材料的强度和塑性
第一章机械零件失效形式及其抗力指标
第1节机械零件失效形式及其抗力指标
第2讲材料的强度、塑性
1 材料静拉伸试验
材料拉伸试验
OA: 弹性变形
ABC: 屈服
CDE: 塑性变形
E点: 断裂
退火态低碳钢的应力－应变曲线
2 强度指标
比例极限σp ：应力与应变保持线性关系的最高应力
弹性极限σe ：不发生塑性变形的最高应力
屈服强度R p0.2（σs ）：开始塑性变形的应力
抗拉强度R m (σb )：工程应力应变曲线上最高应力
强度的单位：MPa
强度：材料抵抗变形与断裂的抗力指标。
通过静拉伸试验可以测试材料的强度指标。
3 塑性
塑性：材料断裂前发生塑性变形（不可恢复变形）的能力
塑性指标：断后伸长率A(δ)和断面收缩Z(ψ)
?断后伸长率
?断面收缩率
L0、S0分别是试样拉伸前的原始标距和原始横截面积；
L u、S u分别是试样拉断后标距长度和颈缩处最小面积
（1）弹性指标：弹性能（弹性比功）m 弹性：材料发生弹性变形的大小，用弹性变形时吸收能量的大小表示。
2 弹性性能及其指标
通常用弹性变形吸收的弹性能（弹性比功）m 表示。
弹性能
εe
μ:弹性能E
：弹性模量σe ：弹性极限εe ：弹性极限
（2）弹性模量
应力应变曲线线性阶段：
杨氏模量E （拉压载荷）剪切模量G （扭转载荷）
E =
σε
σ：工程应力，ε：工程应变
G =
M n
θ?I p
M n :扭矩，θ：扭转角，I p :极惯性矩
G=E/[2（1+υ)]υ:泊松比
弹性模量与剪切模量关系
应力应变保持线性关系的斜率
陶瓷材料（250GPa）
金属材料
（70-200GPa）
复合材料
（40-200GPa）
高分子材料
（<10GPa）弹性模量依次降低
金属塑性成性原理考试资料
1、塑性：在外力的作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。 2、塑性成形：金属材料在一定的外力作用条件下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形也称塑性加工或压力加工。 3、塑性成形分为块料和板料成形，块料成型又分为一次加工和二次加工。 4、一次加工：生产原材料，加工方法包括轧制、挤压、和拉拔。 5、二次加工：生产零件或坯料，加工方法包括自由锻和模锻。 6、滑移：所谓滑移是指晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向，相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 7、就金属的塑性变形能力来说，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 8、滑移面对温度具有敏感性。 9、设拉力P 引起的拉伸力为σ，则在此滑移方向上的切应力分量为τ=σcos Φcos λ,令u=cos Φcos λ，若Φ=λ=45o，则u=u ax m =0.5 τ=τmax =σ/2 10、位错增值：由于晶体产生一个滑移带的位移量
需要上千个位错的移动，且当位错移至晶体表面产生一个原子间距的位移后，位错便消失，这样，为使塑性变形能不断进行，就必须有大量的位错出现，这就是在位错理论中所说的位错的增值。11、晶体中的滑移过程，实质就是位错的移动和增值过程，加工硬化的原因就是位错增值。 12、孪生：是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）发生均匀切变。 13、晶间变形：晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。…………晶间变形小，主要是因为晶间变形强度低。 14、塑性变形的特点：（1）各晶粒变形的不同时性（2）各晶粒变形的相互协调性（3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 (屈服强度)越大，δ越大，金属A晶粒越细，σ B 的塑性也越好。 15、冷塑性变形对金属组织和性能的影响：（一）组织的变化：1、晶粒形状的变化；2、晶粒内产生亚结构；3、晶粒位向改变；4、晶粒内部出现滑移带和孪生带。（二）性能的变化：金属的力学性能
金属材料的塑性成形
第3章金属材料的塑性成形 概述 3.1金属塑性成形基础 3.2 常用的塑性成形方法 3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料
概述 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性， 在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。 塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。
塑性成形的特点及应用： （1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。 （4）零件精度较高。应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。 但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。 塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。
3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形 3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和 性能的变化 3.1.4 金属的塑性成形工艺基础
3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性 变形 金属塑性变形最常 见的方式是滑移。 滑移是晶体在 切应力的作用下， 一部分沿一定的晶 面（亦称滑移面） 和晶向（也称滑移 方向）相对于另一 部分产生滑动。 晶体滑移变形示意图
金属材料的塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。字串2 编辑本段 金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度（HB） 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。 3 维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。
金属材料强度
