金属及合金塑性变形与断裂课件.pptx

1、金属在外力的作用下的变形过程可分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个连续阶段。一、应力应变曲线 (1) 屈服点屈服点试样屈服时的应力为材料的屈服点试样屈服时的应力为材料的屈服点产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值. Fs s = ( M Pa ) S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷( N )试样试样原始横截面积原始横截面积( mm2)s （2）屈服强度屈服强度( 塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形) F0.2 0.2 = ( M Pa ) S 0 试样原始横截面试样原始横截面( mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载

2、荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服点屈服点 s 、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。也是评定金属强度的重要指标之一。塑性塑性：指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。：指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。评定塑性的指标：评定塑性的指标： (1)断面收缩率断面收缩率: 指试样拉断处横截面积的收缩量指试样拉断处横截面积的收缩量 S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。(2)伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距

3、伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原与原始标距始标距L 0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0塑性指标塑性指标 l 1 - l0 = - 100% l0塑性指标不直接用于计算，但塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性任何零件都需要一定塑性，防止过载断裂；塑性变形可以防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。缓解应力集中、削减应力峰值。l2）.弹性极限弹性极限: l Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷( N )l e = ( M pa ) l S0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2 )E= / 1）.弹性弹性:金属材料受外力作用时产生金属材料受外力作

4、用时产生变形变形,当外力去掉后能恢复到原来形状当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。及尺寸的性能。弹性变形弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。2）刚度：）刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值，表示材料弹性模量：弹性下应力与应变的比值，表示材料抵抗弹性变形的能力。抵抗弹性变形的能力。即：即： E= / 切变模量：G/ 材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大； E对组织不敏感；对组织不敏感；零件的刚度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有，也与形状、截面等有关关 、 分别是正应变和

5、切应变分别是正应变和切应变lE、 G是表征材料抵抗弹性变形能力和衡量材是表征材料抵抗弹性变形能力和衡量材料料“刚度刚度”的指标。的指标。l单晶体受力后，外力在单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为任何晶面上都可分解为正应力正应力和和切应力切应力。正应。正应力只能引起弹性变形及力只能引起弹性变形及解理断裂。解理断裂。只有在切应只有在切应力的作用下金属晶体才力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。能产生塑性变形。单晶体金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切应力作用下的变形切应力作用下的变形锌单晶的拉伸照片锌单晶的拉伸照片韧性断口韧性断口脆性解理断口脆性解理断口l一、

6、一、 滑移滑移l（一）滑移及滑移带（一）滑移及滑移带l滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。向相对于另一部分发生滑动位移的现象。l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。滑移和孪生。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。 l滑移时，晶体两部分的相对位滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍移量是原子间距的整数倍.l滑移的结果在晶体表面形成台滑移的结果在晶体表面形成台阶，称阶，称滑移线滑移线，若干条滑移线，若干条滑移线组成一个组成一个滑移带滑移带。 铜拉伸试样表面滑移带铜拉伸试样表面滑移带l

7、1、滑移变形的特点、滑移变形的特点 ：l 滑移只能在切应力的作滑移只能在切应力的作用下发生。用下发生。产生滑移的最产生滑移的最小切应力称小切应力称临界切应力临界切应力. 正应力作用.swfl 滑移常沿晶体中原滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和子密度最大的晶面和晶向发生。晶向发生。因原子密因原子密度最大的晶面和晶向度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。移所需切应力最小。l沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。通常是晶体中的密排面和密排方向通常是晶体中的密排面和密排方向

8、。 l一个滑移面一个滑移面和其上的一和其上的一个滑移方向个滑移方向构成一个构成一个滑滑移系移系。体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系单晶单晶体滑移系体滑移系.swf.swfl滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。l因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格,

9、体心立方晶格好于密排六方晶格。体心立方晶格好于密排六方晶格。l 在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带的本质。那麽在拉伸外力作用下，如何能导致的本质。那麽在拉伸外力作用下，如何能导致位错线滑移？位错线滑移？l 图给出了拉伸外力图给出了拉伸外力P与任一晶面上的剪切应与任一晶面上的剪切应力大小的关系。外力力大小的关系。外力P作用在面积为作用在面积为A的圆柱体的圆柱体上，在滑移面上产生的分切应力上，在滑移面上产生的分切应力 lF在滑移方向上的分切应力为在滑移方向上的分切应力为l只有值

