优选第一章材料在静拉伸载荷下的力学性能塑性变形
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非均匀塑性变形
吕德斯带布满试样时， 屈服结束，进入均匀塑 性变形阶段。
钢板冷冲压之前进行预 先冷变形（1－2％）， 防止褶皱。
屈服现象的本质
材料的塑性应变速率与材料中的可动位错密度，位 错运动速度和位错柏氏矢量的关系为
在有明显屈服点的材料中(含有微量间隙溶质原子的 体心立方金属，如Fe、Mo，Nb、Ta等),由于溶质原 子对位错的钉扎作用，可动位错密度较小，在塑性 变形开始时，可动位错必须以较高速度运动，才能 适应试验机夹头运动（ 一定 ） 的要求。
优选第一章材料在静拉伸载荷 下的力学性能塑性变形
2020/9/7
中原工学院
1
fcc、bcc和hcp三类金属材料都能以 孪生方式产生塑性变形，但fcc金属只 在很低的温度下才能产生孪生变形。 bcc金属在冲击载荷或低温下也常发生 孪生变形。hcp金属及其合金滑移系少， 并且在c轴方向没有滑移矢量，因而更 易产生孪生变形。
这就是屈服开始时观察到的上屈服点 及屈服降落。
锯齿的产生：位错相互作用，使可动位 错密度下降－－开动－－下降－－－开 动－－
位错速度的应力敏感性m也是一个重要 因素，m值越小，为使位错运动速度变 化所需的应力变化越大，屈服现象就 越明显，反之亦然。如体心立方金属， m<20，而面心立方金属m>100，因此， 前者屈服现象明显。
（1）金属本性及晶格类型：合金中的位错主 要分布于基体相内，位错运动阻力首先来自于 基体相。
临界切应力和弹性模量G有关,G值越高其临 界切应力越大。过渡族金属Fe、Ni等，G较高， 其临界切应力也高，因而屈服强度也高。
• 临界切应力还与晶体类型有关。金属滑 移方向的原子间距b(柏氏矢量)越大，临 界切应力越大。如面心立方金属Cu、Al 和六方金属Mg、Zn等b小，而体心立方 金属α－Fe、Cr等b大，因此，α－Fe、Cr 等的屈服强度都较Cu、Al、Zn、Mg高。 以α—ห้องสมุดไป่ตู้e为基的钢的屈服强度也比奥氏体 钢的屈服强度高。
（2）晶粒大小——细晶强化
根据多晶体的塑性变形滑移机构，位错运动时需要克服晶界 的阻力，因而晶粒大小会影响屈服强度。
位错在基体金属中的运动阻力或叫摩擦阻力，主要决定 于晶体结构（弹性模量和b）和位错密度 决定于晶体结构的常数 晶粒直径 此乃著名的霍尔－派奇公式
应该指出，bcc金属的ks较fcc和hcp金属 的ks高，所以bcc金属的细晶强化效果最好， 而fcc和hcp晶系的金属则较差。
时效强化和细晶强化是工业合金中 提高材料屈服强度的最常用的手段。
在这几种强化机制中，只有细晶强 化既能提高强度又能增加塑性。另外几 种机制在提高材料强度的同时，也降低 了塑性。
影响屈服强度的外在因素
影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、 应力状态。
随着温度的降低与应变速率的增高，材料的屈 服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应 变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆性和冲 击脆性。
但位错运动速度决定于其所受外力的大小， 即
为作用于滑移面上的切应力； 为位错以单位速度运动时所需的切应力；
m为位错运动速率的应力敏感性指数，表明
位错速度对切应力大小的依赖程度。
因此，欲提高位错运动速度，就需要 较高的应力。塑性变形一旦开始，位错 便大量增殖，使位错密度迅速增加，从 而使 相应降低和所需应力下降。
应力状态的影响也很重要，切应力分量越大的 应力状态，越有利于塑性变形，屈服强度越低， 扭转比拉伸屈服强度低，拉伸比弯曲屈服强度 低，压缩时更低，三向压缩最低。
孪生变形也是沿特定晶面和特定晶 向进行的。
多晶体金属塑性变形特点
多晶体金属中，每一晶粒滑移变形的规律与单 晶体金属相同。但由于多晶体金属存在着晶界， 各晶粒的取向也不相同，因而其塑性变形具有 如下一些特点。 1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性 2.各晶粒变形的相互协调性
屈服现象