金属材料强度：强度就是指材料在外力作用下抵抗变形与破坏得能力.主要指标可分为抗拉（最基本强度指标）、抗压、抗弯、抗扭与抗剪强度. 塑性:材料在外力（静载）作用下产生永久变形而不被破坏得能力.主要指标为伸长率与断面收缩率。 硬度：材料抵抗更硬物体压入得能力.常用指标为布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度. 下列硬度指标就是否正确? HBＳ210-240 180－21０ＨRＣHRC29—25 450－４８０HBＳ钢得热处理：钢固态下,采用适当方法进行加热、保温与冷却，以改变钢得内部组织与结构，从而获得所需性能得一种工艺方法。 预先热处理:为消除坯料或半成品得某些缺陷或为后续得切削加工与最终热处理做组织准备得热处理。(退火、正火） 最终热处理：为使工件获得所要求得使用性能得热处理。 退火与正火得区别与选用：与退火相比、正火得冷却速度稍快，过冷度较大。 选用：１切削加工性考虑。作为预先热处理,低碳钢退火优于正火,而高碳钢正火后硬度太高,必须采用退火. ２使用性能上考虑.对于亚共析钢，正火处理比退火处理具有更好得力学性能。如果零件得性能要求不就是很高，则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件,当淬火有开裂危险时，则采用正火作为最终热处理；但当零件得形状复杂，正火冷却速度较快开裂危险时,则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火得生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便,因此在可能得条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火,说明回火得种类及主要应用范围. 钢件经淬火后,虽然具有很高得硬度与强度，但脆性大,并且具有较大得淬火应力，因此在退火后，必须配以适当得回火. 种类及范围：高温回火:用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火:用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火：用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨得工件。 调制及特点：淬火后，加热到500-６50度,保温后在空气中冷却。获得良好得综合力学性能，在保持高强度得同时，具有良好得塑、韧性，硬度为200—33０HBS。
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
一种提高钢丝强度和塑性的新方法
一种提高钢丝强度和塑性的新方法 ■清华大学深圳研究生院新材料所唐国翌丁飞 ［摘 要］本文采用了自行设计的电脉冲拉丝设备。研究了电脉冲处理对加工硬化钢丝组织和性能的影响。为了进行对比，采用相同电流密度的直流电对同一试样进行处理。结果表明，在最优的电脉冲处理参数条件下，有利于增大材料再结晶的形核速率并且降低晶粒的长大速率，同时，钢丝中出现了大量微米亚微米尺度的超细晶粒。因此，与冷拉钢丝相比，处理后钢丝延伸率显著提高的同时强度降低较少，即获得了最优的机械性能。 ［关键词］电脉冲 拉丝 再结晶 超细晶粒 机械性能 A New Method of Improving Strength and Plasticity of Steel Wire （Advanced Materials Institute, Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055 Tang Guoyi，Ding Fei） Abstract: Specially designed wire-drawing equipment with electropulse generator was introduced in this study. The influences of electropulses processing on the microstructure and properties of the hardened steel wire were investigated. Samples treated by direct current under the same current density of electropulses processing were carried out for contrast analysis. The results show that the optimized parameters of electropulses processing will be facilitated to increase in nucleation rate and slow down the growth rate of recrystallized grains, consequently, massive superfine grains of micro and sub-micro scale could be found in the steel wire. Thereby, the elongation was significantly enhanced with a relatively small strength reduction in comparison with as-received cold–drawing steel wires, which indicated the obtaining of outstanding mechanical properties. Key words: multiple electropulses; wire-drawing; recrystallization;superfine grain; mechanical properties. 1 引言 传统钢丝中强度和塑性是一对矛盾，如果得到高强度，塑性就会降低；而有时为了得到好的塑性，就必须牺牲强度。适当的高强度和适中的高塑性的结合，可使材料和构件获得非常高的断裂功，从而极大地提高工程构件的性能和寿命。如何用简单的工艺使钢丝在获得高强度的同时保持好的塑性，是工程界非常关注的问题。目前钢丝加工硬化后一般需通过退火技术来提高塑性，然而这种处理方法存在一些不足，比如强度急剧降低，增加了加工工序以及较低的生产效率。 高能电脉冲处理在材料加工中越来越得到人们的重视。与传统工艺相比，电脉冲处理使得材料晶粒显著的细化，性能得到提高。电脉冲技术已经广泛应用与很多领域，如电致塑性，材料加工，再结晶，裂纹和缺陷的修复，细化晶粒，以及在生物、环保、医药领域[1-15]。 本文采用电脉冲对加工硬化的钢丝进行处理。对钢丝的显微组织和机械性能进行了分析。结果表明，
金属材料屈服强度的影响因素.
