第一章塑性变形及其性能指标
衡量材料塑性的两个指标
衡量材料塑性的两个指标材料的塑性是指材料在受力作用下发生形变的能力，是材料力学性能的重要指标之一。
衡量材料塑性的两个主要指标是屈服强度和延伸率。
本文将就这两个指标展开讨论。
首先，屈服强度是衡量材料抗拉压变形能力的重要参数。
在材料受到外力作用时，当应力达到一定数值时，材料会发生塑性变形，这个应力的临界值就是屈服强度。
屈服强度的大小直接反映了材料的抗变形能力，屈服强度越高，材料的抗变形能力越强。
屈服强度的大小与材料的成分、晶粒度、热处理等因素有关。
例如，晶粒度越细，屈服强度越高，因为细小的晶粒会阻碍位错的移动，使材料更难发生塑性变形。
其次，延伸率是衡量材料塑性的另一个重要指标。
延伸率是指材料在断裂前能够承受的最大形变量。
通常用百分比来表示，即材料在拉伸过程中的形变量与原始长度的比值。
延伸率越大，材料的延展性越好，也就意味着材料在受力作用下能够发生更大的塑性变形。
延伸率的大小与材料的韧性有关，韧性越大，延伸率也越高。
影响材料延伸率的因素有很多，比如晶粒的形状、尺寸和分布，材料的成分和热处理等。
在工程实践中，屈服强度和延伸率往往是相互影响的。
一般来说，提高材料的屈服强度会降低其延伸率，反之亦然。
因此，在材料设计和选择时，需要综合考虑这两个指标。
例如，在一些要求材料具有较高强度和较好延展性的工程中，可以通过合金设计、热处理工艺等手段来调控材料的组织结构，以达到平衡屈服强度和延伸率的目的。
总的来说，屈服强度和延伸率是衡量材料塑性的两个重要指标，它们直接关系到材料在受力作用下的变形能力和抗拉伸性能。
在工程实践中，合理地选择和调控材料的屈服强度和延伸率，对于提高材料的性能、延长材料的使用寿命具有重要意义。
因此，对于这两个指标的深入了解和合理运用，对于材料工程领域具有重要的意义。
材料塑性指标
材料塑性指标材料的塑性指标是评价材料塑性变形能力的重要参数，它直接影响着材料的加工性能和使用性能。
塑性指标是材料工程中的一个重要指标，它能够反映材料在受力作用下的变形能力和变形行为。
在材料科学和工程中，塑性指标通常通过屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等参数来进行评价。
首先，屈服强度是衡量材料抗拉强度的一个重要参数。
它代表了材料在拉伸过程中发生屈服的应力水平，是材料开始发生可逆变形的临界应力值。
屈服强度越高，表示材料的抗拉强度越大，具有更好的抗变形能力。
因此，屈服强度是评价材料塑性指标的重要参数之一。
其次，延伸率是衡量材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
它是表示材料在拉伸过程中能够延长多少倍的一个重要指标。
延伸率越高，表示材料具有更好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生更大的变形而不断裂。
因此，延伸率也是评价材料塑性指标的重要参数之一。
另外，冷加工硬化指数是衡量材料在冷加工过程中硬化程度的一个重要参数。
它是表示材料在冷加工过程中硬化速率的一个指标，可以反映材料在冷加工过程中的塑性变形能力。
冷加工硬化指数越高，表示材料在冷加工过程中硬化速率越大，具有更好的塑性变形能力。
因此，冷加工硬化指数也是评价材料塑性指标的重要参数之一。
综上所述，材料的塑性指标是评价材料塑性变形能力的重要参数，它直接影响着材料的加工性能和使用性能。
在评价材料的塑性指标时，需要综合考虑屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等参数，以全面评价材料的塑性变形能力。
只有通过科学准确地评价材料的塑性指标，才能更好地指导材料的选择和应用，提高材料的加工性能和使用性能。
因此，在材料工程中，塑性指标的评价是至关重要的，需要引起重视并加以研究。
01第一章材料的性能
四、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷
作用而不破坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
