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材料的塑性变形及其性能指标

日期:2021-03-09浏览:338次

实际材料(多晶体)塑性变形的特点是起始塑性变形的非同时性。由ji数量的同相晶粒(单相合金)或不同相晶粒(多相合金)组成的实际材料(多晶体),由于各晶粒的空间取向不同,不同相的晶粒各自性质不同(这里所说的性质是指弹性变形能力和抗力,塑性变形能力和抗力)。

  因此。在外负荷作用下,它们由弹性变形向塑性变形的过渡不可能同时开始,而是在那些滑移面对外界作用力来说具有适宜取向的晶粒中先开始,在那些本质比较弱的晶粒中先开始,在那些存在应力集中(因为某些外在或内在原因引起)的晶粒中先开始。材料的组织愈不均匀,这种起始塑性变形非同时性的情况就愈严重。由此可见。任何实际材料在外负荷作用下初的塑性变形都带有局部性质。材料塑性变形的这一特点使我们无法测得真正的大弹性变形抗力指标(弹性极限),和真正的起始塑性变形的抗力指标(屈服强度),因而不得不采取条件规定的办法;同时也带来与弹性完整性有区别的一些现象,如弹性后效,弹性滞后环等。

  实际材料(多晶体)塑性变形的第二个特点是塑性变形量的不均一性。这种不均一性不仅表现在基体材料的各个晶粒之间,基体材料晶粒与第二相晶粒之间,即使在一个晶粒的内部也是如此。显然,这是由于不同基体相晶粒空间取向不同。第二相晶粒性质不同,以及第二相的形态、分布等原因引起的。其后果是各晶粒间塑性变形程度(即变形量)不一致,当从外观上看整个宏观塑性还不大,即大部分晶粒统计变形量还不大的时候,个别晶粒的塑性变形量可能已达到其极限值,因而在这些地带将出现裂纹,导致早期的韧性断裂。材料组织愈不均匀,塑性变形量不均一性就愈严重,断裂前宏观塑性值就小,同时断裂抗力也不大。掌握这一特点,对我们正确认识(评定)和能动地改造实际材料的塑性变形能力与韧性一断裂抗力有很重要的实际意义。

  实际材料(多晶体)塑性变形的第三个特点是塑性变形的时间性。我们已知,材料弹性变形以声速进行,因此变形速度对材料弹性性质无影响。但塑性变形是需要时间的,结果会使材料的弹性极限、屈服强度跟着变形速度的增加而升高。正因为材料塑性变形的时间性问题,所以在高温静载荷下工作的零件要用应力、应变和时间三个参数才能表征它的失效行为。例如应力不变时,塑性变形随时间的增长而增加,即出现蠕变现象;形变一定时,应力随时间的增长而下降即出现松驰现象。材料塑性变形时间性的特点使我们注意到在测定塑性变形阶段的材料力学性能指标时,应特别注意加载速度这一外在因素的影响。这点在测定屈服强度时尤为重要。

  实际材料(多晶体)塑性变形的第四个特点是变形过程中伴随着材料力学性能和其它物理、化学性能的改变。常洁下实际材料*突出的表现即应变硬化现象。同一材料不同变形程度导致不同的应变硬化程度,可得出不同的弹性极限、屈服强度和脆性断裂抗力,这就是冷加工改变材料力学性能的基础。物理、化学性能方面的变化主要表现在随着变形的增加,材料密度降低,电阻增加,矫顽磁力和磁滞回线增大,化学活性增大等。所有这些现象都和材料塑性变形过程中材料内部组织结构的变化(其中主要的是亚结构的形成)及相应的内应力的形成有关。塑性变形时外力所作的功除了转化为热能之外,还有一小部分(不超过总功10%,与变形量、变形方式、温度以及材料本身性质等因素有关)被保留于材料内部,称为贮存能,这部分能量在变形材料中表现为残余内应力的弹性应变能和点阵缺陷的点阵畸变能。

  其中残余内应力的弹性应变能只占总贮存能的5%~10%,绝大部分是属于点阵畸变能。这部分能量主要又是由于生成大量位错而引起的能量升高,估计要占总贮存能的80%~90%。通常把宏观范围的残余内应力称为第yi类内应力。这种内应力若给予以恰当利用,如通过喷丸或滚压在工件表面造成残余压应力,就可大大提高工件的疲劳极限。通常把相当于晶粒尺度范围的微观残余应力称为第二类内应力。晶粒之间和晶粒内部变形愈不均匀,这种内应力就愈大,甚至可能引起显做裂纹的萌生和扩展。点阵畸变有时也被称为第三类内应力。因为它占总贮存能的绝大部分,提高了变形晶类的能量,使之处于热力学不稳定状态,因此有着向稳定状态转化的自发趋势,这就是变形材料回复和再结晶的驱动力。

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