范文一：钢筋塑性性能的两个指标

1. 钢筋塑性性能的两个指标：伸长率和冷弯

2. 混凝土结构对钢筋性能的要求：强度高 塑性好 可焊性好 与混凝土的粘结锚固性好 耐

火耐久 防止低温冷脆

3. 钢筋和混凝土能共同工作的原因：①混凝土结硬之后，和钢筋牢固的粘接在一起，相互

传递内力，粘接力是两者能共同工作的基础②钢筋的线膨胀系数与混凝土十分相近，温度变化时，两者不会存在较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏

4. 钢筋混凝土的结构优点：①有较高的承载力与受力性能②就地取材③节约钢材④耐久耐

火⑤可模性好⑥整体好，刚度大。

5. 混凝土强度的基本指标：①混凝土抗压强度（立方体抗压fcuk。轴心抗压fck）②抗拉

强度ftk fcuk ＞fck＞ ftk

6. 混凝土复合作用下的强度：第一象限为双向受拉情况，双向受拉在强度上均接近于单向

受拉；第二四象限为拉压应力状态，双向异号应力使强度降低；第四象限为双向受压情况，比单向受压强度最多可提高20％

7. 徐变：对混凝土棱柱体施加某个应力之后维持荷载不变，混凝土会在加荷瞬间变形的基

础之上，产生随时间增长而增大的应变

影响徐变的因素：①组成与配合比：水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大；骨料越坚硬，徐变越小；骨料的相对体积越大，徐变越小②养护及使用的条件下的温湿度：养护是温度越高，湿度越大，水泥水化作用充分，徐变小，受荷构件所处环境温度越高，湿度越低，徐变越大。

8. 混凝土的收缩和膨胀：收缩是混凝土内部产生初始微裂缝的主要原因，会导致应力重分

布，干燥失水是引起收缩的重要因素①使用环境的温度越高。湿度越低，收缩越大②水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大③骨料的级配比越高，弹性模量大，收缩越小④构件的体积与表面积比值大，收缩越小

9. 粘结力的组成部分：胶结力 摩擦力 咬合力 机械锚固力

10. 安全性，耐久性，适用性为结构的可靠性，也就是结构在规定时间内，规定条件下完成

预定工作的能力；可靠度就是构件完成预定工作的得概率

11. 极限状态分为承载能力极限状态①与正常使用极限状态②：①构件达到最大承载能力或

达到不适合继续承载的变形，为设计依据②构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限时，作为验算依据

12. z=g(R,S)=R-S

13. 配筋率对构件破坏的影响：①少筋破坏裂缝截面处的拉力全部由钢筋承受，钢筋由于突

然增大的应力而屈服②适筋破坏：受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，有明显预兆③超筋破坏：受压区混凝土先压碎，钢筋不屈服，钢筋的抗拉强度没有充分被利用。没有明显预兆

14. 适筋梁的正截面受力全过程：弹性阶段 带裂缝工作阶段 破坏阶段

截面抗裂验算是建立在Ia阶段的基础之上;构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第II阶段的基础之后上的截面的承载能力计算是建立在IIIa阶段的基础之上