外力不增加，或者下降， 试样继续伸长的现象。
用细化晶粒来提高金属屈服强度的方法 叫做细晶强化，它不仅可以提高强度，而且 还可提高塑性和韧性，所以它是金属强韧化 的一种好办法。
亚结构作用和晶界相同，上式也适合。
(3)固溶强化
把异类元素原子溶入基体金属得到固溶合金，可 以有效地提高屈服强度。这样的强化方法叫做固溶 强化。
固溶强化的效果决定于溶质原子的性质、浓度 以及与溶剂原子的直径差等。
屈服强度σS
屈服标准
σS定义: 材料开始塑性变形的应力。 根据使用场合不同，工程上常用的屈服标 准有三种：
(1)比例极限： 应力-应变曲线上符合线性 关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超 过σp时即认为材料开始屈服。 σS≥σP
规定非比例伸长应力，规定残余伸长应力
(2)弹性极限： 试样加载后再卸载，以不 出现残留的永久变形为标准，材料能够 完全弹性恢复的最高应力。以σe表示 （ σ0.01）。应力超过σe时即认为材料 开始屈服。 σe≥σP
(3)屈服强度： 通常以规定发生一定的残 留变形为标准，如常以0.2%残留变形的 应力作为屈服强度，符号为σ0.2。(注意 与规定弹性极限的区别，屈服点明显与 不明显的区别)
影响屈服强度的内在因素（5条）
从位错理论来看，无论是内在因素还是外 在因素，之所以影响屈服强度，都和它们阻碍 位错运动的情况有关。
(5)形变强化
金属预先塑性变形可以提高屈服强度，塑 性变形量越大，屈服强度提高幅度也越大。 这种因塑性变形而提高屈服强度的现象叫做 形变强化或加工硬化。
在金属塑性变形阶段，变形曲线上升可以 说明金属的形变强化现象。
形变强化的本质也是位错密度增大（位错 增殖）和位错运动受阻（位错反应和位错交 割）的结果。
间隙固溶体强化效果大；置换固溶体强化效果 较差。
图中是不同合金元素对铁素体钢强化效果。可 以看出其强化效果都随浓度提高而增加，间隙固溶 强化效果最高。
(4)第二相的影响
工业合金，特别是高强度合金，在基体上 大都分布有第二相。它们一般是些硬而脆的 物质，如金属间化合物和金属碳化物。在合 金中，虽然第二相的比例不大，但因它们是 以微小颗粒分布于基体上，却显著地影响屈 服强度（弥散强化 ）。这些第二相组织可用 粉末冶金法获得，但一般多用合金化和热处 理方法获得（如时效强化）。
吕德斯带布满试样时， 屈服结束，进入均匀塑 性变形阶段。
钢板冷冲压之前进行预 先冷变形（1－2％）， 防止褶皱。
屈服现象的本质
材料的塑性应变速率与材料中的可动位错密度，位 错运动速度和位错柏氏矢量的关系为
在有明显屈服点的材料中(含有微量间隙溶质原子的 体心立方金属，如Fe、Mo，Nb、Ta等),由于溶质原 子对位错的钉扎作用，可动位错密度较小，在塑性 变形开始时，可动位错必须以较高速度运动，才能 适应试验机夹头运动（ 一定 ） 的要求。
优选第一章材料在静拉伸载荷 下的力学性能塑性变形
2020/9/7
中原工学院
1
fcc、bcc和hcp三类金属材料都能以 孪生方式产生塑性变形，但fcc金属只 在很低的温度下才能产生孪生变形。 bcc金属在冲击载荷或低温下也常发生 孪生变形。hcp金属及其合金滑移系少， 并且在c轴方向没有滑移矢量，因而更 易产生孪生变形。
这就是屈服开始时观察到的上屈服点 及屈服降落。
锯齿的产生：位错相互作用，使可动位 错密度下降－－开动－－下降－－－开 动－－
位错速度的应力敏感性m也是一个重要 因素，m值越小，为使位错运动速度变 化所需的应力变化越大，屈服现象就 越明显，反之亦然。如体心立方金属， m<20，而面心立方金属m>100，因此， 前者屈服现象明显。
（1）金属本性及晶格类型：合金中的位错主 要分布于基体相内，位错运动阻力首先来自于 基体相。
临界切应力和弹性模量G有关,G值越高其临 界切应力越大。过渡族金属Fe、Ni等，G较高， 其临界切应力也高，因而屈服强度也高。
• 临界切应力还与晶体类型有关。金属滑 移方向的原子间距b(柏氏矢量)越大，临 界切应力越大。如面心立方金属Cu、Al 和六方金属Mg、Zn等b小，而体心立方 金属α－Fe、Cr等b大，因此，α－Fe、Cr 等的屈服强度都较Cu、Al、Zn、Mg高。 以α—ห้องสมุดไป่ตู้e为基的钢的屈服强度也比奥氏体 钢的屈服强度高。
（2）晶粒大小——细晶强化
