金属塑性变形的力学特点

1. 金属塑性变形的力学特点 主讲教师：李慧中

2. 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。

3. 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。

4. 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 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

5. 通常以σ和应变ε来代替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。通常以σ和应变ε来代替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。

6. 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：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。

7. 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。

8. 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。

9. 实验过程

10. 实验数据记录表

11. 实验报告要求 1．简述实验目的及主要步骤；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。

12. 谢谢大家！