拉伸力学性能

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2、微观本质
预塑性变形，位错增殖、运动、缠结； 同相加载，位错运动受阻，残余伸长应力增加； 反向加载，位错被迫作反向运动，运动容易残余伸 长应力降低。
3、包申格效应的危害及防止方法
交变载荷情况下，显示循环软化（强度极限下降） 预先进行较大的塑性变形，可不产生包申格效应。 第二次反向受力前，先使金属材料回复或再结晶退 火。
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二、屈服与屈服强度
1、屈服
在金属塑性变形的开始阶段，外力不增加、甚至下降 的情况下，而变形继续进行的现象，称为屈服。
上屈服点，下屈服点 （吕德丝带）
2、屈服机理
（外应力作用下，晶体中位错萌生、增殖和运动过程） （1）柯氏气团
位错与溶质原子交互作用，位错被钉扎。溶质原子 聚集在位错线的周围，形成气团。
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如果按拉伸时试样的真实断面A和真实长度 L，则可得到真实应力-应变曲线：
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三、几种常见材料的应力-应变曲线
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§1.2 弹性变形与弹性不完整性
一、弹性变形及其实质
1.弹性变形 定义：当外力去除后，能恢复到原来形状或
尺寸的变形，叫弹性变形。特点为：单调、可 逆、变形量很小（＜0.5~1.0%）
2.弹性的物理本质 金属的弹性性质是金属 原子间结合力抵抗外力的 宏观表现。
⑴ 定义 在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延 长产生附加弹性应变的现象。
⑵ 影响因素： （a）晶体中的点缺陷；显微组织的不均匀性。 （b）切应力越大，影响越大。 （c）温度升高，变形量增加。
⑶ 危害：长期承载的传感器，影响精度。
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2、循环韧性
⑴弹性滞后环 由于应变滞后于应力，使加载曲线与卸载曲线不重
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四、弹性极限、弹性比功
1、比例极限 2、弹性极限 3、弹性比功 又称为弹性比能、应变比能。
物理意义：吸收弹性变形功的能力。 几何意义：应力-应变曲线上弹性阶段下的面 积。 用途：制造弹簧的材料，要求弹性比功大。
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五、滞弹性（弹性后效）
1.滞弹性及其影响因素
实际金属材料，弹性变形不 仅是应力的函数，而且还是时 间的函数。
由晶体点阵畸变而使晶体表面出现的弯曲区域，由于 该区域贯穿整个试样截面并成带状，所以称为形变带。
相邻滑移带的交互作用。多个滑移系同时动作，正 常的滑移不能进行，所以产生点阵弯曲，形成形变带。
（4）三种变形机制的比较
滑移 相邻部分滑动，变形前后晶体内部原子的排 列不发生变化。
孪生 变形部分相对未变形部分发生了取向变化。 形变带 晶体点阵畸变。
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（1）滑移
定义： 滑移面：原子最密排面； 滑移向：原子最密排方向。 滑移系：滑移面和滑移向的组合。 滑移系越多，材料的塑性越好。 晶体结构的影响较大。Fcc＞bcc＞ hcp 滑移的临界分切应力 τ=(P/A)cosφcosλ φ—外应力与滑移面法线的夹角； λ—外应力与滑移向的夹角； Ω= cosφcosλ 称为取向因子
单向静拉伸实验特点:
1、最广泛使用的力学性能检测手段; 2、实验的应力状态、加载速率、试样尺寸、 温度等都有规定。 3、最基本的力学性能（弹性、塑性、断裂） 4、可测力学性能指标：强度（σ）、塑性 （δ、ψ）等。
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§1.1 应力-应变曲线
一、拉伸力—伸长曲线
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二、应力-应变曲线 σ=F/A ε=△L/L
合而形成的闭合曲线，称为弹性滞后环。
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物理意义：
加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功。或，
回线面积为一个循环所消耗的不可逆功。
这部分被金属吸收的功，称为内耗。
⑵循环韧性 若交变载荷中的最大应力超过金属的
弹性极限，则可得到塑性滞后环。
金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫
循环韧性。 循环韧性又称为消振性。
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2.广义虎克定律
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广义虎克定律物理方程
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3.狭义虎克定律
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三、弹性模量
1.弹性模量的物理意义和作用 ⑴物理意义：材料对弹性变形的抗力。 ⑵用途：工程上亦称为刚度；计算梁或其他
构件挠度时必须用之。重要的力学性能之一。 2.影响弹性模量的因素 ⑴金属原子的种类和晶体学特性； ⑵溶质原子与其强化； ⑶显微组织； ⑷温度； ⑸加载速率； ⑹其他。
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（2）孪生
孪晶：外形对称，好象由两个相同晶体对接起来的 晶体；内部原子排列呈镜面对称于结合面。
孪晶可分为 自然孪晶和形变孪晶。 孪生的特点：
比滑移困难；时间很短；变形量很小；孪晶层在试 样中仅为狭窄的一层，不一定贯穿整个试样。
孪生与滑移的交互作用，可促进金属塑性变形的发 展。
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（3）形变带
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二、虎克定律 1、弹性力场微分方程
平衡微分方程
ij
x j
fi
0 2ui t 2
(静止) (运动)
fi——作用力；ρ——ຫໍສະໝຸດ Baidu度 i，j=x,y,z
位移：x轴——u；y轴——v；
z轴——w
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几何方程
ij
1 ui 2 x j
u
j
x
i
ij 2 ij
i，j=x,y,z 位移：x轴——u；y轴——v；z轴——w
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§1.3 塑性变形与应变硬化
定义：外载荷卸去后，不能恢复的变形。 塑性：材料受力，应力超过屈服点后，仍能继续变形 而不发生断裂的性质。 “δ” 伸长率，“ψ”断面收缩 率。 δ%≥100%，常称为超塑性。
一、塑性变形的方式及特点 1、塑性变形的方式
滑移 最主要的变形机制； 孪生 重要的变形机制，一般发生在低温形变或快速 形变时； 晶界滑动和扩散性蠕变只在高温时才起作用； 形变带 滑移和孪生都不能进行的情况下才起作用。
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2、塑性变形的特点 （1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性
∵各晶粒的取向不同 即 cosφcosλ不同。 对于具体材料，还存在 相和第二相的种类、 数量、尺寸、形态、分布的影响。 （2）变形的相互协调性 多晶体作为一个整体，不允许晶粒仅在一个 滑移系中变形，否则将造成晶界开裂。 五个独立的滑移系开动，才能确保产生任何 方向不受约束的塑性变形。
循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来
表示循环韧性的大小。
⑶循环韧性的应用
减振材料（机床床身、缸体
等）；乐器要求循环韧性小。
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六、包申格效应
1、现象
定义：材料经过预先加载并产生少量塑性变形，卸载 后，再同相加载，规定残余伸长应力增加；反向加载规 定残余伸长应力降低的现象， 称为包申格效应。