15.影响斜截面受力性能的主要因素：①剪跨比与跨高比②腹筋的数量③混凝土强度等级④纵筋配筋率⑤其他因素（截面形状，预应力，梁的连续性）

16.斜截面的破坏的主要形态①斜拉破坏②剪压破坏③斜压破坏

17.材料图：所谓正截面受弯承载力图，是指按实际配置的纵向钢筋，绘制的梁上各截面所能承受的弯矩图

材料图的作用：①反映材料在各截面的利用程度②确定纵向钢筋的弯起数量与位置③确定

纵向钢筋的阶段位置

18.受弯构件的破坏特征：脆性破坏（少筋 适筋 超筋）延性破坏（部分超筋）

19.预应力混凝土：混凝土构件承受外荷载，对其受拉区预先施加压应力，成为预应力混凝土结构

分类：先张法后张法 全预应力和部分预应力 有粘结预应力和无粘结预应力

优点：提高了构件的承载能力 增大了构件的刚度 充分利用高强度材料 扩大了构件的应用范围

范文二：论文资料-钢筋塑性性能的两个指标-（word）可编辑

1. 钢筋塑性性能的两个指标:伸长率和冷弯

2. 混凝土结构对钢筋性能的要求:强度高 塑性好 可焊性好 与混凝土的粘结锚固性好 耐

火耐久 防止低温冷脆

3. 钢筋和混凝土能共同工作的原因:?混凝土结硬之后，和钢筋牢固的粘接在一起，相互

传递内力，粘接力是两者能共同工作的基础?钢筋的线膨胀系数与混凝土十分相近，温

度变化时，两者不会存在较大的相对变形和温度应力而发生粘结破坏 4. 钢筋混凝土的结构优点:?有较高的承载力与受力性能?就地取材?节约钢材?耐久耐

火?可模性好?整体好，刚度大。

5. 混凝土强度的基本指标:?混凝土抗压强度(立方体抗压fcuk。轴心抗压fck)?抗拉

强度ftk fcuk ,fck, ftk

6. 混凝土复合作用下的强度:第一象限为双向受拉情况，双向受拉在强度上均接近于单向

受拉;第二四象限为拉压应力状态，双向异号应力使强度降低;第四象限为双向受压情

况，比单向受压强度最多可提高20,

7. 徐变:对混凝土棱柱体施加某个应力之后维持荷载不变，混凝土会在加荷瞬间变形的基

础之上，产生随时间增长而增大的应变

影响徐变的因素:?组成与配合比:水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大;骨料越坚

硬，徐变越小;骨料的相对体积越大，徐变越小?养护及使用的条件下的温湿度:养护

是温度越高，湿度越大，水泥水化作用充分，徐变小，受荷构件所处环境温度越高，湿

度越低，徐变越大。

8. 混凝土的收缩和膨胀:收缩是混凝土内部产生初始微裂缝的主要原因，会导致应力重分

布，干燥失水是引起收缩的重要因素?使用环境的温度越高。湿度越低，收缩越大?水

泥用量越多，水灰比越大，收缩越大?骨料的级配比越高，弹性模量大，收缩越小?构

件的体积与表面积比值大，收缩越小

9. 粘结力的组成部分:胶结力 摩擦力 咬合力 机械锚固力

10. 安全性，耐久性，适用性为结构的可靠性，也就是结构在规定时间内，规定条件下完成

预定工作的能力;可靠度就是构件完成预定工作的得概率

11. 极限状态分为承载能力极限状态?与正常使用极限状态?:?构件达到最大承载能力或

达到不适合继续承载的变形，为设计依据?构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限

时，作为验算依据

12. z=g(R,S)=R-S

13. 配筋率对构件破坏的影响:?少筋破坏裂缝截面处的拉力全部由钢筋承受，钢筋由于突

然增大的应力而屈服?适筋破坏:受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压坏，有明显预兆

?超筋破坏:受压区混凝土先压碎，钢筋不屈服，钢筋的抗拉强度没有充分被利用。没

有明显预兆

14. 适筋梁的正截面受力全过程:弹性阶段 带裂缝工作阶段 破坏阶段

截面抗裂验算是建立在Ia阶段的基础之上;构件使用阶段的变形和裂缝宽度验算是建立在第II阶段的基础之后上的截面的承载能力计算是建立在IIIa阶段的基础之上

15.影响斜截面受力性能的主要因素:?剪跨比与跨高比?腹筋的数量?混凝土强度等级?纵筋配筋率?其他因素(截面形状，预应力，梁的连续性)

16.斜截面的破坏的主要形态?斜拉破坏?剪压破坏?斜压破坏

17.材料图:所谓正截面受弯承载力图，是指按实际配置的纵向钢筋，绘制的梁上各截面所能承受的弯矩图

材料图的作用:?反映材料在各截面的利用程度?确定纵向钢筋的弯起数量与位置?确定

纵向钢筋的阶段位置

18.受弯构件的破坏特征:脆性破坏(少筋 适筋 超筋)延性破坏(部分超筋) 19.预应力混凝土:混凝土构件承受外荷载，对其受拉区预先施加压应力，成为预应力混凝土结构