根据多晶体的塑性变形滑移机构，位错运动时需要克服晶界 的阻力，因而晶粒大小会影响屈服强度。
位错在基体金属中的运动阻力或叫摩擦阻力，主要决定 于晶体结构（弹性模量和b）和位错密度 决定于晶体结构的常数 晶粒直径 此乃著名的霍尔－派奇公式
应该指出，bcc金属的ks较fcc和hcp金属 的ks高，所以bcc金属的细晶强化效果最好， 而fcc和hcp晶系的金属则较差。
时效强化和细晶强化是工业合金中 提高材料屈服强度的最常用的手段。
在这几种强化机制中，只有细晶强 化既能提高强度又能增加塑性。另外几 种机制在提高材料强度的同时，也降低 了塑性。
影响屈服强度的外在因素
影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、 应力状态。
随着温度的降低与应变速率的增高，材料的屈 服强度升高，尤其是体心立方金属对温度和应 变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆性和冲 击脆性。
但位错运动速度决定于其所受外力的大小， 即
为作用于滑移面上的切应力； 为位错以单位速度运动时所需的切应力；
m为位错运动速率的应力敏感性指数，表明
位错速度对切应力大小的依赖程度。
因此，欲提高位错运动速度，就需要 较高的应力。塑性变形一旦开始，位错 便大量增殖，使位错密度迅速增加，从 而使 相应降低和所需应力下降。
应力状态的影响也很重要，切应力分量越大的 应力状态，越有利于塑性变形，屈服强度越低， 扭转比拉伸屈服强度低，拉伸比弯曲屈服强度 低，压缩时更低，三向压缩最低。
孪生变形也是沿特定晶面和特定晶 向进行的。
多晶体金属塑性变形特点
多晶体金属中，每一晶粒滑移变形的规律与单 晶体金属相同。但由于多晶体金属存在着晶界， 各晶粒的取向也不相同，因而其塑性变形具有 如下一些特点。 1.各晶粒变形的不同时性和不均匀性 2.各晶粒变形的相互协调性
屈服现象
外力不增加，或者下降， 试样继续伸长的现象。
用细化晶粒来提高金属屈服强度的方法 叫做细晶强化，它不仅可以提高强度，而且 还可提高塑性和韧性，所以它是金属强韧化 的一种好办法。
亚结构作用和晶界相同，上式也适合。
(3)固溶强化
把异类元素原子溶入基体金属得到固溶合金，可 以有效地提高屈服强度。这样的强化方法叫做固溶 强化。
固溶强化的效果决定于溶质原子的性质、浓度 以及与溶剂原子的直径差等。
屈服强度σS
屈服标准
σS定义: 材料开始塑性变形的应力。 根据使用场合不同，工程上常用的屈服标 准有三种：
(1)比例极限： 应力-应变曲线上符合线性 关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超 过σp时即认为材料开始屈服。 σS≥σP
规定非比例伸长应力，规定残余伸长应力
(2)弹性极限： 试样加载后再卸载，以不 出现残留的永久变形为标准，材料能够 完全弹性恢复的最高应力。以σe表示 （ σ0.01）。应力超过σe时即认为材料 开始屈服。 σe≥σP
(3)屈服强度： 通常以规定发生一定的残 留变形为标准，如常以0.2%残留变形的 应力作为屈服强度，符号为σ0.2。(注意 与规定弹性极限的区别，屈服点明显与 不明显的区别)
影响屈服强度的内在因素（5条）
从位错理论来看，无论是内在因素还是外 在因素，之所以影响屈服强度，都和它们阻碍 位错运动的情况有关。
(5)形变强化
金属预先塑性变形可以提高屈服强度，塑 性变形量越大，屈服强度提高幅度也越大。 这种因塑性变形而提高屈服强度的现象叫做 形变强化或加工硬化。
在金属塑性变形阶段，变形曲线上升可以 说明金属的形变强化现象。
形变强化的本质也是位错密度增大（位错 增殖）和位错运动受阻（位错反应和位错交 割）的结果。
间隙固溶体强化效果大；置换固溶体强化效果 较差。
图中是不同合金元素对铁素体钢强化效果。可 以看出其强化效果都随浓度提高而增加，间隙固溶 强化效果最高。
(4)第二相的影响
工业合金，特别是高强度合金，在基体上 大都分布有第二相。它们一般是些硬而脆的 物质，如金属间化合物和金属碳化物。在合 金中，虽然第二相的比例不大，但因它们是 以微小颗粒分布于基体上，却显著地影响屈 服强度（弥散强化 ）。这些第二相组织可用 粉末冶金法获得，但一般多用合金化和热处 理方法获得（如时效强化）。