第八章材料的变形与断裂VIP免费

第八章材料的变形与断裂deformationandfracture金属构件在使用过程中，最终的失效形式有两种：塑性变形和断裂，此外塑性变形也是金属材料的一种主要成型方式：锻造、轧制等。对于工程结构材料来说，最重要的是它的机械性能：强度、塑性等，而这些性能又和材料的塑性变形行为密切相关，因此研究金属的变形和断裂行为十分重要，是本课程的一个重点内容。1强度和塑性的概念。2单晶体塑性变形的宏观规律和位错机制。3多晶体塑性变形特点。4塑性变形对金属组织、性能的影响。5金属强化机制。6冷变形金属的回复和再结晶。第一节金属变形概述金属拉伸试验曲线（应力-应变曲线）(stress-straincurve)均匀塑性变形和局部塑性变形两种拉伸曲线：载荷－伸长曲线和应力－应变曲线金属拉伸曲线分析。1弹性变形阶段：σ－ε呈直线关系。（弹）塑性变形阶段：σ-ε不遵循虎克定律2均匀塑性变形阶段：屈服阶段：ε增加，σ基本保持不变，σ－ε呈非线性关系。3颈缩阶段（局部变形阶段）：变形集中在局部区域。4断裂阶段：从颈缩到断裂。拉伸试验可以得到以下强度指标和塑性指标：ReH,ReL(σs)——屈服强度（极限）Rp0.2(σ0.2)——规定非比例延伸强度（条件屈服强度）Rm(σb)——抗拉极限两个塑性指标：延伸率elongationrateA（δ），断面收缩率Zpercentageofareareduction（ψ）。在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。强度指标——表示材料抵抗塑性变形和破坏的能力，塑性指标――表示材料产生塑性变形的能力。这两个指标均和金属塑性变形有关，反映了一个问题的两个方面。泊松比:法国数学家SimeomDenisPoisson为名。在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。比如，一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然)，而横向应变e'与轴向应变e之比称为泊松比V。材料的泊松比一般通过试验方法测定。第二节金属的弹性变形elasticdeformation定义：随外力撤销而消失的变形。弹性变形的实质双原子模型：在平衡距离Ro处，两原子间的引力和斥力相等，合力为零，能量处于最低状态，两原子处于最稳定状态。晶体也同样，正常状态下，点阵中每一原子都处于各自的平衡位置――晶格点阵的结点处。晶体受到外力作用后，无论是拉伸还是压缩，平衡都会受到破坏，使原子离开各自的平衡位置，相互间就会产生作用力（拉伸时是引力，压缩时是斥力），犹如原子间被弹簧所连接。这些作用力力图将原子拉回到原来的平衡位置，但由于存在外力与之抗衡，原子无法回到平衡位置，于是微观上就产生点阵畸变，宏观表现就是变形（伸长或收缩）。外力撤销后，在原子相互间作用力的作用下，原子将回到原平衡位置，微观上看点阵畸变消失，宏观上看变形消失。弹性变形的实质：晶体在外力作用下，原子偏离原平衡位置，但相对位移不超过一个原子间距，使晶格点阵产生畸变，产生弹性变形。这时由于原子间相互作用力的存在使各原子有自发回到原平衡位置的倾向，当外力撤销后，各原子迅速回到各自的原平衡位置，弹性变形消失。弹性变形的特点：1．变形可逆reversible；2．应力应变成正比，服从虎克定律；σ＝Eε，τ＝Gγ，G＝E/{2(1+ν)}3．在弹性变形范围内，弹性变形量与弹性模量有关，不同材料的在相同应力作用下产生的弹性变形量是不同的，ε＝σ/E。金属材料一般不会超过1％（E≈70～350GPa），高分子材料由于弹性模量低（橡胶只有1MPa），弹性变形量可达到100～1000％。弹性模量的物理意义：E＝σ/ε，弹性模量相当于产生单位弹性变形所需的应力，反映了不同材料中原子间结合力的不同，代表了在外力作用下，晶体中原子离开平衡位置的难易程度。它的大小与材料中原子键的强弱有关，离子键、共价键键强大，弹性模量最高（250～600GPa），金属键键强也较大，所以弹性模量也很高，分子键键强最弱，弹性模量只有几百～几千MPa，甚至更低。因此陶瓷、金属材料的弹性变形量很小，如金刚石，弹性模量最高1000GPa，而塑料、橡胶的弹性则很高。弹性模量是一个组织不敏感指标，组织变化对它的影响不大，和力学性能指标不同。第三节...