分类:先张法后张法 全预应力和部分预应力 有粘结预应力和无粘结预应力 优点:提高了构件的承载能力 增大了构件的刚度 充分利用高强度材料 扩大了构件的应用范围

范文三：材料的塑性泊松比

第6卷第2期1999年6月

塑性工程学报

JOU RNAL O F PLA ST I C IT Y EN G I N EER I N G

V o l 16　N o 12

Jun 1　1999

材料的塑性泊松比Λp 和弹塑性泊松比Λep

(北京联合大学应用技术学院　北京100101) 　刘　智

(　王瑞刚

　赵广生

摘　要　Εp 定义的塑性泊松比Λp 和以

Λep , 指出在小变形范围内可以看作Λp =015, 而Λep 1, 无论是Λp 还是Λep 均远小于015。本文提供的计算式可用于解决大变形问题。

关键词　泊松比　塑性变形　大变形

1　引　言

泊松比也叫作横向变形系数, 是材料的一个弹性常数。当材料进入弹塑性变形阶段后, 泊松比不再是常量而成为应变的函数。一般认为随着塑性变形的增加, 泊松比渐趋于015。塑性变形的泊松比到底是多大? 若是015, 其条件又是什么? 本文对上述问题进行了探讨, 在塑性变形体积不可压缩条件下的结论是:小变形时, 以塑性应变定义的塑性泊松比Λp =015, 以弹塑性总应变定义的弹塑性泊松比Λep 则总是小于015; 大变形时, 无论是Λp 还是Λep 均远小于015。这个结论澄清了长期存在的一些模糊认识。本文提供的泊松比计算式可用来解决大变形问题。在材料科学和加工手段飞速发展的今天, 高塑性和超塑性等大变形工程问题大量出现, 希望本文能为这类工程问题做出贡献。

2　塑性泊松比Λp

以Λp 表示材料的弹性泊松比, 它是常数。简单应力状态下进入弹塑性变形阶段后的总应变包括弹性应变Εe 和塑性应变Εp , 其中Εe 对应弹性泊松比Λe , Εp 则对应塑性泊松比Λp 。Λp 不是常数, 而是Ε。这时三个方向的应变可表示为p 的函数

Ε1=Εe +Εp

(Λe ΕΕ2=Ε3=-e +Λp Εp ) 　　设研究对象初始体积为V 0, 则变形后体积为

2

(Λe ΕV =[1+(Εe +Εp ) ][1-e +Λp Εp ) ]V

　　由塑性变形体积不可压缩, 即仅有弹性应变Εe 影响体积的改变, 故又有

　第2期　　　刘智等:材料的塑性泊松比Λp 和弹塑性泊松比Λep 27

V =(1+Εe ) (1-2

Λe Εe ) V

　　由以上二式可解得

(1-Λe Εe ) Λp =

Εp (1+Εe +Εp )

(1)

　　若略去弹性应变Εe , 可得简化式

Λp =

Εp (1+Εp )

(2)

　　根据(1) 式和(2) 式进行计算的结果表明, e p 的影响微乎) ; 当Ε其微, 可以忽略不计。如当Εe <01时, e="">

时, 误差不超过11, (2) () 。

表1(Ε<0101) 条件下可以认为λp="015,">

表1　(Λe =013)

条件

(2) Εp Λp Εe =01003Εe =01005e =01010

01001014996014990014977014964014932

01002014993014986014973014960014928

01005014981014975014962014949014917

0101014963014956014947014931014899

0102014926014920014907014894014864

0103014890014884014872014859014828

0104014855014849014836014824014794

0105014820014814014802014790014760

0110014654014648014637014635014597

(1) Εe =01001

在大变形问题中, 一般将应变定义为自然应变e , 塑性自然应变为e p , 即

e p =ln (1+Εp )

则由(2) 式可导出用塑性自然应变表示的塑性泊松比为

p p

Λp =e p e p

e (e -1)

e

e

(3)

　　表2给出了大变形时Λp 的一些计算结果。可以看到, 随着应变的增长, Λp 下降到远离015, 且自然应变表示的Λp 下降得更快。

图1为大变形时Λp 2Ε。p 关系曲线

表2

p

p (2) 式11111113329p (3) 式11111112913

Λp (2) 式013183013050012929012450012113011667

p (3) 式

012690012483012290011515010989010407

图1　Λp 2Εp 曲线

F ig 11　Λp 2Εp curve 1

　　　　　　　　　　　　　　　塑性工程学报　　　　　　　　　　　　　　　第6卷28

3　弹塑性泊松比Λep

令弹塑性总应变Εep =Εe +Εp , 其对应的弹塑性泊松比为Λep , 材料的弹性模量为E , 应力Ρ是总应变Εep 的函数Ρ=Ρ(Εep ) 。弹性泊松比仍为Λe , 弹性应变Εe =

此时三个方向的应变为

Ε1=Εep

ΕΛep Ε2=Ε3=-ep

　　设研究对象初始体积为V 0, 则由弹性变形, 体积改变为(塑性变形体积不变)

V =(1+Εe ) (1-2

Εe 0

E

=(1+

) (2

V 01-

e

ep V =(1+Εep ) (1-2

Λep Εep ) V 0

　　由上两式可解得

Λep =

考虑到一般ν1, 可得简化式

E

Εep

[1-(1-Λe

E

)

1+

]

(4)

1+Εep

Λep =

Εep (1+Εep )

(5)

　　计算结果表明, 当变形较大时, 简化式(5) 与式(4) 相比误差很小, 特别是大变形情况下误

差极小, 故可取式(5) 作为大变形弹塑性泊松比Λep 的一般计算式。

式(4) 对Εep 求导并令其为零可得方程

) 2(1-(1+Λe )