金属材料屈服强度及其影响因素 屈服强度是指材材料开始产生宏观塑性变形时的应力。对于屈服现象明显的材料，屈服强度就屈服点的应力—屈服值；对于屈服现象不明显的材料，通常将应力-应变曲线上以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2或σys。 屈服强度通常用作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。 影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 1.金属本性及晶格类型——纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。这些阻力有晶格阻力和位错间交互作用产生的阻力之分。其中晶格力与位错宽度和柏氏矢量有关，而两者又与晶体结构有关。位错间交互产生的阻力包括平行位错间交互产生的阻力和运动位错与林位错交互产生的阻力。用公式表示：T=αGb/L,式中α为比例系数，又因为密度ρ与1/L2成正比，因此，T=αGb ρ1/2，由此可见，密度增加，屈服强度也随之增加。 2.晶粒大小和亚结构——晶粒大小的影响是晶界影响的反映，减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，将使屈服强度提高。许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔佩奇公式σ s =σ j +k y d-1/2,式中，σ j 是位错在基体金属中运动的总阻力，亦称摩擦阻力，它决定于 晶体结构和位错密度；k y 是度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数，或表示滑移带端部的应力集中系数；d为晶粒平均尺寸。亚晶界的作用和晶界类似，也阻碍位错的运动。 3.溶质元素——纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度，此即为固溶强化。这主要是由于溶质原子和溶剂原子直径不同，在溶质周围形成了晶格畸变应力场，该应力场产生交互作用，使位错运动受阻，从而提高屈服强度。 4.第二相——工程上的金属材料，其显微组织一般是多相的。第二相对屈服强度的影响与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将第二相质点分为不可变形和可变形的两类。 根据位错理论，位错线只能绕过不可变形的第二相质点，为此，必须克服弯曲位错的线张力。不可变形第二相质点的金属材料，其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距。对于可变形的第二相质点，位错可以切过，使之同基体一起变形，由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和分布以及第二相与基体的强度、塑性相应硬化特性、两相间的晶体学配合和界面能等因素有关。在第二相体积比相同的情况下，长形质点显著影响位错运动，因而具有此种组织的金属材料，其屈服强度就比球状的高。 综上所述，表征金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极其敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺可使屈服强度产生明显变化。
塑性与脆性材料
金属材料的塑性 塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 钛的力学性能 1.密度小，比强度高金属钛的密度为4.51g/cm3，高于铝而低于铁、铜、镍，但比强度位于金属之首， 2.耐腐蚀性能钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性介质中是耐腐蚀性的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一种致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀，即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315*c以下钛的氧化膜始终保持这一特性。为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术。对钛的氧化膜起到了增强保护性作用。获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要，开发出钛-钼，钛-钯，钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2鈀合金，均获得了很好的使用效果。 3.耐热性能好新型钛合金能在600*C或更高的温度下长期使用。 4.耐低温性能好其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大，在-196-253*c低温下保持良好的延性及韧性。避免了金属冷脆性，是低温容器，贮箱等设备的理想材料。 5.抗阻尼性能强。