金属材料的变形与再结晶-2013VIP免费

-1-第九章金属材料的变形与再结晶各种材料在加工以及使用过程中都不可避免地要受到外力的作用，特别对于金属材料而言，材料的变形行为显得格外重要。材料在外力作用下，当外力较小时将发生弹性变形，随着外力的逐步增大，进而会发生永久变形，直至最终断裂。在这个过程中，不仅其形状或尺寸发生了变化，其内部组织以及相关的性能也都会发生相应变化。这种变化的结果会使得材料内部的能量增加，因此在热力学上处于不稳定的状态。当动力学条件许可时（如加热到某一温度），在材料内部就会发生一系列的变化（如回复和再结晶），以降低系统能量。因此，研究材料在塑性变形中的行为特点，分析其变形机理以及影响因素，以及讨论经塑性变形后的材料在随后的回复、再结晶过程中的组织、结构、性能的变化规律，具有十分重要的理论和实际意义。9.1金属的应力－应变曲线9.1.1工程应力－应变曲线具有—定塑性的金属材料，在受力之后产生变形，起初是弹性变形，然后是是弹－塑性变形，最后当外力超过一定大小之后便发生了断裂。这种变形的特性可以明显地反映在应力－应变曲线上。如图9-1所示即为常用的工程应力－应变曲线，其中应力和应变采用如下方法获得：0AP9.100lll9.2式中：P－作用在试样上的载荷；A0－试样的原始横截面积；l0－试样的原始标距部分长度；l－试样变形后标距部分长度。图9.1工程应力－应变示意图图9.2真应力应变曲线之所以称为这样得出的应力—应变曲线为工程应力—应变曲线，是由于应力和应变的计算中没有考虑变形后试样截面积与长度的变化，故工程应力—应变曲线与载荷—变形曲线的形状是一致的。在图9.1中0e对应于弹性变形阶段，esbk段对应于弹－塑性变形阶段，k为断裂点。当应力低于材料的弹性极限e时，发生弹性变形、应力与应变之间通常保持线性关系，服从虎克定律：＝E或＝G，其中、为正应力和切应力，、为正应变和切应变；应力-2-与应变之间的比例系数E、G分别称为正弹性模量和切变弹性模量。弹性模量在数值上等于应力－应变曲线上弹性变形阶段的斜率。弹性模量反映了材料对弹性变形的抗力，E愈大，则在一定的外力下所产生的弹性应变愈小。因此，E反映了材料的刚度，在其它条件相同时，材料的弹性模量E愈大，材料的刚度愈好。弹性模量是表征材料中原子间结合力强弱的物理量，对组织结构不敏感，所以在金属中添加少量合金元素或是进行加工都不会对弹性模量产生明显影响。当应力超过s时，材料发生塑性变形，出现了屈服现象，因此称s为该材料的屈服极限或屈服点。对于屈服点不明显的材料，常规定以发生残余变形量为试样标距部分原长的0.2%时的应力值作为条件屈服极限或屈服强度，以0.2表示。应力超过s之后，试样发生明显而均匀的塑性变形，随着塑性变形的进行，金属被不断强化，继续变形所需要的应力不断提高，一直达到最大值b点，此最大应力值b称为材料的强度极限(或抗拉强度)。它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。超过此值后，拉伸试样上出现了颈缩现象，由于试样局部截面尺寸快速缩小导致试样承受的载荷开始降低，因而工程应力－应变曲线也开始下降，直至达到k点试样发生断裂为止。9.1.2真应力应变曲线在实际的塑性变形过程中，试样的截面积与长度也在不断地发生着变化，特别是当变形较大时，工程应力、应变将与材料的真实应力、应变存在明显的差异，因此，在研究金属塑性变形规律时，为了得出真实的变形特性，应当按真应力和真应变来进行分析。一、真应力和真应变（1）真应变以拉伸一个长为l0的均匀圆柱体为例，若其伸长一倍，则工程应变0.1)(00lll；如为压缩，要获得同样数值的负应变，理应压缩到其原长度的一半，但按此算得5.0)(00lll，两者并不相符，必须压缩到厚度为零时才能算得-1.0应变值。这样的结果显然是不对的。这里的主要问题就在于工程应变公式计算所得到的是对应于原长度的平均应变，而不是真实的应变值。考虑到变形过程中试样长度在变化，故每一瞬时的应变值应由此时刻的实际长度来决定。这样，在拉伸时，由于试样长度不断增大，每伸长同样的增量l，相应的应变增量就不断减小...