第4章-塑性变形原理.

3、塑性变形的特点 A、外力要超过屈服强度才发生，但无明确的转折点，常以σ=0.2%时 的应力σ0.2为屈服强度； B、取消外力后，体积恢复原大小，但外形不再恢复原状，所以叫塑性 变形，受力后的总变形由体积变形和形状变形组成； C、根据不同条件，随变形量的增大，力可能增大，但增大量没有弹性 阶段大，也不是直线关系，但也可能保持不变； D、晶体内部原子间相对位置发生变化，大量原子做定向迁移； E、过程中，晶体内部中造成大量缺陷，导致力性、理化工艺性能改 变；
B、变形速度：慢一些有利于缺陷修复，对塑性有好处，韧性高的金属裂纹长 大慢，变形速度可以高；
C、变形量：越大，积累的缺陷越多，当然不利。 2.3塑性与应力状态的关系：拉应力是不利的，压应力有利，三向压应力更有 利，所以拉伸易裂的金属挤压就好一些； 2.4塑性大小一般用δ %考核，但这是单向拉伸时的数据，所以做针对性更强 的测试更好；
2、塑性 定义：金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。 通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。 断后伸长率δ 试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比： δ =(L1—L0)/L0×100％ 式中，L1试样原始标距长度。L0试样拉断后的标距长度。 断面收缩率ψ 试样拉断处横截面积的缩减量与原始横截面积之比： ψ = =(A0—A1)/AO ×100％ 式中，Ao是试样的原始横截面积；A1是试样断口处的横截面积。
二、金属的力学性能
1、强度 定义：强度是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。强度 指标一般可以通过金属拉伸试验来测定。把标准试样装夹在试验机上，然 后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止。在此过程中，试验 机能自动绘制出载荷F和试样变形量AL的关系曲线（拉伸曲线）。 1.1 拉伸曲线 图为低碳钢的拉伸曲线，图中纵坐标表示载荷单位为N；横坐标表示 绝对伸长量△L，单位为mm。
从图中可以看出下面几个变形阶段： （1）Oe———弹性变形阶段 （2）es———屈服阶段 （3）sb———强化阶段 （4）bk———缩颈阶段
1.2 强度指标 材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部产生一个抵抗变形的 力称为内力。单位面积上的内力称为应力，单位为Pa（帕），即N/m2工 程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或 1MPa=1N/mm2。 （1）屈服点σs材料产生屈服时的最小应力，单位为MPa。 σs= Fs/AO 式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)； F A0是试样原始截面积。对于无明显 F0.2 屈服现象的金属材料（如高碳钢、 铸铁），测量屈服点很困难，工 程上经常采用残余伸长为0.2％原 长时的应力σ0.2作为屈服强度指标 ，称为规定残余伸长应力。 0 0.2%L0 ΔL σ0.2= F0.2/AO （2）抗拉强度σb材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa。抗 拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材 的主要依据。 σb= Fb/AO 式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）。
铝合金材料基础知识培训
开发部/王海东 2009年07月
第四章 塑性变形原理
一、概述
1、金属受力就变形，用应力考核力的大小（单位：N/m2放大106倍为 MPa），变形过程中力的变化如下图示。这是最简单的“常温、静力、单 向拉伸”情况下的关系。经弹性变形、塑性变形到断裂。
F
0
低碳钢 脆性材料
ΔL
2、弹性变形的特点 A、变形量很小，肉眼看不出，但量得出； B、变形量与力成直线正比例关系，σ=Eε，比例关系E叫弹性模量 （MPa），反映原子间结合力的大小； C、取消外力，变形即告恢复，故交弹性变形，是体积的变形； D、晶体内部，原子间相对位置保持不变；
布氏硬度=
F A凹
=
2F πD[D-（D² -d ² ）½]
应用测量比较软的材料 。测量范围 HBS<450、 HBW<650的金属材料。 优缺点：压3.2 洛氏硬度试验法 采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球作为压头。 如图所示。试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确， 再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确定材 料的硬度值。
4、破裂的特点 A、破裂过程是由晶体缺陷演化，扩大成裂纹，最终为全面破裂； B、有韧性断裂和脆性断裂之分。前者经历塑性变形后断裂；后者不经 过或者经过较小的塑性变形后断裂，没有信号下突然断裂。不同在 于断裂前投入能量的多少，少的为脆性断裂； C、断裂时的变形量为延伸率，用δ 表示。断裂前经受最大的力为抗拉 强度，用σb表示。另外还有弹性模量E，屈服强度σ0.2。这些是代表 材料力学性能的指标---材料的好坏用它们比较。但要注意：这是 “常温、静力、单向拉伸”时的数据，其它条件下数据会变化，对 比材料性能时要保持条件一致； D、实践中的意义重大：机具在工作时（受力时）不能发生塑性变形， 更不能破裂。工件变形，既要加大与屈服强度的力，又不能使其破 裂；
2.1塑性与晶体组织有关，因为破裂是由缺陷变裂纹，再扩大到破裂的过程。 所以脆性断裂与金属组织中的低熔点物质、硬脆粗大粒子、网络状的晶间物 质有关；而韧性断裂与抗拉强度有关。所以并不是合金比纯金属的塑性差， 而是要看他们的内部组织；
2.2塑性变形三要素
A、变形温度：温度不同，组织和强度不同，使塑性变化。有高温脆性区、中 温脆性区和低温脆性区。所以要找合适的加工温度，以避开脆性区；（注： 铝合金一般不存在中低温脆性区）
3、硬度 定义：硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。常用来测 定硬度的方法有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法。 3.1 布氏硬度试验法 如图所示采用直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在规定载荷F的作用下， 压入被测金属表面，保持一定时间后卸除载荷，测定压痕直径，求出压痕 球形的表面积，压痕单位表面积上所承受的平均压力（F/A）即为布氏硬度值， 压头为淬火钢球时用HBS表示，压头为硬质合金球用时HBW表示。例如 120HBS，450HBW。