金属钛受到机械振动，电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长，利用钛的这一性能可做音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。 6.无磁性、无毒钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界采用。 7.抗拉强度与其屈服强度接近钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属太材料在成型是塑性变形差，由于钛的屈服极限与弹性膜量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。 8.换热性能好金属态的导热系数虽然比碳钢和铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，使用壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝，减少了热阻，钛表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。 9.弹性模量低钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa，为钢的57%。 10.吸气性能钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氧发生反应。
材料的屈服和抗拉强度的区别
1.屈服标准 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。 (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。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。 (3)屈服强度以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以 0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ 0.2或σys。 2.影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有： 结合键、组织、结构、原子本性。如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金属材料的屈服强度，这就是： (1)固溶强化； (2)形变强化； (3)沉淀强化和弥散强化； (4)晶界xx强化。 沉淀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，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。 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化。应力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。 3.屈服强度的工程意义 传统的强度设计方法，对塑性材料，以屈服强度为标准，规定许用应力[σ]=σys/n，安全系数n一般取2或更大，对脆性材料，以抗拉强度为标准，规定许用应力[σ]=σb/n，安全系数n一般取6。 需要注意的是，按照传统的强度设计方法，必然会导致片面追求材料的高屈服强度，但是随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度在降低，材料的脆断危险性增加了。 屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。 材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。 4.加工硬化指数n的实际意义 加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。 形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数n=
金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等)
实验名称：金属材料弹塑性参数测定(E、U、G等） 传感器是一种测量装置，用来把有关的物理量转变成具有确定对应关系的电量输出，以满足对于信息的记录、显示、传输、存储、处理以及控制的要求。传感器是实现自动测量与控制的第一个环节，在生产实践和科学研究的各个领域中发挥着十分重要的作用。本实验要进行分析、设计、制作电阻应变式传感器，并利用电桥作为基本的测量电路，利用静态电阻应变仪作为放大与输出仪器。标定制作好的电阻应变式传感器。 一、实验目的 1．学习并掌握电阻应变式传感器的结构、原理和设计方法。 2．理解并掌握电阻应变式传感器的标定方法，建立标定的概念，学会相关仪器的使用方法。 3．复习掌握电阻应变片的筛选、粘贴、焊接、检验等操作方法。 4.测定材料的弹性模量E和泊松比u 二、实验设备与仪器等 1．静态电阻应变仪。 2．标定器、计算器、数字式万用表、游标卡尺、电烙铁、剥线钳等。 3．弹性元件等传感器母体。 4．