E

E

2

-3(1+Εep ) +1=0

(6)

　　式(6) 的解即为Λep 的极值点, 这一极值小于015。对钢材, Λep 的极值约为0147～0149。

若以自然应变表示, Λep 为

e ep e ep

Λep =

(e e ep -1) e e ep

(7)

　　图2为Λep -Ε。图中虚线为(5) 式, 两ep 关系曲线

条实线为两种理想弹塑性材料根据(4) 式画出, 其一为Λe =0128, Ε0=010012; 另一为Λe =0130, Ε0=

图2　Λep 2Εep 曲线

F ig 12　Λep 2Εep 　curve 1

010017。Ε。0为材料的屈服应变

从图中可以看到, 进入弹塑性变形阶段后, 随着

　第2期　　　刘智等:材料的塑性泊松比Λp 和弹塑性泊松比Λep 29

。在Εep 的增大, Λep 急剧增加, 在Εep 为0102左右时, Λep 达极值后又逐渐减小ep <>

可以认为Λep 接近015。

图中虚线为实线的渐近线, 这表明大变形时Εe 与Λe 对Λep 的影响可忽略不计, 即可以认为Λep 与材料无关。(2) 式与(5) 式形式一致, 表明大变形时无需再区分塑性泊松比与弹塑性泊松比。其原因在于大变形情况下总变形中弹性变形的成分很少, 绝大部分均为塑性变形。

4　结　论

1) 塑性泊松比Λp 为(1) 式, 其简化式为式(2) , 若以自然应变表示则为(3) 式。2) 塑性泊松比Λp 是Εp 的单调减函数, 围内为015; 随着变形的增大, Λp 逐渐减小。

3) 弹塑性泊松比Λep 为() , () 式(7) 式。4) Εep , 式(6) 的解为其极值点, 这一值总是小于015; , Λep 趋于与Λp 一致。

5) , 由于不易从总应变Εep 中分离弹性应变Εe 和塑性应变Εp , 故一般测得的是弹塑性泊松比Λep , 它永远也不会达到015。只有分离出塑性应变Εp 后, 才能测得极接近015的塑性泊松比Λp 。

6) 由于大变形时泊松比Λp 和Λep 远非015, 故工程中的大变形问题, 特别是大变形的位移分析与应变分析可采用本文提供的算式来计算其实时泊松比。

p AND PLAST I C PO ISS ON ′S RAT I O Λ

ep OF M ATER I ELAST I C -PLAST I C PO ISS ON ’S RAT I O ΛAL

L iu Zh i

(Co llege of A pp lied T echno logy of BUU , Beijing , 100101)

W ang R uigang

(Ch inese M echanical Engineering Society , 100823)

Zhao Guangsheng

(Beijing A gricultural Co llege , Beijing , 102206)

Abstract 　from the conditi on of incomp ressibility of the vo lum e under the circum stances of p lastic defo r m a 2ti on 1th is paper derives p lastic 2elastic po isson’srati o ΛP , w h ich is defined by the p lastic rati o Λp w h ich is de 2fined by the p lastie strain Εp lastic po isson’srati o Λep w h ich is defined by the w ho le elastic p lastic p and elastic 2. It also po ints out that there is indeed Λp =015w ith in the regi on of s m all defo r m ati on , strain Εep are derived but Λep w ill never be biger than 015, and w hen the defo r m ati on is larger , no m atter w hether it is Λp and Λep it w ill be far less than 0151In th is paper the counting fo r m ula is p rovided fo r so lving the p roblem of large de 2fo r m ati on 1

Keywords 　po isson’srati o , p lastic defo r m ati on , large defo r m ati on

范文四：材料的塑性变形

好风光好风光恢复供货才

第六章 材料的塑性变形

重点与难点

内容提要:

材料体系的平衡相图与非平衡状态下的动力学规律是材料学家分析材料时手中最主要的两个工具。扩散是影响材料非平衡过程最重要的动力学因素之一。对固体中扩散的认识主要基于两方面的知识:

扩散的宏观规律;

扩散的微观机理。

由浓度差引起的扩散可以用菲克定律描述。菲克定律的基础是扩散速率与浓度梯度成正比且扩散与浓度梯度反向这一基本规律(菲克第一定律);在引入质量守恒定律后，菲克第一定律被推广应用于非稳态过程(菲克第二定律)。扩散物质的扩散系数D是描述其扩散能力的重要参数。在发生互扩散的扩散偶中，由于柯肯道尔效应，菲克定律中应采用互扩散系数。

