金属在单向静拉伸载荷下的力学性能
2021-05-25 18:44:29 7 举报AI智能生成
金属在单向静拉伸载荷下的力学性能表现为其能够承受拉力并产生相应的变形。这种变形通常是可逆的，即当外力消失时，金属会恢复到其原始形状和大小。金属的抗拉强度是衡量其在拉伸载荷下抵抗破坏的能力的重要指标，通常以单位面积所能承受的最大拉力来表示。此外，金属在拉伸过程中还会表现出一定的塑性，即在达到屈服点后，金属仍能继续变形而不立即断裂。这种塑性使得金属能够在受到冲击或振动等动态载荷时，能够吸收部分能量，从而保护自身不受损伤。
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大纲/内容
曲线
拉伸力-伸长曲线
应力-应变曲线
弹性变形
概念及实质
概念
金属在外力作用下的可逆性变形。即金属在一定外力作用下，产生变形，这种变形在外力去除时随即消失而恢复原状
特性
可逆性
单值线性关系
弹性变形量比较小
实质
金属材料弹性变形是其晶格中原子自平衡位置产生可逆位移的反映
胡克定律
简单应力状态的胡克定律
广义胡克定律
弹性模量
单纯弹性变形过程中应力与应变的比值
工程上
工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抗力
其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形越小
单晶体金属
单晶体金属的弹性模量在不同晶体学方向上是不一样的，
表现出弹性各向异性
多晶体金属
多晶体金属的弹性模量为各晶粒弹性模量的统计平均值，
呈现伪各向同性
影响因素
合金化，热处理（显微组织），冷塑性变形对弹性模量的影响较小，
所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标
弹性比功
表示金属材料吸收弹性变形功的能力，是一个韧性指标
材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的最大弹性变形功表示
书上补充弹性极限
滞弹性
概念
弹性范围内快速加载或卸载后,随时间延长产生附加弹永生应变的现象
材料组织越不均匀，滞弹性越明显
弹性滞后环
加载和卸载时的应力应变曲线不重合，形成一封闭回线，称为弹性滞后环
图像
若交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限强度，则得到塑性变形滞后环。
存在滞后环现象，说明加载时消耗与金属的变形功大于卸载时金属恢复变形放出的变形功，
有一部分变形功被金属所吸收，其大小用滞后环面积度量
图片
内耗
书上
金属材料在交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功的能力
Ppt
弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的
弹性变形能，即部分能量被材料吸收。（弹性滞后环的面积）
循环韧性（ppt没有，书上补充）
作用
生产上为了降低机械噪声，抑制高速机械的振动，防止共振导致疲劳断裂，
对有些机件应选用循环韧性高的材料制造，以保证机器稳定运转。
对于仪表和精密机械，在选用重要传感元件的材料时，要求材料的循环韧性（滞弹性）低，
以保证仪表具有足够的精度和灵敏度
包申格效应
金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变约为1%~4%），卸载后再同向加载则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。
塑性变形
方式及特点
单晶体塑性变形主要方式
滑移和孪生
多晶体塑性变形的特征
塑性变形的非同时性和非均匀性
各晶粒变形饿相互协调性
屈服现象和屈服强度
屈服现象
金属材料在拉伸试验过程中，外力不增加试样仍能继续伸长；
或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形的现象。
屈服现象解释
柯氏气团
位错增值理论
屈服强度
对于拉伸曲线上有明显的屈服平台的材料，塑性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力即为屈服强度，记为s
对于拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形硬化过程是连续的，此时将屈服强度定义为产生0.2% 残余伸长时的应力，记为σ0.2 s = σ0.2 = F0.2 / A0
条件屈服强度
影响因素
内因
点阵阻力
位错交互作用阻力
晶界阻力
固溶强化
第二相强化
外因
温度
应变速率
应力状态
应变硬化（形变强化）
应变硬化是位错增殖，运动受阻所致
应变硬化指数n
形变强化技术意义
变形均匀化
抗偶然过载能力
生产上强化材料的重要手段
颈缩现象
概念
缩颈是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，是应变硬化和截面减小共同作用的结果
判据
抗拉强度
塑性
概念
金属材料断裂前发生塑性变形的能力
塑性指标
断后伸长率
断面收缩率
两者关系
延伸率
塑性意义
安全性能指标
金属压力加工重要影响因素
评定材料质量
静力韧度
金属断裂
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