金属材料的力学性能
第一章金属材料的力学性能机械制造中使用的材料品种很多，为了正确使用材料，并把它加工成合格的工件，必须掌握材料的使用性能和工艺性能。
使用性能，是指为保证工件正常工作材料应具备的性能，包括力学性能、物理和化学性能等。
工艺性能，是指材料在加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能和切削加工性等。
所谓力学性能，是指材料在外力作用下所表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度等，是设计机械零件时选材的重要依据。
这些性能指标是通过试验测定的。
第一节刚度、强度、塑性刚度、强度和塑性是根据试验测定出来的。
将材料制成标准试样(图1-1a)，然后把试样装在试验机上施加静拉力，随着拉力的增加试样逐渐变形，直到拉断为止(图1-1b)。
将试样从开始到拉断所受的力F 及所对应的伸长量ΔL绘制在F—ΔL坐标上，得出力一伸长曲线。
低碳钢的力一伸长曲线如图1—2所示。
从图1—2可知，在OE 阶段，试样的伸长量随拉力成比例增加，若去除拉力后试样恢复原状，这种变形称为弹性变形。
超过E 点后，若去除拉力试样不能完全恢复原状，尚有一部分伸长量保留下来，这部分保留下来的变形称为塑性变形。
当拉力增加到F s 时，力一伸长曲线在S 点呈现水平台阶，即表示外力不再增加而试样继续伸长，这种现象称为屈服，该水平台阶称为屈服台阶。
屈服以后，试样又随拉力增加而逐渐均匀伸长。
达到B 点，试样的某一局部开始变细，出现缩颈现象。
由于在缩颈部分试样横截面积迅速减小，因此使试样继续伸长所需的拉力也就相应减小。
当达到K 点时，试样在缩颈处断裂。
低碳钢在拉伸过程中经历了弹性变形、弹一塑性变形和断裂三个阶段。
F —ΔL 曲线与试样尺寸有关。
为了消除试样尺寸的影响，把拉力F 除以试样原始横截面积A0，得出试样横截面积上的应力，同时把伸长量ΔL 除以试样原始标距L 0，得到试样的应变LL ε∆=0F A σ=σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状一样，只是坐标不同。
金属材料的塑性变形与回弹性能
金属材料的塑性变形与回弹性能金属材料的塑性变形与回弹性能是重要的材料力学性能指标，关乎到金属材料在工程应用中的可塑性和稳定性。
塑性变形是指金属材料在外力作用下会发生永久性变形的能力，而回弹性能则是指金属材料在撤去外力后能够恢复到原始形状的能力。
本文将从塑性变形和回弹性能的定义、影响因素以及控制方法等方面展开论述。
一、塑性变形的定义及影响因素塑性变形是指金属材料在外力作用下，由于晶体结构的滑移和位错的运动而发生的永久性变形。
塑性变形的大小取决于材料的塑性性能以及应力的强度，可以通过应变值来进行表征。
影响金属材料塑性变形的因素有很多，其中包括材料的晶体结构和晶格缺陷，材料的成分和结构等。
晶体结构的滑移是金属材料发生塑性变形的主要机制，而晶格缺陷如位错则会影响晶体的滑移过程。
此外，材料的成分和结构也会对塑性变形起到重要的影响，例如晶粒尺寸的大小、材料的纯度等都会对材料的塑性变形性能产生显著的影响。
二、回弹性能的定义及影响因素回弹性能是指金属材料在外力撤除后能够恢复到原始形状的能力。
回弹性能的好坏反映了金属材料的弹性模量和塑性变形程度。
金属材料的回弹性能受到多种因素的影响，包括金属材料的弹性模量、外力加载的速率以及材料的塑性变形程度等。
弹性模量是描述材料抵抗形变能力的指标，高弹性模量的金属材料具有较好的回弹性能。
外力加载的速率越快，金属材料的回弹性能越差。
此外，材料的塑性变形程度也会影响回弹性能，通常情况下，塑性变形越大，回弹性能也会相对较差。
三、控制塑性变形与回弹性能的方法为了控制金属材料的塑性变形和回弹性能，可以采取以下方法：1.合理选择材料和处理工艺：通过选择合适的金属材料和采取适当的处理工艺，可以改善材料的塑性变形和回弹性能。
例如，通过热处理可以优化材料的晶体结构，提高材料的塑性变形和回弹性能。
2.控制外力加载的速率：外力加载的速率对金属材料的塑性变形和回弹性能有着显著影响。