热力学理论分析证明，扩散的真正驱动力是扩散物质的热力学梯度，即扩散的真正驱动力是扩散物质热力学势的梯度，即扩散的方向和速率取决于扩散物质体系中热力学势梯度而不是浓度梯度。热力学势梯度可以由浓度、温度化学位、应力应变、电位等物理量在空间上的差异造成。浓度梯度引起的扩散只是一个最为常见的特例。

扩散是扩散物质质点(原子、离子、分子等)由于热运动引起的迁移造成的。扩散物质质点每一次迁移的方向是随机的。扩散流是无数扩散物质质点迁移的统计结果，因此扩散具有热激活性质。间隙扩散与空位扩散是晶体中最主要的两种扩散机制，前者的扩散系数及扩散激活能都要明显低于后者。本章以晶体中的原子扩散为主线，根据原子热运动迁移模型，给出了扩散系数的计算公式，从而把扩散的宏观变化规律与扩散的微观机理联系起来。

以上两方面的知识是在后面几节分析复杂扩散问题及各种因素影响的基础。 基本要求:

(1)正确理解菲克定律及其物理实质，并能够较好地应用菲克定律解决一些较简单的扩散问题(2)熟悉掌握扩散的原子模型，能够根据这一模型分析扩散问题及各种因素对扩散的影响。 (3)了解并掌握以下概念与术语:

扩散、自扩散、互扩散、间隙扩散、空位扩散、上坡扩散、反应扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、互扩散系数、扩散激活能、扩散通量、原子的热运动、原子迁移率、本征扩散、非本征扩散、晶界扩散、表面扩散、柯肯道尔效应。

本章主要讨论材料的形变行为和微观机制。

6(1弹性变形

6(1(1普弹性

晶体发生弹性变形时，应力与应变成线性关系，去掉外力后，应变完全消失，晶体恢复到末变形状态。弹性变形阶段应力与应变服从虎克定律。

弹性模量是重要的物理和力学参量，表示使原子离开平衡位置的难易程度，只取决:晶体原子结合的本性，不依晶粒大小以及组织变化而变(是—种组织不敏感的性质。 6(1(2滞弹性

在弹性范围内加载或去载，发现应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种驰豫过程来完成的，即随时间的延长，逐步趋于平衡值的，在应力作用下逐渐产生的弹性应变叫滞弹性应变。

应力—应变曲线就成—回线，回线所包围的面积是应力循环一周所消耗的能量，称为内耗。

6(2单晶体的塑性变形

工程上应用的金属材料通常是多晶体。

金属的塑性变形主要通过滑移方式进行，此外还有孪生与扭折。高温变形时，还会以扩散蠕变与晶界滑动方式进行。

6(2(1滑移

1(滑移现象

滑移带，若用电子显微镜观察，发现每条滑移带均由许多聚集在一起的相互平行的滑移线所组成。滑移线实际上是晶体表面产生的一个个滑移台阶造成的。

在晶体缺陷—章已指出，室温下晶体塑变的主要方式是滑移(滑移是靠位错的运动实现的位错沿滑移面滑移(当移动到晶体表面时，便产生了大小等于柏氏矢量的滑移台阶，如果该沿移面上有大量位错运动到晶体表面，宏观上，晶体的—部分相对另一部份沿滑移面发生了相对位移，这便是滑移，滑移矢量与与柏氏矢量平行。

2(滑移系

滑移时，滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向方向是原子的最密排方向，一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。

面心立方金属的滑移面为,111,，共有四组，包含三个滑移方向，因此共有12个滑移系。

密排六方金属滑移面为(0001)，滑移方向为<1120>,每组滑移面包含2个滑移方向，故也有12个滑移系。

密排六方金属滑移系少，滑移过程中，可能采取空间位向少，故塑性差。

体心立方金属得移系较多故比密排六方结构金属塑性好。但其滑移面原子密排程度不如面心立方，滑移方向的数目也少于面心立方，故体心立方金属不如面心立方金属塑性好 3(滑移的临界分切应力

4(滑移时的晶体转动

晶体发生塑性变形时，往往伴随取向的改变，当晶体在拉应力作用下产生滑移时(若夹头不受限制，欲使滑移面的滑移方向保持不变，拉力轴取向必须不断变化。实际上夹头固定不动，即拉力轴方向不变，此时晶体必须不断发生转动。转动结果，使滑移面法线与外力轴夹角增大(使外力与滑移方向夹角变小。

5(多滑移与交滑移

(1)多滑移

对于有多组滑移系的晶体(当其与外力轴取向不同时，处于软位向的一组滑移系首先开动(这便是单滑移。若两组或几组滑移系处在同等有利的位向，在滑移时，各滑移系同时开动，或由于滑移过程中晶体的转动使两个或多个滑移系交替滑移叫多滑移。