电阻应变片、接线端子、导线、502胶、丙酮、焊锡、砂纸等。 5. 金属筒（R=48mm，r=40mm） 三．原理与方法 电阻应变测量法是实验应力分析中应用最广的一种方法。电阻应变测量方法测出的是构件上某一点处的应变，还需通过换算才能得到应力。根据不同的应力状态确定应变片贴片方位，有不同的换算公式。 测量电桥的基本特性和温度补偿 构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变片粘贴在构件表面，由电阻应变片将构件应变转换成电阻应变片的电阻变化，而应变片所产生的电阻变化是很微小的，通常用惠斯顿电桥方法来测量，惠斯顿电桥是由应变片作为桥臂而组成的桥路，作用是将应变片的电阻变化转化为电压或电流信号，从而得到构件表面的应变。在测量时，将应变片粘贴在各种弹性元件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。利用电桥的基本特性正确地组成测量电桥。 测量电桥的基本特性 A B C D R1R 2 R4R3 U BD U
材料的强度和塑性
第一章机械零件失效形式及其抗力指标 第1节机械零件失效形式及其抗力指标 第2讲材料的强度、塑性
1 材料静拉伸试验 材料拉伸试验 OA: 弹性变形 ABC: 屈服 CDE: 塑性变形 E点: 断裂
退火态低碳钢的应力－应变曲线 2 强度指标 比例极限σp ：应力与应变保持线性关系的最高应力 弹性极限σe ：不发生塑性变形的最高应力 屈服强度R p0.2（σs ）：开始塑性变形的应力 抗拉强度R m (σb )：工程应力应变曲线上最高应力 强度的单位：MPa 强度：材料抵抗变形与断裂的抗力指标。 通过静拉伸试验可以测试材料的强度指标。
3 塑性 塑性：材料断裂前发生塑性变形（不可恢复变形）的能力 塑性指标：断后伸长率A(δ)和断面收缩Z(ψ) ?断后伸长率 ?断面收缩率 L0、S0分别是试样拉伸前的原始标距和原始横截面积； L u、S u分别是试样拉断后标距长度和颈缩处最小面积
（1）弹性指标：弹性能（弹性比功）m 弹性：材料发生弹性变形的大小，用弹性变形时吸收能量的大小表示。 2 弹性性能及其指标 通常用弹性变形吸收的弹性能（弹性比功）m 表示。 弹性能 εe μ:弹性能E ：弹性模量σe ：弹性极限εe ：弹性极限
（2）弹性模量 应力应变曲线线性阶段： 杨氏模量E （拉压载荷）剪切模量G （扭转载荷） E = σε σ：工程应力，ε：工程应变 G = M n θ?I p M n :扭矩，θ：扭转角，I p :极惯性矩 G=E/[2（1+υ)]υ:泊松比 弹性模量与剪切模量关系 应力应变保持线性关系的斜率
浅谈金属材料的塑性
浅谈金属材料的塑性 什么是金属材料的塑性? 塑性是材料在某种给定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。对大多数的工程材料,当其应力低于弹性极限时, 产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状。这种情况下，应力的应变关系是线性的，表现为弹性行为。而应力超过弹性极限后，发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分，塑性变形不可逆。 而金属材料的塑性是指金属在载荷外力的作用下，产生塑性变形而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）两个指标来衡量。延伸率计算公式为δ=[(L1-L0)/L0]x100%；断面收缩率计算公式为ψ=[(F0-F1)/F0]x100%。金属材料在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。金属材料的塑性有什么用? 在前面两个公式中不难看出δ与ψ值越大，金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，则该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。同时起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定了金属材料硬度值，塑性变形抗力越高，材料的强度越高，硬度值也就越高。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。
弹性力学和塑性力学的区别
弹塑性力学大作业 姓名：张喻捷 学号： 邮箱： 一、岩土类材料和金属材料的联系区别 、金属是人工形成的晶体材料，而岩土类材料是由颗粒组成的多相体，是 天然形成的，也称为多相体的摩擦型材料。岩土类材料抗压不抗拉（抗拉压不等 性），而金属材料既可以承受拉力也可以承受压力。 、在一定范围内，岩土类材料抗剪强度和刚度随压应力的增大而增大，这 种特性可称为岩土的压硬性。岩土的抗剪强度不仅由粘结力产生，而且由内摩擦 角产生。这是因为岩土由颗粒材料堆积或胶结而成，属于摩擦型材料，因而它的 抗剪强度与内摩擦角及压应力有关，而金属材料不具这种特性，抗剪强度与压应 力无关。 、岩土为多相材料，岩土颗粒中含有孔隙，因而在各向等压作用下，岩土 颗粒中的水、气排出，就能产生塑性体变，出现屈服，而金属材料在等压作用下 是不会产生体变，实际上，金属材料的屈服由剪切应力控制，与静水压力无关。 