10、大于和等于某一个临界值，柱体的上下两部分才会相对的滑移，产生宏观的塑性变形。这个分切应力就称为临界分切应临界分切应力力c。 （四）切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动（四）切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动l滑移的同时伴随着晶体的转动滑移的同时伴随着晶体的转动l转动有两种：转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。滑移方向向最大切应力方向转动。自由滑移变形.swfl转动的原因：转动的原因：晶体滑移后使正应晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶力分量和切应力分量组成了力偶.l当滑移面、滑移方向与外力方向都呈当滑移

11、面、滑移方向与外力方向都呈45角时，滑角时，滑移移 方向上切应力方向上切应力最大，因而最最大，因而最容易发生滑移容易发生滑移.l滑移后滑移后, 滑移滑移面两侧晶体的面两侧晶体的位向关系未发位向关系未发生变化。生变化。 A0A1FFA0l自由滑移变形.swf 受夹具限制时代变形.swfl压缩时的晶面转动.swfl几何软化l几何硬化l压缩时的晶面转动.swf韧性断口韧性断口多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行l2、滑移的机理、滑移的机理l把滑移设想为刚性整体滑动所需把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大临界切应力值大3-4个数量级个数量级。

12、滑移滑移是通过滑移面上位错的运动来实是通过滑移面上位错的运动来实现的。现的。l晶体通过位错运动产生滑移晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种而所需临界切应力小，这种现象称作现象称作位错的易动性位错的易动性。（五）多滑移系（五）多滑移系l在两个或更多的滑移系上进行的滑移系称为多滑移系，简称多滑移。（六）交滑移（六）交滑移l两个或多个滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移，称为交滑移。两个或多个滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移，称为交滑移。

13、 l在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移有一螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。l位错增值模型.swf 螺位错双交滑移增殖模型.swfl位错的塞积位错的塞积位错塞积形成裂纹位错塞积形成裂纹.swfl整个塞积群对位错源有一反作用力。当塞积位错的数整个塞积群对位错源有一反作用力。当塞积位错的数目达到目达到n时，这种反作用力与外

14、加切应力可能达到平衡。时，这种反作用力与外加切应力可能达到平衡。此时，位错源则会关闭；要想继续滑移，就必须增大此时，位错源则会关闭；要想继续滑移，就必须增大外力，这就是应变硬化的机制之一。外力，这就是应变硬化的机制之一。 位错在障碍物前的塞积 l当两条位错线交割时，每条位错线上都可能出当两条位错线交割时，每条位错线上都可能出现长度相当于另一条位错线现长度相当于另一条位错线b的割阶的割阶,这就增加这就增加了位错长度，是位错能量升高，是变形所需的了位错长度，是位错能量升高，是变形所需的总能量升高；总能量升高； 另外，当割阶垂直于滑移面时，另外，当割阶垂直于滑移面时，此割阶有阻止位错运动的作用，会使

15、晶体进一此割阶有阻止位错运动的作用，会使晶体进一步滑移的抗力增加，这是加工硬化的主要原因。步滑移的抗力增加，这是加工硬化的主要原因。 l小结：小结： 交滑移与多滑移不同，后者是由完全不交滑移与多滑移不同，后者是由完全不同的两个滑移系分别或交替进行滑移；而交滑同的两个滑移系分别或交替进行滑移；而交滑移是由具有同一滑移方向的两个或多个滑移系移是由具有同一滑移方向的两个或多个滑移系同时启动而进行。一般来说，只有螺位错可以同时启动而进行。一般来说，只有螺位错可以引起交滑移。引起交滑移。 l二、孪生二、孪生l孪生孪生是指晶体的一是指晶体的一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相对于另一部晶向相对于另一部

16、分所发生的切变。分所发生的切变。单晶体孪生.swfl发生切变的部分称发生切变的部分称孪生带孪生带或或孪晶带孪晶带，沿其发生孪生，沿其发生孪生的晶面称的晶面称孪生面孪生面。l孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 孪晶组织孪晶组织孪生示意图孪生示意图l与滑移相比：与滑移相比：l孪生使晶格位向发生改变孪生使晶格位向发生改变；l所需切应力比滑移大得多所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快变形速度极快, 接近声速接近声速;l孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.l密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密