(2)交滑移

交滑移是指两个或多个滑移面沿同一个滑移方向滑移。

面心立方晶体中，扩展位错由两个肖克莱不全位错和它们所夹的层错带构成。展位错只能沿层错面移动。如果增大应力可使扩展位钱集，即使两个肖克莱不全位错结合成一个螺型全位错便可交滑移至另一滑移面，然后在该滑移面扩展开。热激活可促进交滑移，故升高温度有利于交滑移进行。交滑移过程还与扩展位错的宽度有关。

6(单晶体的应力—应变曲线

单晶体的塑变过程可以用单晶体的应力—应变曲线清晰表示出来。

图6—16给出面心立方单晶的几种取向的应力?应变曲线。

6(2(2孪生

孪生是冷塑性变形的另一种重要形式，常作为滑移不易进行时的补充。一些密排六方的金属如Cd, Zn，Mg等常发生孪生变形。体心立方及面心立方结构的金属在形变温度很低(形变速率极快时，也会通过孪生方式进行塑变。孪生是发生在晶体内部的均匀切变过程，总是沿晶体的一定晶面(孪晶面)，沿一定方向(孪生方向)发生，变形后晶体的变形部分与未变形部分以孪晶面为分界面构成了镜面对称的位向关系(金相显微镜下一般呈带状，有时为透镜状。 1(孪生的晶体学

2(孪生变形特点

孪生与滑移有如下差别:(1)孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行。(2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分位向均未改变(3)与滑移系类似，孪生要素也与晶体结构有关，但同一结构的孪晶面、孪生方向与滑移面，滑移方向可以不同。

孪生对塑变的直接贡献比滑移小很多。

6(2(3晶体的扭折

沿六方金属C轴压缩时，当外力超过某一临界值时晶体会产生局部弯曲，这种形式的变形叫扭折，扭沂是晶体弯曲变形或滑移在某些部位受阻，位错在那里堆积而成的。压缩时产生的理想对称扭折带是由好几个楔形区域组成。

6(3多晶体的塑性变形

实际使用的绝大多数金属材料都是多晶体。多晶体塑变与单晶体塑变即有相同之处，又有不同之处。相同之处是变形方式也以滑移，孪生为基本方式。不同之处是变形受到晶界阻碍与位向不同的晶粒的影响使变形更为复杂。

6(3(1多晶体塑性变形过程

多晶体由位向不同的许多小晶粒组成，在外加应力作用下，只有处在有利位向的晶粒中的那些取向因子最大的滑移系才能首先开动。周围位向不利的晶粒的各滑移系上的分切应力尚未达到临界值，所以还没发生塑变，处在弹性变形状态。当有晶粒塑变时，就意味着其滑移面上的位错源将不断产生位错，大量位错将沿滑移面源源不断运动，但由于四周晶粒位向不同，滑移系的位向也不同，运动着的位错不能越过晶界(

6(3(2晶粒大小对塑性变形的影响

由以上分析可知，晶粒越细，单仿体积所包含的晶界越多(其强化效果越好。这种用细化晶粒提高金属强度的方法叫细晶强化。

6(3(3多晶体应力—应变曲线

多晶体应力—应变曲线如图6—25，它不具有典型单晶体的第1阶段——易滑移阶段。这是因为晶粒方位不同(各晶粒变形需互相协调，至少有5个独立滑移系开动，一开始便是多滑移，

故无易滑移阶段。此外由于晶界的强化作用和多滑移过程中位错的相互干扰，使多晶体应力—应变曲线斜率即加工硬化率明显高于单晶。

6(4塑性变形对金属组织与性能的影响

6(4(2形变织构

金属冷塑性变形时，晶体要发生转动，使金属晶体中原为任意取向的各晶粒逐渐调整到取向彼此趋于一致，这就形成了晶体的择优取向，我们称它为形交织构。

6(4(3残余应力

宏观残余应力又称第一类内应力，是物体各部分不均匀变形所引起，在整个物体范围内处于平衡。

微观内应力也叫第二类内应力，由晶粒或亚晶变形不均匀引起(在晶粒或亚范围内互相平衡。

点阵畸变也叫第三类内应力，约占储存能的90,。由形变金属内部产生的大量位错等晶体缺陷引起，其作用范围仅为几十至几百个nm。

6(5金属及合金强化的位错解释

6(5(Cottrell气团

晶体中溶质原子的溶入，引起了点阵畸为，形成了应力场。若晶体中同时存在位错，则位错的应力场与溶质原子倾向于聚集到位错周围;形成比较稳定的分布。通常把溶质原子在位错周围的聚集叫柯氏气团。

