材料单向静拉伸载荷下的力学性能

应力-应变曲线

弹性变形 – 塑性变形（屈服阶段）- 颈缩 – 断裂

不同材料、在不同条件下的stress-strain曲线，所经历的阶段可能不同.
以金属的变形过程为例.

塑性指标

伸长率$\delta$

$$\delta=\frac{L_1-L_0}{L}\times 100\%$$

其中$L_1$为断裂时的长度，$L_0$为原长.

• 脆性材料：$\delta<5\%$

• 塑性材料：$\delta\geq5\%$

断面收缩率$\psi$

$$\psi=\frac{A_0-A_1}{A_0}\times 100\%$$

其中$A_1$为颈缩后的断面面积，$A_0$为颈缩前的断面原面积.

• Q235钢的塑性指标：$\delta=20\%\sim 30\%,\psi\approx60\%\sim70\%$

冷作硬化

强化阶段的卸载再加载规律.

塑性变形 Plastic Deformation

塑性变形的分类

塑性变形的两种主要方法：

• 滑移：位错沿着某一个滑移面进行的变形
• 孪生：在滑移方式难以进行（如低温条件）时进行

滑移和孪生可以同时在一个塑性变形过程中进行.

塑性变形的特点

• 各晶粒变形的不同时性和不均匀性：各晶粒的变形有先有后
• 各晶粒变形时的相互协调性

• 各晶粒变形的不同时性

各晶粒的取向不同，则各晶粒内滑移系取向也不同.

滑移系，一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系。

每个滑移系表示晶体进行滑移时可能采取的一个空间方向。在其它条件相同时, 滑移系越多, 滑移过程可能采取的空间取向越多, 塑性越好。

因此，在外加拉伸力时，各滑移系所受分切应力的相差很大；对于取向因子大的滑移面，其所受的分切应力将最先达到临界切分应力，从而使滑移系运动，产生塑性变形.

• 各晶粒变形的相互协调性

面心立方和体心立方金属的滑移系多，各个晶粒的变形协调得好，因此其多晶体金属表现出良好的塑性；

密排六方金属的滑移系少，很难使晶粒的变形彼此协调，所以其塑性差，冷塑性加工较困难.

屈服现象和屈服点

• 比例极限 $\sigma_p$：$[0,\sigma_p]$阶段，应力-应变图像为直线
• 弹性极限 $\sigma_e$：在应力-应变曲线中，$[\sigma_p,\sigma_e]$阶段，形变仍能自然恢复；超过该点后，若将应力卸载，则有一部分应变不能消除
• 屈服强度 $\sigma_s$：应力好过弹性极限后继续对塑性材料加载，会出现一张现象，即在应力增加很少或不增加时，应变增加得很快，这种现象叫作屈服，开始发生屈服的点所对应的应力叫作屈服极限

tips：几个“极限”都是某个【应力】的值

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遗留问题

• 晶体滑移时的分应力分析
• 比例极限和屈服极限？
• 伸长率和应变strain有什么关系？

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Refrence

工程材料力学性能 – 西南交通大学

https://www.bilibili.com/video/BV1PJ41167YL?spm_id_from=333.788.videopod.episodes&vd_source=871fe5071dc7f3c7d940f39b5d33b2d8&p=2

【材料课堂】多晶体的塑性变形与细晶强化

https://www.163.com/dy/article/IC1LAOO905118KMO.html