塑形和屈服準則

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1、第十二章塑性與屈服準則第一節(jié)塑性一塑性的基本概念及塑性指標一塑性的基本概念塑性(Plasticity)—指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不被破壞其完整性的能力。影響材料塑性的因素：1內(nèi)在因素晶格缺陷、化學(xué)成分、組織狀態(tài)等；2變形的外部條件變形溫度、變形速率、變形的力學(xué)狀態(tài)等。二塑性指標塑性指標—以材料開始破壞時的塑性變形量來表示，它可以借助各種試驗方法來測定。常用的試驗方法有拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗等。為了衡量金屬塑性的高低，需要有一種可以量化的指標，稱為塑性指標。1拉伸試驗衡量指標，斷后伸長率δ(%)和斷面收縮率Ψ(%)，即；式中，

2、L0、Lk為試樣的原始標準間距和試樣斷裂后標距間長度；A0、Ak為試樣的原始端斷面積和試樣斷裂處的斷面積。一塑性指標2壓縮試驗將圓柱體試樣在壓力機或落錘上進行鐓粗，試樣的高度一般是直徑D0的1.5倍，用試樣側(cè)表面出現(xiàn)的第一條裂紋時的壓縮程度εc作為塑性指標，即。式中Hk為試樣側(cè)表面出現(xiàn)第一條裂紋時的高度。3扭轉(zhuǎn)試驗在專門的扭轉(zhuǎn)試驗機上進行，材料的塑性指標用試樣破斷前的扭轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)圈數(shù)表示。事實上，這兩個指標只能表示在單向拉伸條件下的塑性變形的能力。這兩個指標越高，說明材料的塑性越好。試樣拉伸時，在縮頸開始前，材料承受單向拉應(yīng)力，縮頸出

3、現(xiàn)以后，縮頸處處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)。上述兩個指標反映的是材料在單向拉應(yīng)力狀態(tài)下的均勻變形階段和三向拉應(yīng)力狀態(tài)下的縮頸階段的塑性總和。由于伸長率的大小與試樣原始標距長度有關(guān)，而斷面縮減率的大小與試樣原始標距無關(guān)，因此，在塑性材料中，用Ψ(%)作為塑性指標更為合理。一塑性指標如果以不同變形速度、不同溫度時得到的各種塑性指標（δ、ψ、ε、ak、σb等）為縱坐標、以溫度為橫坐標繪制成曲線圖，稱為塑性圖。圖1所示為碳鋼的塑性圖。一張完整的塑性圖，應(yīng)給出壓縮時的變形程度ε、拉伸時的強度極限σb、延伸率δ、斷面縮減率ψ、扭轉(zhuǎn)時扭轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)數(shù)，以及沖擊韌

4、性ak等力學(xué)性能指標與溫度的關(guān)系，它是擬定金屬塑性加工工藝規(guī)范，如選擇變形溫度、變形速度、變形程度等的重要依據(jù)。使用塑性圖時，應(yīng)注意圖中塑性指標對應(yīng)的變形條件，使實驗條件盡量與塑性加工時的變形條件相近。金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生抵抗變形的能力，稱為變形抗力，一般用接觸面上平均單位面積變形力表示。如壓縮時，變形抗力為作用于工具表面的單位面積壓力，亦稱單位流動壓力，通常用P表示。圖1碳鋼塑性圖一塑性指標圖245號鋼錠不同鍛比對力學(xué)性能的影響塑性反映的是金屬對塑性變形的適應(yīng)能力，塑性的好壞表示金屬可以承擔塑性變形量的大小。變形抗力反映的則是

5、材料抵抗變形的能力，也就是反映材料變形的難易程度。變形抗力的大小，決定于材料的真實應(yīng)力，同時也取決于塑性加工時的應(yīng)力狀態(tài)、接觸摩擦狀態(tài)和變形體的尺寸因素等。通常是在單向拉伸（或壓縮）狀態(tài)下和在一定的變形條件下（變形溫度、變形速度、變形程度等）測出材料的真實應(yīng)力（流動應(yīng)力），作為反映材料的變形抗力的指標。實際的變形抗力與真實流動應(yīng)力是有區(qū)別的，因為它與加工方法、加工條件密切相關(guān)。一塑性指標對金屬塑性的影響因素是多方面的，主要有化學(xué)成分和合金元素成分、組織狀態(tài)、變形溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)等。塑性的大小與金屬所受壓應(yīng)力數(shù)目的多少有關(guān)。在主

6、應(yīng)力圖中，壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性越高；反之，拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性就越差。擠壓時為三向壓應(yīng)力狀態(tài)、拉拔時為一向受拉二向受壓應(yīng)力狀態(tài)，因此，擠壓變形比拉拔變形的塑性要好。在塑性加工中，人們可以通過改變應(yīng)力狀態(tài)，增大變形時的靜水壓力，來提高金屬的塑性。例如，合金鋼在平砧上拔長時，容易在毛坯心部產(chǎn)生微裂紋，圖3；改用V型砧后，由于工具側(cè)面的壓力作用，減小了毛坯心部的拉應(yīng)力作用，可避免中心裂紋的發(fā)生，如圖4所示。壓應(yīng)力能阻止或減小晶間變形，靜水壓力越大，晶間變形越困難，因而提高了金屬的塑性。相反，拉應(yīng)力會促進晶

7、間變形，加速晶間破壞，因而塑性較差。同時，三向壓應(yīng)力有利于愈合金屬內(nèi)部的缺陷與損傷，而拉應(yīng)力則相反。當變形體內(nèi)原先存在對塑性不利的雜質(zhì)、液態(tài)相或組織缺陷時，三向壓應(yīng)力能抑制其發(fā)展。一塑性指標圖3平砧拔長時圓斷面坯料受力和中心裂紋的發(fā)生圖4型砧拔長圓斷面毛坯歸納起來，為使金屬處于良好的塑性流動狀態(tài)，要從提高材料成分和組織的均勻性、合理選擇變形溫度和應(yīng)變速率、選擇三向壓縮性較強的變形方式和減小變形的不均勻性等方面加以考慮。第二節(jié)屈服準則第一節(jié)材料真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線及材料模型一、拉伸圖和條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線室溫下在萬能材料拉伸機上準靜態(tài)拉伸(

8、<2×10?3/S)標準試樣，記錄下來的拉伸力P與試樣標距的絕對伸長Δl之間的關(guān)系曲線稱為拉伸圖。若試樣的初始橫截面面積為A0，標距長為l0，則條件應(yīng)力σ0(名義應(yīng)力)和相對伸長ε(條件應(yīng)變)為如果用σ0和ε替代P和Δl