17、排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶退火孪晶。奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶第三节第三节 多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形l单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似,滑移、滑移、孪

18、晶两种方式。但多晶体变形比孪晶两种方式。但多晶体变形比单晶体复杂。单晶体复杂。l晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响l1、晶界的影响、晶界的影响l当位错运动到晶界附近时，受到当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来晶界的阻碍而堆积起来,称称位错的位错的塞积塞积。要使变形继续进行。要使变形继续进行, 则必则必须增加外力须增加外力, 从而使金属的变形从而使金属的变形抗力提高。抗力提高。晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积l2、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响l由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形由于各相邻晶粒位向不同，

19、当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形这种弹性变形便成为塑性变形晶便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相于晶粒间的这种相互约束，使得多晶互约束，使得多晶体金属的塑性变形体金属的塑性变形抗力提高。抗力提高。 l 多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程l多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于或接近于45的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到当塞积位错

20、前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由由一批晶粒传递到另一一批晶粒传递到另一批晶粒，批晶粒，当有大量晶当有大量晶粒发生滑移后，金属粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性便显示出明显的塑性变形。变形。 l 晶粒大小对塑性变形的影响晶粒大小对塑性变形的影响l金属的晶粒越细，其强度和硬度越高金属的晶粒越细，其强度和硬度越高细晶强化。细晶强化。l因为因为金属金属晶粒越晶粒越细，晶界总面积细，晶界总面积越大，位错障碍越大，位错障碍越多；需要协调越多；需要

21、协调的具有不同位向的具有不同位向的晶粒越多的晶粒越多，使，使金属塑性变形的金属塑性变形的抗力越高。抗力越高。晶粒大小与金属强度关系晶粒大小与金属强度关系l金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。l因为因为晶粒越细晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，单位体积内晶粒数目越多，参与变参与变形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形越均匀，多，变形越均匀，使在断裂前发生较使在断裂前发生较大的塑性变形。强大的塑性变形。强度和塑性同时增加度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗金属在断裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韧性也比较好。韧性也比较好。应变应变应力应力塑性材料塑性材料

22、脆性脆性材料材料通过细化晶粒来同时通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方度、塑性和韧性的方法称法称细晶强化。细晶强化。l合金可根据组织分为合金可根据组织分为单相固溶体单相固溶体和和多相混合物多相混合物两种两种.合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.珠光体珠光体奥氏体奥氏体l一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化l单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体

23、随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化固溶强化。 l 固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用阻碍了互作用阻碍了位错位错的运动。即溶质原子与位错弹的运动。即溶质原子与位错弹性交互作用的结果，如下图所示，使溶质原子趋性交互作用的结果，如下图所示，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小畸变，使系统更加于聚集在位错的周围，以减小畸变，使系统更加稳定，此即称为柯氏稳定，此即称为柯氏(cotrell)气团。显然，气团。显然，柯氏柯氏气团对位错有气团对位错有“钉扎钉扎”作用作用。为了使位错挣脱气。为了

24、使位错挣脱气团而运动，必须施加更大的外力。因此，固溶体团而运动，必须施加更大的外力。因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯金属。合金的塑性变形抗力要高于纯金属。 l二、多相合金的塑性变形与弥散强化二、多相合金的塑性变形与弥散强化l当合金的组织由多相混合物组成时，当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变合金的塑性变 形除与合金基体的性质形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数性质、形态、大小、数量和分布有关。量和分布有关。第二相第二相可以是纯金属、固溶体可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。

25、 + 钛合金钛合金(固溶体第二相固溶体第二相)l当在晶界呈网状分布时当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利；，对合金的强度和塑性不利；l当在晶内呈片状分布时当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性；降低塑性和韧性；珠光体珠光体l当在晶内呈颗粒状弥散分布时，当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称略有下降，这种强化方法称弥散强化弥散强化或或沉淀强化沉淀强化。l弥散强化的原因弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而是

26、由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片位错切割位错切割第二相粒第二相粒子示意图子示意图电镜观察电镜观察l一、塑性变形对组织结构的影响一、塑性变形对组织结构的影响 l金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。l当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变 得模糊不清。得模糊不清。l塑性变形还使塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒破碎为亚晶粒。晶粒。工业

