金属塑性变形的力学特点

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1、金属塑性变形的力学特点主讲教师：黄金田实验目的1.通过低碳钢拉伸实验，了解金属塑性变形的基本现象与特点。2.了解金属变形的主要阶段。实验设备及材料60T万能材料试验机光滑圆柱形低碳钢拉伸试样。实验原理在材料拉伸试验机上对被测的标准金属材料试样施加轴向静拉力P，试样在外力作用下产生变形。若将低碳钢试样从试验开始直到被拉断前所受的拉力P，与其所对应的变形Δl绘制成曲线，可以得到如图所示的拉伸曲线。低碳钢的拉伸曲线p点为比例极限点e点为弹性极限点s点为屈服点b点为拉断前能承受的最大载荷点k点为拉断点通常以σ和应变ε来代

2、替P和Δl，由此绘制成的曲线称为应力-应变曲线，反映了金属塑性变形过程典型的力学行为。当载荷到达e点以前，载荷全部卸去后，试样即行完全回复到原有的形状、尺寸与性能，而且无论是加载还是卸载，试样的形状、尺寸与某一瞬时的外载荷有关，沿着完全同一的路径发生，应力应变之间存在统一的关系——虎克定律，即σ=Eε。载荷超过e点时，试样开始产生塑性变形，此时即使完全除去载荷也会留下永久变形。当载荷继续增加到s点时，试样承受的载荷不再增加，但试样仍继续产生塑性变形，应力-应变曲线出现近似水平线段，这种现象称为材料的屈服。s点是金

3、属材料从弹性状态转变成塑性状态的标志，对应的应力称为屈服强度用σs表示，为弹性变形与塑性变形的分界点。当载荷继续增加至b点时，试样发生不均匀变形，截面出现局部变细的缩颈现象，所以b点又是简单拉伸时材料失稳的临界点，此处有dP=0或dε=0，缩颈处呈现三向拉应力状态，酝酿着断裂。当变形量迅速增大至k点时试样被拉断。b点的拉力是试样在拉断前所能承受的最大载荷，所对应的应力σb为抗拉强度。可见弹性变形、塑性变形和断裂是金属变形的三个基本阶段。在塑性变形阶段上的某点g，卸除外载荷时，延伸量已达oj的试样将沿gh卸载到应力

4、为零，且gh几乎平行于op。卸载完毕后，试样残存永久变形量oh，只有一部分变形量hj得到回复。其中能回复的部分为弹性变形，应力应变关系曲线上任一点g(ε，σ)所对应的应变量是：加载时，即σdσ>0时，有新的塑性变形发生，应力应变关系一般是非线性的，可表示为：卸载时，即σdσ≤0时，不发生新的塑性变形，而只有弹性变形回复，应力应变仍是线性的。在塑性变形阶段，如将卸载过的试样重新加载，即可发现拉伸曲线是以h点为起点，几乎沿着hg回升，在达到g点之前，即使应力可能超过σs,但试样并不发生屈服，只有当应力达到g点后，塑性

5、变形才重新出现，以后的曲线仍然沿着gbk发展下去，这时的拉伸曲线就是hgbk。g点的应力就是试样重新加载时新的屈服应力，如果重复上述卸载、加载过程，就可发现重新加载时屈服应力沿gb线上升，这一现象称为应变硬化，工程上又称冷作硬化或加工硬化。金属塑性变形的特点1.弹性变形、塑变形共存；2.加载、卸载过程不同的应力应变关系；3.应力应变关系与加载历史有关；4.金属塑性变形过程伴随有机械性能的变化。实验步骤与方法1．试样准备：先将低碳钢圆棒试样表面用细砂纸打光，测量断面尺寸，按10d确定标距长度；并将标距长度分成10等

6、分，用铅笔划上标记点。2．在60KN材料试验机上将上述试样进行静态拉伸实验，并记录拉伸载荷曲线上有关载荷和延伸量等数据，观察屈服现象；屈服后继续拉伸到一定塑性变形量，然后卸载到载荷为零，记录相应硬化现象，并记录下相应的载荷与尺寸，最后拉断。3．取下试样，测量拉断后的尺寸，如断口不在试样中部，应参照标距与等分线进行必要的修正才可计算出最大延伸量。实验过程实验数据记录表项目屈服点第一次卸载第一次重新屈服第二次卸载第二次重新屈服最大载荷断裂载荷载荷P/N应力σ/MPa位移△L/mm应变ε/%实验报告要求1．简述实验目的

7、及主要步骤；记录试验设备型号及有关参数，试样材质及基本尺寸。2.将有关实验数据填入表。3.根据拉伸曲线与所记录的数据，分析金属变形主要阶段和塑性变形的各种现象及基本特点。注：考虑到后续课程还有专门的硬化曲线（即真应力应变曲线实验），为简便起见，本实验的应力、ε均采用条件应力和条件应变，即=P/F0，ε=△L/L0×100%，F0为试样的原始断面积，L0为试样的原始标距长度。谢谢大家！