6(5(2位错交割和带割阶位错的运动

6(5(3固定位错

有些位错本身不能沿滑移面滑动，称为固定位错。

6(5(4滑动位错与第二相质点的交互作用

范文五：金属材料的塑性

塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。

金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 字串2

编辑本段

金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

1.布氏硬度（HB）

以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

2.洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

3 维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。

实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。 编辑本段

金属材料性能

金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。 编辑本段

机械性能 （一）应力的概念,物体内部单位截面积上承受的力称为应力。由外力作用引起的应力称为工作应力，在无外力作用条件下平衡于物体内部的应力称为内应力（例如组织应力、热应力、加工过程结束后留存下来的残余应力…等等）。

（二）机械性能,金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，因此衡量金属材料机械性能的指标主要有以下几项：

1.强度

这是表征材料在外力作用下抵抗变形和破坏的最大能力，可分为抗拉强度极限（σb）、抗弯强度极限（σbb）、抗压强度极限（σbc）等。由于金属材料在外力作用下从变形到破坏有一定的规律可循，因而通常采用拉伸试验进行测定，即把金属材料制成一定规格的试样，在拉伸试验机上进行拉伸，直至试样断裂，测定的强度指标主要有：

（1）强度极限：材料在外力作用下能抵抗断裂的最大应力，一般指拉力作用下的抗拉强度极限，以σb表示，如拉伸试验曲线图中最高点b对应的强度极限，常用单位为兆帕（MPa），换算关系有：

1MPa=1N/m2=(9.8)-1Kgf/mm2或1Kgf/mm2=9.8MPaσb=Pb/Fo式中：Pb?C至材料断裂时的最大应力（或者说是试样能承受的最大载荷）；Fo?C拉伸试样原来的横截面积。

（2）屈服强度极限：金属材料试样承受的外力超过材料的弹性极限时，虽然应力不再增加，但是试样仍发生明显的塑性变形，这种现象称为屈服，即材料承受外力到一定程度时，其变形不再与外力成正比而产生明显的塑性变形。产生屈服时的应力称为屈服强度极限，用σs表示，相应于拉伸试验曲线图中的S点称为屈服点。对于塑性高的材料，在拉伸曲线上会出现明显的屈服点，而对于低塑性材料则没有明显的屈服点，从而难以根据屈服点的外力求出屈服极限。因此，在拉伸试验方法中，通常规定试样上的标距长度产生0.2%塑性变形时的应力作为条件屈服极限，用σ0.2表示。屈服极限指标可用于要求零件在工作中不产生明显塑性变形的设计依据。但是对于一些重要零件还考虑要求屈强比（即σs/σb）要小，以提高其安全可靠性，不过此时材料的利用率也较低了。

（3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应于拉伸试验曲线图中的e点，以σe表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo式中Pe为保持弹性时的最大外力（或者说材料最大弹性变形时的载荷）。

（4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα式中α为拉伸试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。弹性模数是反映金属材料刚性的指标（金属材料受力时抵抗弹性变形的能力称为刚性）。

2.塑性,

金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的最大能力称为塑性，通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率δ（%）和试样断面收缩率ψ（%）延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%，这是拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差（增长量）与L0之比。在实际试验时，同一材料但是不同规格（直径、截面形状-例如方形、圆形、矩形以及标距长度）的拉伸试样测得的延伸率会有不同，因此一般需要特别加注，例如最常用的圆截面试样，其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延伸率表示为δ5，而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表示为δ10。断面收缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%，这是拉伸试验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处最小截面积F1之差（断面缩减量）与F0之比。实用中对于最常用的圆截面试样通常可通过直径测量进行计算：ψ=[1-(D1/D0)2]x100%，式中：D0-试样原直径；D1-试样拉断后断口细颈处最小直径。δ与ψ值越大，表明材料的塑性越好。3.硬度,金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力称为硬度，或者说是材料对局部塑性变形的抵抗能力。因此，硬度与强度有着一定的关系。根据硬度的测定方法，主要可以分为：

（1）布氏硬度（代号HB）,用一定直径D的淬硬钢球在规定负荷P的作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下表面积为F的压痕，以试件的单位表面积上能承受负荷的大小表示该试件的硬度：HB=P/F。在实际应用中，通常直接测量压坑的直径，并根据负荷P和钢球直径D从布氏硬度数值表上查出布氏硬度值（显然，压坑直径越大，硬度越低，表示的布氏硬度值越小）。布氏硬度与材料的抗拉强度之间存在一定关系：σb≈KHB，K为系数，例如对于低碳钢有K≈0.36，对于高碳钢有K≈0.34，对于调质合金钢有K≈0.325，…等等。