适当控制外力加载的速率，可以减小材料的塑性变形和提高回弹性能。
材料力学第一章(二) 拉伸过程中的变形及力学性能指标
（6）滞弹性（anelasticity）：在弹性范围内加快加载或卸载后，随时间
延长产生附加弹性应变的现象。
第三页，共28页。
（c）利用包申格效应，如薄板反向弯曲成型。拉拨的钢棒经过轧辊压制变直等。
第十六页，共28页。
塑性变形
塑性变形的方式及特点
➢ 材料宏观塑性变形来源于微观上大量位错运动的结果。 （原子位移总和—表现—变形）
➢ 金属（陶瓷？）材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生（材料科学基础）。
滑移是材料在切应力作用下沿滑移面（原子最密排面）和滑移方向（原子最密排方向）
应变硬化特性：金属材料有一种阻止继续塑性变形的能力。 塑性应变是硬化的原因，硬化是塑性变形的结果。
第五页，共28页。
5
一、基本概念
（12）塑性（ plasticity ）：材料断裂前发生塑性变形（不可逆永久变形） 的能力 ，也即固体材料在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性
(不断裂、不破损）的能力。 延展性（ ductility）：材料经受塑性变形而不破坏的能力。
（3）弹性模量（ elastic modulus，modulus of elasticity）：是表征材料弹 性的物理参数，是指材料在弹性变形范围内，应力和对应的应变的比值 E=σ/ε，也是材料内部原子之间结合力强弱的直接量度。
第二页，共28页。
2
一、基本概念
（4）刚度（ stiffness）：指物体（固体）在外力作用下抵抗变形的能力 ，可用使产生单位形变所需的外力值来量度。刚度越高，物体表现越硬。
材料力学性能-第一章-塑性变形(5)
S
S e
S dS de
dS e de
开始均匀塑性变形点
eB
e
图1.44 缩颈判据图解
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
但颈缩一旦产生，颈缩区
中心部位的径向收缩受到
约束，单向应力状态就变
1
为三向应力状态，此时，
a
要继续塑性变形就必须提
高轴向应力，因而颈缩处
t r
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
十三、韧性和韧度
韧性是金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂 功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。而韧度 是衡量材料韧性的力学性能指标，又分为静力韧度、 冲击韧度、断裂韧度，如静力韧度是指静拉伸时单 位体积材料断裂前所吸收的功，是强度和韧性的综 合指标，可理解为应力-应变曲线下所包围的面积：
e L dl ln L ln(1 )
L L 0
L0
同理可得真实断面收缩率＝－e，即真实
的应变和断面收缩率在绝对值上是相等的。
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 OP段：弹性变形阶段； PB段：均匀塑性变形阶段， S =ken，n为应变 硬化指数。 BK段：不均匀塑性变形阶段，至K点断裂。
dF d(SA) AdS SdA 0 (1)
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 材料塑性变形时体积不变dV=0，可得：
dV d(AL) AdL LdA 0
dA dL de d(ln(1 )) d (2)
AL
1
联立(1)和(2)，可得：S dS （ 3） de
部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影 响。
材料的塑性指标有哪些
材料的塑性指标有哪些塑性是材料力学性能中的一个重要指标，它反映了材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