这种持性可称为岩土的等压屈服特性。 、在压力不太大的情况下，体积应变实际上与静水压力呈线性关系，对于 金属材料，可以认为体积变化基本上是弹性的，除去静水压力后的体积变形可以 完全恢复，没有残余的体积变形，即塑性变形不受静水压力影响。但对于岩土类 材料，静水压力对屈服应力和塑性变形的大小都有明显的影响，不能忽略。 、岩土的体应变与剪应力有关，即剪应力作用下，岩土材料会产生塑性体 应变 膨胀或收缩 ，即岩土的剪胀性 包含剪缩性 。反之，岩土的剪应变也与平 均应力有关，在平均压应力作用下引起负剪切变形，导致刚度增大，这也是压硬 性的一种表现，而金属材料不存在这种特性。 、岩土具有双强度特征。由于岩土存在粘聚力和摩擦力，从而显示岩土具 有双强度特征，而与金属材料显然不同。两种强度的发挥与消散决定了岩土类材 料的硬化与软化。 、岩土类材料和金属材料的力学单元不同。金属连续介质材料的微单元， 球应力只产生球应变，偏应力只产生偏应变；而颗粒摩擦材料微单元中，球张量 和偏张量存在交叉影响。
加载速度对塑性混凝土强度的影响(电子版)
加载速度对塑性混凝土强度的影响1 付超云 摘要：通过不同配合比的塑性混凝土在不同加载速度下的试验，探讨加载速度对塑性混凝土抗压强度、变形和破坏过程的影响。结果表明，对于一定强度的塑性混凝土，存在着一个加载速度的范围,在这个速度范围内，塑性混凝土强度受加载速度的影响比较明显，并随着加载速度的增加而增加。 关键词：塑性混凝土抗压强度加载速度影响因素 Influence of loading rate on the compressive strength of plastic concrete Fu Chaoyun Abstract:Through the tests of plastic concrete with different mixture ration at different loading rate, the influence of loading rate on failure process, deflection and compressive strength of plastic concrete have been studied. The results indicate that there exists a loading rate range in which the influence of loading rate on the compressive strength of plastic concrete is more obvious, and the compressive strength of plastic concrete increases with the increase of loading rate. Keywords:plastic concrete compressive strength loading rate influencing factor 1 前言 塑性混凝土是一种强度介于土与普通混凝土之间的柔性工程材料。与普通混凝土相比，塑性混凝土的主要技术特性是强度和弹性模量低、变形和抗渗性能好，因而被广泛用于水工建筑的土石坝和坝体防渗墙以及病险坝体的修复加固工程等方面。在材料组成上，塑性混凝土是由水泥、水、粘土、膨润土、石子、砂子等经搅拌、凝结而成。为了改善塑性混凝土的性能或者节约水泥，有时也掺加一些外加剂等[1，2]。由于塑性混凝土组成材料的复杂性，影响其强度的因素除了组成材料、搅拌方法、施工工艺外，测试时加载速度的影响也很大。对于具有一定1付超云198206，男，汉，河南商丘，环水学院06级水工结构工程专业硕士研究生，水工结构与新材料。
金属塑性
1、什么是金属塑性？什么是塑性成型？塑性成型有何特点？ 塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。利用金属在一定的外力作用下产生塑性变形，并获得具有一定形状、尺寸和机械性能的材料、毛坯或零件的加工方法，称为金属的塑性成形（也称压力加工）。塑性成型特点：1组织、性能好2材料利用率高3尺寸精度高4生产率高，易实现连续化、自动化、高速、大批量生产 不足：设备较庞大，相对能耗较高，成本较高2试述塑性成型的一般分类？ 一、板料成型：1、一次加工：1）轧制2）挤压3）拉拔2、二次加工：1）自由锻2)模锻二、块料成型：1、分离工序:1)冲裁2）落料2、成型工序：1）弯曲2）拉深三、按温度分：热成型、冷成型、温成型3、试简述滑移和孪生两种变形机理的主要区别？滑移与孪生的比较相同点：通过位错运动实现；两者都不改变晶体结构类型区别：1）晶体中的位向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同孪生：已孪生部分（孪晶）和未孪生部分(基体)的位向不同，两部分之间具有特定的位向关系（镜面对称）2）变形机制：滑移是全位错运动的结果；孪生是部分位错3）对塑性变形的贡献：总变形量大；孪生（小）4）变形应力：近似临界分切应力；高于临界分切应力5）变形条件：一般情况下，先发生滑移变形；滑移变形难以进行时，或晶体对称度很低、变形温度较低、加载速率较高，发生孪生变形4、试分析多晶体塑性变形的特点？