第一章 金属在单向静载荷下的力学性能。

第一章 金属在单向静载荷下的力学性能的思维导图。导图从塑性变形、失效形式、弹性变形、两个曲线几个方面作了内容阐述。

第一章 金属在单向静载荷下的力学性能

• 塑性变形
  • 方式及特点
    • 方式：滑移，孪生
    • 特点
      • 不同时性和不均匀性
      • 相互制约和相互制约
  • 屈服现象
    • 定义：外力不增加，试样仍能继续伸长， 或外力增加到一定数值后突然下降， 随后在外力不增加或上下波动的情况下，试样继续伸长变形
    • 微观本质
      • 柯氏气团理论
      • 位错增殖理论
  • 屈服强度
    • 出现明显屈服
      • 上屈服点
      • 下屈服点
        • 屈服强度，重现性好
      • 优缺点
        • 屈服强度
        • 表面皱褶现象，影响表面质量（薄板成型）
    • 没有明显屈服现象
      • 规定塑性延伸强度（Rp）：试样标距部分的塑性延伸率＝规定的原始标距百分比时的应力
      • 规定总延伸强度（Rt）：试样标距部分的总延伸率（弹性+塑性伸长）＝规定的原始标距百分比时的应力
      • 规定残余延伸强度（Rr）：试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余延伸率＝规定的原始标距百分比时的应力
    • 指标：
      • 降低屈服强度有利于材料冷成型加工和改善焊接性能
    • 影响因素
      • 内在因素
        • 晶粒大小
          • 细晶强化
        • 溶质元素：固溶强化；间隙＞置换
        • 第二相粒子
          • 切过机制
          • 绕过机制
      • 外在因素
        • 温度：↑钉扎作用↓力↓
        • 应变速率硬化现象
        • 加载方式
  • 应变硬化
    • 定义：当外力超过屈服强度后，塑性变形并不是像屈服平台那样继续流变下去，而需要不断地增加外力才能继续进行（材料有阻止继续塑性变形的能力）
    • 机理：与位错的交互作用有关。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时相互交割加剧，产生固定割阶，位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。
    • 表面形变强化
      • 喷丸
      • 滚压
      • 冷挤压
    • 真实应力-应变曲线： 流变曲线（均匀塑变阶段）
      • 应变硬化指数
        • 反映材料抵抗均匀塑性变形的能力，反映了形变强化的趋势，表征材料应变硬化的性能指标
        • n↑抗力↑
        • n＝0～1金属n＝0.1～0.5
        • 测定：
    • 工程意义
  • 颈缩
    • 变形集中在局部区域
    • 判据
      • 当真实应力-应变曲线上某点的斜率（应变硬化速率）＝该点真实应力时
      • 当金属材料的n＝最大真实均匀塑性应变量
  • 抗拉强度
    • Rm
      • 韧性材料：材料对最大均匀塑性变形的抗力
      • 脆性材料：实际零件所能承受的最大负荷
    • 屈强比Rr0.2/Rm，希望↓
  • 塑性
    • 定义：在外力作用下，材料产生永久变形而不破坏的能力
    • 指标（安全力学性能）
      • 延伸率（断后伸长率）Agt
      • 断面收缩率
    • 工程意义
    • 影响因素
      • 溶质元素↑Z↓
      • 第二相↑Z↓
      • 晶粒细化Z↑
      • 强度指数Z↑Rr0.2↓，屈强比↓
  • 强力韧度（强塑积）
    • 定义：静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的塑性变形功和断裂功
• 失效形式
  • 磨损
  • 腐蚀
  • 断裂
    • 类型
      • 韧性断裂Z＞5％
      • 脆性断裂Z＜5％
    • 断口特征
      • 宏观
        • 韧断：粗糙不平，灰暗
        • 脆断：平，光亮
      • 微观
        • 韧断：韧窝，微孔
          • 形成：夹杂物
          • 聚集
          • 长大
        • 脆断
          • 沿晶
          • 穿晶
            • 河流花样
            • 羽毛花样
            • 解理面：低指数面，表面能低，理论断裂强度低
    • 附近组织
• 弹性变形
  • 特点和本质
    • 特点
      • 可逆性
      • 单值性
      • 小变形
    • 本质：外力克服原子间作用力，使原子间距发生变化
  • 胡克定律
  • 指标
    • 刚度
      • 弹性模量E
        • 对组织不敏感
        • 定义：材料的刚度，抵抗弹性变形的抗力
        • 表征原子间结合力（主要取决于原子本性和晶格类型）
        • 特点
          • 与原子结构：价电子数↑原子半径↓↑；特殊：过渡金属原子半径↑↓
          • 各向异性：压力加工，形变织构
          • 温度效应：↑↓（原子间距↑结合力↓）
      • 工程意义：零部件选材与设计的依据
      • 比刚度
        • 定义：材料的弹性模量与密度的比值
        • 应用：航空、航天结构设计关注的指标之一
      • 分类
        • 材料的刚度—弹性模量E
        • 构件的刚度E/A-与材料的刚度、截面形状、尺寸有关
    • 韧度
      • 弹性比功（应变-应力曲线面积）We
        • 表示
          • 在开始塑性变形前单位体积所能吸收的最大弹性变形功
          • 储备弹性能的能力
        • 式子
    • 区分（汽车弹簧）
      • 没有满载，变形却达到最大—刚度不足
      • 使用一段时间，弓形—弹性不够
  • 滞弹性
    • 定义：快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象
    • 原因：在应力作用下，造成溶质原子的有序分布，从而产生沿某一晶向的附加应变
    • 内耗：因材料内部原因而产生的能量消耗
    • 弹性滞后环
      • 定义：加载和卸载时应力应变曲线不重合行程一封闭回线
      • 说明加载时消耗W＞卸载时，有一部分被吸收，由面积度量
    • 应用
      • 不利：仪表，精密仪器制造业
      • 有利：机床床身，飞机螺旋桨（消振，避免共振）
  • 包申格效应
    • 定义：产生了少量塑性变形的材料，同向加载弹性极限（屈服强度）↑，反向↓
    • 利用：薄板的反向弯曲变形
    • 消除
      • 预先进行较大的塑性变形
      • 在第二次反向受力前先使其在回复或再结晶温度下退火
• 两个曲线 （以退火低碳钢为例）
  • 拉伸力—拉长曲线
    • 变形阶段
      • 弹性变形
      • 不均匀屈服变形
      • 均匀塑性变形
      • 不均匀集中塑性变形
      • 断裂
  • 应力—应变曲线
    • 工程…
    • 真实…
      • 屈服点
      • ＞
      • ＜
    • 应用：真实应力—应变曲线仅限于试样均匀拉伸阶段， 当拉伸点达到颈缩后开始塑性失稳阶段， 公式不再适用