塑性指标是衡量材料塑性变形能力的重要参数，不同材料的塑性指标也各有特点。
在工程设计和材料选用中，了解材料的塑性指标对于保证工程结构的安全性和可靠性至关重要。
本文将对材料的塑性指标进行介绍和分析。
首先，材料的屈服强度是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
屈服强度是指材料在拉伸或压缩过程中开始发生塑性变形的应力值。
通常情况下，材料的屈服强度越高，其抗拉抗压能力就越强，具有较好的塑性变形能力。
因此，在工程设计中，需要根据实际使用情况选择具有合适屈服强度的材料，以保证工程结构的安全性。
其次，材料的延伸率也是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
延伸率是指材料在拉伸过程中发生塑性变形后的伸长量与原始长度的比值。
通常情况下，延伸率越大，说明材料具有较好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生较大的塑性变形而不断裂。
因此，在一些需要承受较大变形的工程结构中，需要选择具有较高延伸率的材料，以保证其在受力作用下不会过早断裂。
此外，材料的冷加工硬化指数也是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
冷加工硬化指数是指材料在冷加工过程中硬度的增加量与应变的比值。
通常情况下，冷加工硬化指数越大，说明材料具有较好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生较大的塑性变形而不断裂。
因此，在一些需要进行冷加工加工的工程结构中，需要选择具有较高冷加工硬化指数的材料，以保证其在加工过程中不会发生断裂。
综上所述，材料的塑性指标包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数等。
这些指标是衡量材料塑性变形能力的重要参数，对于工程设计和材料选用具有重要意义。
在实际应用中，需要根据工程结构的使用情况和要求选择合适的材料，以保证工程结构的安全性和可靠性。
同时，也需要在材料的生产和加工过程中对这些塑性指标进行严格控制，以保证材料具有良好的塑性变形能力。
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注：σb=K(n/e)n的推导详见第23页， 结合37页第10参考题将其弄懂。
六、塑性与塑性指标
塑性： 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 意义： 防止偶然过载造成危害； 保证机件正常运行； 有利于塑性加工和修复。
六、塑性与塑性指标
1、伸长率指标： (1)最大应力下非比例伸长率δg，即 δg=ΔLg/L0×100％ (2)最大应力下总伸长率δgt ，即 δgt=ΔLgt/L0×100％ (3)断后伸长率δ，即δ=ΔLk/L0×100％
在变形过程中发生相变的超塑性。
结构超塑性： 在纯金属和单相合金的稳定结构中得到 的超塑性。
七、超塑性
3、条件： (1)超细晶粒，晶粒尺寸达微米量级，且为等轴晶； (2)合适的变形条件，变形温度在0.4Tm以上， 应变速率一般大于或等于10-3s-1。
(3)应变速率敏感指数较高，
出现超塑性的条件是0.3≤m≤1。 4、特点： 应变前后，晶粒基本上保持等轴状态。 晶界滑动产生的应变εg 在总应变εt中所占比例一般在50％70％之间。
3、屈服强度意义：
(1)作为防止因材料过量塑性变形而
导致机件失效的设计和选材依据；
(2)根据屈服强度与抗拉强度之比
(屈强比)的大小，衡量材料进一步
产生塑性变形的倾向，作为金属材
料冷塑性变形加工和确定机件缓解
应力集中防止脆断的参考依据。
三、影响金属材料屈服强度的因素(自学)
1、晶体结构：
2、晶界与亚结构：
即： L0/d0=5, →δ5
L0/d0=10,→δ10
六、塑性与塑性指标
2、断面收缩率： 试样拉断后， 缩颈处横截面积(A1)的最大减缩量; 与原始横截面积(A0)的百分比，