（1）各晶粒变形的不同时性首先在位向有利、滑移系上切应力分量已优先达到临界值的晶粒内发生2）各晶粒变形的相互协调性晶粒的变形需要相互协调配合，才能保持晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。（3）变形的不均匀性软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。5、什么是加工硬化？加工硬化产生的原因？加工硬化对塑性加工有何利弊？1）加工硬化：塑性变形时，随着内部组织结构变化，金属金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。2）加工硬化是位错与交互作用有关，随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错纠缠等障碍。以致形成细胞亚状结构，是位错难以越过这些障碍而被限制在一定的范围内运动。金属要继续变形，就要不断外力，才能克服强大的交互作用。3）有利的方面：1、是金属强化的重要途径2、对不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能。3、对改善板料成型性能有积极的意义。不利的一面：金属塑性下降、变形抗力升高、继续变形越来越困难；对高硬化速率的多道次成形，需增加中间退火来消除加工硬化，降低了生产效率、提高成本6、什么是动态再结晶？影响动态再结晶的因素有哪些？1）动态在结晶：是在热塑性变形过程发生的再结晶。2）影响因素：位错能的高低，晶界迁移的难易程度、应变速率、变形温度等有关。7、什么是动态回复？为什么说动态回复是热塑变形的主要软化机制？动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复。原因: 层错能高，变形时扩展位错的宽度窄、集束容易，位错的交滑移和攀移容易进行，位错容易在滑移面间转移，而使异号位错互相抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平8、与常规塑性变形相比，超塑性变形具有哪些主要特征？1、大伸长率，高达百分之几千2、无缩颈，拉伸时变现均匀的截面缩小，断面收缩率甚至可接近100%3、低流动应力，仅（几个—几十个）N/mm，对应变速率非常敏感4、具有极好的流动性和充填性，加工复杂精确的零件。9、什么是细晶超塑性？什么是相变超塑性？细晶超塑性：一定恒温，应变速率和晶粒度都满足要求，呈现的超塑性相变超塑性：要求具有相变或同素异构转变，一定的外力下，金属或合金在相变温度附近反复加热和冷却，经过一定的循环次数后，获得很大的伸长率。10、超塑性变形的力学方程中的m的物理意义是什么？m值指的是应变速率敏感指数：反应材料抗局部收缩或产生均匀拉深变形的能力。 11、什么是塑性？什么是塑性指标？为什么说塑性指标只具有相对意义？1）塑性：是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。2）塑性指标：金属在破坏前产生的
金属材料的力学性能
课题： 3.1.1金属材料的力学性能 课型：复习课授课时间：2015.9.6 课时分配：共 2 课时 教学目标：1、掌握金属材料力学性能的分类及用途 2、理解金属材料各种力学性能指标的表达方式及测定方法 3、了解金属材料力学性能的实际应用 教学重点：1、强度指标的定义与分类 2、硬度指标的定义与分类 教学难点：金属的各力学指标的概念、测量方法 教学过程： 【案例导入】 在进行机械制造时，首先进入技术准备阶段。在技术技术准 备中，要完成相关的工作。这些工作中，有一项是非常重要的， 那就是选择材料。那么怎么选择材料呢？首先得研究常见的材料 的性质，只有掌握了材料的特征性质才能顺利进行选材。那么材 料的性质有哪些呢？ 【教学内容】 3.1.1金属材料的力学性能 力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。 力学性能指标，是选择、使用金属材料的重要依据。 金属材料的力学性能主要有：强度、塑性、硬度、冲击韧度 和疲劳强度等。 1、强度 强度是在外力作用 备注
下，材料抵抗塑性变形和断 裂的能力。 按作用力性质不同， 强度可分为屈服点（屈服强 度）、抗拉强度、抗压 强度、抗弯强度、抗剪 强度等。 在工程上常用来表 示金属材料强度的指标 有屈服强度和抗拉强 度。 （1）屈服点 当载荷增达到Fs 时，拉伸曲线出现了平 台，即试样所承受 的载荷几乎不变，但产生了不断增加的塑性变形，这种现象称 为屈服。 屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小 应力。用ós 表示。 ós= （MPa ） 式中：Fs —试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷，即 拉伸曲线中S 点所对应的外力（N ） Ao —试样的原始截面积（mm2） （2）抗拉强度 抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力，故又称强 度极限。常用ób 来表示。 ób= （MPa ） Ao Fs Ao Fb
金属材料的塑性成形
