形的相互協調性（金屬是一個連續的整體，多系滑移；Von Mises 至少5個獨立的滑移系）。

硬化指數的測定：①試驗方法；②作圖法lgS=lgK+nlge。

硬化指數的影響因素：與層錯能有關,層錯能下降，硬化指數升高；對金屬材料的冷熱變形也十分；與應變硬化速率并不相等。

縮頸的判據（失穩臨界條件）拉伸失穩或縮頸的判據應為dF=0

兩個塑性指標：斷后伸長率δ=(L1-L0)/LO*100%；

斷后收縮率：ψ=(A0-A1)/A0*100%

ψ>δ，形成為縮頸

ψ=δ或ψ<δ，不形成縮頸

4、關于金屬的韌度斷裂問題

a、相關概念

韌性：斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。

韌度：單位體積材料斷裂前所吸收的功。

韌性斷裂：裂紋緩慢擴展過程中消耗能量；斷裂最先發生在纖維區，然后快速擴展形成放射最后斷裂形成剪切唇，放射區在裂紋快速擴展過程中形成，一般放射區匯聚方向指向裂紋源。

脆性斷裂：基本不產生塑性變形，危害性大。低應力脆斷，工作應力很低，一般低于屈服極限；脆斷裂紋總是從內部的宏觀缺陷處開始；溫度降低，應變速度增加，脆斷傾向增加。

穿晶斷裂：裂紋穿過晶內，可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂，斷口明亮。

沿晶斷裂：裂紋沿晶界擴展，都是脆性斷裂，由晶界處的脆性第二相等造成，斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發生。高溫下，多由穿晶斷裂轉為沿晶韌性斷裂。

沿晶斷裂斷口：斷口冰糖狀；若晶粒細小，斷口呈晶粒狀。

剪切斷裂：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。（滑斷、微孔聚集型斷裂）。

解理斷裂：材料在正應力作用下，由于原于間結合鍵的破壞引起的沿特定晶面發生的脆性穿晶斷裂。

金屬的強度就是指金屬材料原子間結合力的大小，一般說金屬熔點高，彈性模量大，熱膨脹系數小則其原子間結合力大，斷裂強度高。斷裂的實質就是外力作用下材料沿某個原子面分開的過程。

格里菲思理論：從熱力學觀點看，凡是使能量減低的過程都將自發進行，凡使能量升高的過程必將停止，除非外界提供能量。由于裂紋存在，系統彈性能降低，與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加，裂紋就會失穩擴展，引起脆性破壞。

b、相關理論

斷裂三種主要的失效形式：磨損、腐蝕、斷裂。

多數金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。

按斷裂的性態：韌性斷裂和脆性斷裂；按裂紋擴展路徑：穿晶斷裂和沿晶斷裂；按斷裂機制：解理斷裂和剪切斷裂。

韌性斷裂和脆性斷裂：根據材料斷裂前產生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發生微量的塑性變形，一般規定斷面收縮率小于5％則為脆性斷裂。反之大于5％的為韌性斷裂。

脆性斷口平齊而光亮，與正應力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。

解理斷裂是沿特定的晶面發生的脆性穿晶斷裂，通常總沿一定的晶面分離。

解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂。

常見的裂紋形成理論：①位錯塞積理論；②位錯反應理論。

解理與準解理

共同點：穿晶斷裂；有小解理刻面；臺階及河流花樣。

不同點：①準解理小刻面不是晶體學解理面；②解理裂紋常源于晶界，準解理裂紋常源于晶內硬質點。準解理不是一種獨立的斷裂機理，而是解理斷裂的變種。

格雷菲斯理論是根據熱力學原理得出的斷裂發生的必要條件，但并不意味著事實上一定斷裂。裂紋自動擴展的充分條件是尖端應力等于或大于理論斷裂強度。

5、關于硬度的問題

a、硬度概念

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。

b、硬度試驗方法

劃痕法——表征金屬切斷強度；

回跳法——表征金屬彈性變形功；

壓入法——表征塑性變形抗力及應變硬化能力。

布氏硬度

壓頭：淬火鋼球（HBS），硬質合金球（HBW）；

載荷：3000Kg 硬質合金，500Kg 軟質材料；

保載時間：10-15s 黑色金屬，30s 有色金屬。

壓痕相似原理

只用一種標準的載荷和鋼球直徑,不能同時適應硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的 硬度值之間可比，壓痕必須滿足幾何相似。

布氏硬度表示方法：600HBW1/30/20

①度值，②符號HBW，③球直徑，④試驗力(1kgf=9.80665N)，⑤試驗力保持時間。

布氏硬度試驗的優缺點：

優點：壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內各組成相的平均性能，不受個別組成 相及微小不均勻性的影響。

缺點：對不同材料需更換壓頭直徑和改變試驗力，壓痕測量麻煩，自動檢測受到限制；壓痕較大時不宜在成品上試驗。

洛氏硬度

以測量壓痕深度表示材料硬度值。

壓頭有兩種：α＝120°的金剛石圓錐體，一定直徑的淬火鋼球。

洛氏硬度試驗優缺點：

優點：操作簡便、迅速，硬度可直接讀出；壓痕較小，可在工件上試驗；用不同標尺可測定軟硬不同和厚薄不一的試樣。

缺點：壓痕較小，代表性差；材料若有偏析及組織不均勻等缺陷，測試值重復性差，分散度大；用不同標尺測得的硬度值沒有聯系，不能直接比較。

維氏硬度

原理與布氏硬度試驗相同，根據單位面積所承受的試驗力計算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。

努氏硬度

與維氏硬度的區別1）壓頭形狀不同；2）硬度值不是試驗力除以壓痕表面積，而是除以壓痕投影面積。

肖氏硬度

一種動載荷試驗法，原理是將一定質量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘，從一定高度落于金屬試樣表面，根據重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小，也稱回跳硬度。用HS表示。

里氏硬度

動載荷試驗法，用規定質量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭的回彈速度表征金屬的硬度值。用HL表示。

DSQC346G 3HAB8101-8/11A 

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