（2）洛氏硬度（HR）用有一定顶角（例如120°）的金刚石圆锥体压头或一定直径D的淬硬钢球，在一定负荷P作用下压入试件表面，保持一段时间后卸去载荷，在试件表面将会留下某个深度的压痕。由洛氏硬度机自动测量压坑深度并以硬度值读数显示（显然，压坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越小）。根据压头与负荷的不同，洛氏硬度还分为HRA、HRB、HRC三种，其中以HRC为最常用。洛氏硬度HRC与布氏硬度HB之间有如下换算关系：HRC≈0.1HB。除了最常用的洛氏硬度HRC与布氏硬度HB之外，还有维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）、显微硬度以及里氏硬度（HL）。这里特别要说明一下关于里氏硬度，这是目前最新颖的硬度表征方法，利用里氏硬度计进行测量，其检测原理是：里氏硬度计的冲击装置将冲头从固定位置释放，冲头快速冲击在试件表面上，通过线圈的电磁感应测量冲头距离试件表面1毫米处的冲击速度与反弹速度（感应为冲击电压和反弹电压），里氏硬度值即以冲头反弹速度和冲击速度之比来表示：

HL=(Vr/Vi)?1000式中：HL-里氏硬度值；Vr-冲头反弹速度；Vi-冲头冲击速度（注：实际应用装置中是以冲击装置中的闭合线圈感应的冲击电压和反弹电压代表冲击速度和反弹速度）。冲击装置的构造主要有内置弹簧（加载套管，不同型号的冲击装置有不同的冲击能量）、导管、释放按钮、内置线圈与骨架、支撑环以及冲头，冲头主要采用金刚石、碳化钨两种极高硬度的球形（不同型号的冲击装置其冲头直径有不同）。优点：里氏硬度计的主机接收到冲击装置获得的信号进行处理、计算，然后在屏幕上直接显示出里氏硬度值，便携式里氏硬度计用里氏（HL）测量后可以转化为：布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）测量硬度值,同时可折算出材料的抗拉强度σb，还可以将测量结果储存、直接打印输出或传送给计算机作进一步的数据处理。

3.应用范围：

里氏硬度计是一种便携袖珍装置，可应用于各种金属材料、工件的表面硬度测量，特别是大型锻铸件的测量，其最大的特点是可以任意方向检测，免去了普通硬度计对工件大小、测量位置等的限制。

4.韧性

金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为韧性。通常采用冲击试验，即用一定尺寸和形状的金属试样在规定类型的冲击试验机上承受冲击载荷而折断时，断口上单位横截面积上所消耗的冲击功表征材料的韧性：αk=Ak/F单位J/cm2或Kg?m/cm2，1Kg?m/cm2=9.8J/cm2αk称作金属材料的冲击韧性，Ak为冲击功，F为断口的原始截面积。5.疲劳强度极限金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应力一般均小于屈服极限强度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于σs甚至大于σb的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于σb而产生断裂。在实际应用中，一般把试样在重复或交变应力（拉应力、压应力、弯曲或扭转应力等）作用下，在规定的周期数内（一般对钢取106~107次，对有色金属取108次）不发生断裂所能承受的最大应力作为疲劳强度极限，用σ-1表示，单位MPa。除了上述五种最常用的力学性能指标外，对一些要求特别严格的材料，例如航空航天以及核工业、电厂等使用的金属材料，还会要求下述一些力学性能指标：蠕变极限：在一定温度和恒定拉伸载荷下，材料随时间缓慢产生塑性变形的现象称为蠕变。通常采用高温拉伸蠕变试验，即在恒定温度和恒定拉伸载荷下，试样在规定时间内的蠕变伸长率（总伸长或残余伸长）或者在蠕变伸长速度相对恒定的阶段，蠕变速度不超过某规定值时的最大应力，作为蠕变极限，以表示，单位MPa，式中τ为试验持续时间，t为温度，δ为伸长率，σ为应力；或者以表示，V为蠕变速度。高温拉伸持久强度极限：试样在恒定温度和恒定拉伸载荷作用下，达到规定的持续时间而不断裂的最大应力，以表示，单位MPa，式中τ为持续时间，t为温度，σ为应力。金属缺口敏感性系数：以Kτ表示在持续时间相同（高温拉伸持久试验）时,有缺口的试样与无缺口的光滑试样的应力之比：式中τ为试验持续时间，为缺口试样的应力，为光滑试样的应力。或者用：表示，即在相同的应力σ作用下，缺口试样持续时间与光滑试样持续时间之比。抗热性：在高温下材料对机械载荷的抗力。

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