第一章金属材料的塑性成形 1.1 概述 金属材料的塑性成形又称金属压力加工，它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。 金属材料固态成形的基本条件：一是成形的金属必须具备可塑性；二是外力的作用。 一、金属塑性成形的方法： （1）轧制将金属材料通过轧机上两上相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材的加工方法。如图所示：压机开坯、轧板、轧圆钢等。 图1.1 轧制 （2）挤压将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法。 图1.2 挤压 （3）拉拔将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、其断面与模孔相同的加工方法。 图1.3 拉拔 （4）自由锻造将加热后的金属坯料置于上下砧铁之间受冲击力或压力而变形的加工方法。 图1.4 自由锻造
（5）模型锻造（模锻）将加热后的金属坯料置于具有一定形状的锻造模具模膛内，金属毛坯受冲击力或压力的作用而变形的加工方法。 图1.5 模锻 （6）板料冲压金属板料在冲压模之间受压产生分离或变形而形成产品的加工方法。 图1.6 板料冲压 按金属固态成形时的温度，其成形过程分为两大类： （1）冷变形过程金属在塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。 冷变形的特征——金属变形后产生加工硬化。 （2）热变形过程金属在塑性变形时的温度高于该金属的再结晶温度。 热变形的特征——金属变形后会再结晶，塑性好，消除内部缺陷，产生纤维组织。 金属塑性加工的特点： （1）材料利用率高 （2）生产效率高 （3）产品质量高，性能好，缺陷少。 （4）加工精度和成形极限有限。 （5）模具、设备费用高。 利用金属固态塑性成形过程可获得强度高、性能好的产品，生产率高、材料消耗少。但该方法投资大，能耗大，成形件的形状和大小受到一定限制。 二、金属塑性成形过程的理论基础 1、金属塑性变形的能力 金属塑性变形的实质——金属塑性变形是金属晶体每个晶粒内部的变形（晶内变形）和晶粒间的相对移动、晶粒的转动（晶界变形）的综合结果。 金属塑性变形的能力又称为金属的可锻性，它指金属材料在塑性成形加工时获得毛坯或零件的难易程度。 可锻性用金属的塑性指标（延伸系数δ和断面减缩率Ψ）和变形抗力来综合衡量。 影响金属塑性的因素： （1）金属本身的性质——纯金属塑性优于合金；铁、铝、铜、镍、金、银塑性好；金属内部为单相组织塑性好；晶粒均匀细小塑性好。 （2）变形的加工条件 1）变形温度↑，塑性↑； 2）变形速度的影响； 3）压状态为三向压应力时塑性最好。
2-1 金属材料的力学性能(强度、塑性)
山东省轻工工程学校教案13/14学年第2学期课程名称：金属工艺学任课教师：赵坤东 15班级12大专数控4 周次周节次周二1、2第二周日期2012年2月25日 讲授章节金属材料的力学性能（强度、塑性） 教学目标1.掌握金属材料拉伸过程的3个基本阶段 2.金属的强度、塑性的2个指标 重点难点1、金属屈服强度的理解 2、塑性的2个指标 教具多媒体 课型类型新授时 间 分 配 组织教学2分 复习旧课8分 讲授新课45分 教学方法讲授法巩固新课20分布置作业 5分 复习内容 教师授课内容与过程学生活动内容
【组织教学】：检查班级出勤人数 【新授新课】： 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形，以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能（如强度、刚度、韧性等），称为材料的力学性能。 无论何种固体材料，其内部原子之间都存在相互平衡的原子结合力的相互作用。当工件材料受外力作用时，原来的平衡状态受到破坏，材料中任何一个小单元与其邻近的各小单元之间就诱发了新的力，称为内力。在单位截面上的内力，称为应力，以σ表示。材料在外力作用下引起形状和尺寸改变，称为变形，包括弹性变形（卸载后可恢复原来形状和尺寸）和塑性变形（卸载后不能完全恢复原来形状和尺寸）。 当载荷性质、环境温度与介质等外在因素改变时，对材料力学性能的要求也不同。金属材料的力学性能主要是指强度、刚度、硬度、塑性和韧性等。 一、强度指标 金属的强度是金属抵抗永久变形和断裂的能力。它是按GB228 一87 规定，把一定尺寸和形状的金属试样（图1 一1 ）装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可测出该金属的拉伸曲线（图1 一2 ）。在拉伸曲线上可以确定以下性能指标。 图2-1 钢的标准拉伸试棒图2-2 退火低碳、中碳和高碳钢的拉伸曲线 a）拉断前 b）拉断后（外力F-变形量△l曲线与应力σ-应变ε曲线形状相似， 只是坐标不同） 1.弹性极限从图2-2可以看出，不同性质材料的拉伸曲线形状是不相同的。拉伸曲线的oe线段是直线，这一部分试棒变形量△l与外力F 成正比。当除去外力后，试棒恢复到原来尺寸，称这一阶段的变形为弹性变形。外力Fe 是使试棒只产生弹性变形的最大载荷。 无论何种材料，内部原子之间都具有相互平衡的原子力相互作用，以保持其固定的形状。当受到外力时，原来的平衡被破坏，其中任何一个小单元都和邻近的各个小单元之间诱发了新的力（内力），材料单位截面上的这种力称为应力，用符号σ表示。提问 导入 认真听、记笔记