符号ψ表示，即
ψ=(A0-A1)/A0×100％
七、超塑性
1、定义：
在一定条件下，
呈现非常大的伸长率(约1000％)， 而不发生缩颈和断裂的现象。 2、分类： 相变超塑性:
§1.4
应变硬 化
塑性变形及其性能指标
缩颈
屈 服
拉伸伸长 断面收缩
§1.4
塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理(已学、自学)
二、屈服现象与屈服强度 三、影响金属材料屈服强度的因素(自学) 四、应变硬化 五、抗拉强度与缩颈条件 六、塑性与塑性指标 七、超塑性
二、屈服现象与屈服强度
(2)屈服点(σs): 屈服时对应的应力值； (3)上屈服点(σsu): 力首次下降前的最大应力值； 1、屈服现象： (4)下屈服点(σsl): (1)不均匀的塑性变形, 屈服阶段中最小应力； 平台或锯齿； 外力恒定， 试样继续伸长； 屈服机理 (自学) 或外力增加到一定数值 时，突然下降，随后， 在外力恒定下，继续 伸长变形。 (5)屈服伸长：屈服阶段产生的伸长； (6)屈服平台或屈服齿： 屈服伸长对应的水平线段或曲折线段。
二、屈服现象与屈服强度
2、屈服强度(表征屈服的性能指标)：
(1)金属材料屈服强度(σs)：
屈服时所对应的应力值。 σs=Fs/A0 通常把σsl作为屈服强度(屈服点)。σsl=Fsl/A0
二、屈服现象与屈服强度
(2)金属材料条件屈服强度(σ0.2)： ①规定残余伸长应力σr0.2 ： 卸除拉力后，
残余伸长达到规定的原始标伸长（弹性伸长加塑性伸长）应力σt0.5 ：
总伸长达到规定的原始标距百分比(0.5%)时的应力。
二、屈服现象与屈服强度
(3)高分子材料屈服点： 拉伸曲线上出现最大应力的点(应变约5-10％)。 如无极大值，则应变2％处的应力值。
二、屈服现象与屈服强度
根据GB5028-85 《金属薄板拉伸应变硬化指数(n值)实验方法》测定
四、应变硬化(形变强化)
3、应变硬化的意义：
(1)加工方面：
使金属进行均匀的塑性变形，
保证冷变形工艺顺利实施。
(2)应用方面： 可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力， 保证机件使用安全。 (3)应变硬化是一种强化金属的重要手段， 如低碳钢、奥氏体不锈钢、有色金属等。
四、应变硬化(形变强化)
(2)高分子材料：
屈服后由范德瓦尔斯键变成共价键，
提高强度，造成应变硬化。
四、应变硬化(形变强化)
2、应变硬化指数(金属的真应力-真应变曲线) (1)Hollomon公式： S=Ken n为应变硬化指数；K为硬化系数。 (2)应变硬化指数n ： 反映了材料抵抗继续塑性变形的能力。 n =1→完全理想弹性体； n =0→S=K=常数→ 没有应变硬化能力。 n =0.1～0.5 (3)n值和屈服点σs大致呈反比关系： 即nσs=常数。
六、塑性与塑性指标
(4)分析（试棒尺寸的确定）： 缩颈前均匀伸长ΔLg＝βL0； (塑性伸长) 缩颈后局部伸长ΔLN(ΔLN=ΔLk-ΔLg)(塑性伸长) LN A0 断裂后总的伸长ΔLk=ΔLg+ΔLN LK L0 A0 断裂后总伸长率： LK / L0 A0 / L0 δ的大小与A0、L0密切相关。 国家规定 L0 / A0 11.3或5.65
3、溶质元素
4、第二相：
5、温度
6、应变速率与应力状态
四、应变硬化(形变强化)
0、定义： 随着变形量的增大，形变应力提高的现象。
四、应变硬化(形变强化)
1、应变硬化机理： (1)金属材料： ①多系滑移： 位错交互作用→形成割阶、位错锁和胞状结构等 →位错运动阻力增大→产生应变硬化。 ②交滑移： 刃位错随应变增加→密度增大→产生应变硬化。
五、抗拉强度与缩颈条件
1、抗拉强度： 最大实验力所对应的应力。 σb=Fb/A0 抗拉强度标志着材料的实际承载能力。
五、抗拉强度与缩颈条件
2、缩颈： 变形集中于局部区域的特殊状态。 因应变硬化跟不上塑性变形的发展， 使变形集中于试样局部区域而产生的。
缩颈形成点对应于最大载荷点，dF=0。 σb=K(n/e)n 缩颈应力依赖于K和n，以及应变速率敏感指数m。