27、纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%冷变形纯铝中的位错网冷变形纯铝中的位错网(a) 正火态正火态(c) 变形变形80%(b) 变形变形40%晶粒拉长，晶粒拉长，纤维组织纤维组织 各向异性各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）沿纤维方向的强度、塑性最大）变形变形10% 100变形变形40% 100 变形变形80%纤维组织纤维组织100 工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织l由于晶粒的转动，由于晶粒的转动，当当塑性塑性变变形达到一定程度时，会使绝形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象形方向趋

28、于一致，这种现象称称织构织构或或择优取向择优取向。l形变织构使金属呈形变织构使金属呈现各向异性现各向异性，在深，在深冲零件时，易产生冲零件时，易产生“制耳制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。可提高硅钢片的导磁率。板织构板织构丝织构丝织构形变织构示意图形变织构示意图各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板 “制耳制耳”有有无无绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现晶粒拉长，且出现织构织构。

29、二、二、加工硬化加工硬化 l随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称性、韧性下降的现象称加工硬化加工硬化。冷塑性变形量，%屈服强度，MPa1040钢(0.4%C)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%C)黄铜铜冷塑性变形与性能关系冷塑性变形与性能关系l产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是:l1、随变形量增加、随变形量增加, 位错位错密度增加密度增加，由于位错之，由于位错之间的交互作用间的交互作用(堆积堆积、缠缠结结)，使变形抗力增加，使变形抗力增加. 位错密度与强度关系位错密度与强度关系l2. 随变形量增加，

30、亚结构细化随变形量增加，亚结构细化l3. 随变形量增加随变形量增加, 空位密度增加空位密度增加l4. 几何硬化几何硬化：由晶粒转动引起：由晶粒转动引起l由于加工硬化由于加工硬化, 使已变形部分发使已变形部分发生硬化而停止变形生硬化而停止变形, 而未变形部而未变形部分开始变形。分开始变形。没有加工硬化没有加工硬化, 金金属就不会发生均匀塑性变形。属就不会发生均匀塑性变形。l加工硬化是强化金属的重要手加工硬化是强化金属的重要手段之一，段之一，对于不能热处理强化对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。的金属和合金尤为重要。变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁三、三、残余内应力残

31、余内应力 l内应力内应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力是由于金属受力时时, 内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,外力所做的功只有外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中转化为内应力残留于金属中. l内应力分为三类：内应力分为三类：l第一类内应力第一类内应力平衡于表面与心部之间平衡于表面与心部之间 (宏观内应力宏观内应力)。l第二类内应力第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间, (微观内应力微观内应力)。l第三类内应力第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。是由晶格

32、缺陷引起的畸变应力。 l第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。强度降低。l内应力的存在，内应力的存在，使金使金属耐蚀性下降，属耐蚀性下降，引起引起零件加工、淬火过程零件加工、淬火过程中的变形和开裂中的变形和开裂。因。因此，金属在塑性变形此，金属在塑性变形后，通常要进行退火后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。处理，以消除或降低内应力。晶界位错塞积所晶界位错塞积所引起的应力集中引起的应力集中l断裂是金属材料在外力的作用下丧失连续性的过程，它包括

33、裂纹的萌生和裂纹的扩展两个基本过程。l断裂的研究涉及断裂力学、断裂物理、断裂化学及断口学等几个方面。l塑性断裂又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。l塑性和韧性好的金属，通常以穿晶方式发生塑性断裂，在断口附近会观察到大量的塑性变形的痕迹，如缩颈。l断口形貌：韧窝，包括等轴韧窝和剪切韧窝。l韧窝等轴韧窝等轴韧窝剪切韧窝剪切韧窝l断裂特点：无预兆，速度快，破快性强，容易导致严重事故。l通常发生于高强度或塑性和韧性差的金属或合金中；塑性较好的金属在低温、厚截面或高的应变速率等条件下或裂纹起重要作用时，都可能以脆性方式断裂。l起源于引起应力集中的微裂纹，沿着特定的解理面扩展，发生解理断裂。l断口形貌：河流花样沿晶脆性断裂断口形貌沿晶脆性断裂断口形貌l裂纹和应力状态l温度l其他：应力腐蚀断裂、氢脆断裂l断裂韧度Kc是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标，反映了含裂纹材料的承载能力。l应用：1.确定构件的安全性2.确定构件的承载能力3.确定临界裂纹尺寸拉伸试样形状拉伸试样形状