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如何界定工程实际金属发生了塑性变形?

2021-12-03

残余塑性变形量是重要依据,通常人为地把一定残留塑性变形量时工程金属对应的抗力作为屈服强度,也称为条件屈服强度。即没有明显的塑性屈服点,就没有明显的屈服强度,要想知道实际金属的屈服强度就需要一个判定条件,因此就有了条件屈服强度。


      对于不同的金属构件,其条件屈服强度对应的残余变形量不同。对于一些苛刻的金属构件,其残余变形量规定应较小,而普通金属构件条件屈服时对应的残余变形量则较大。常用的残余变形量为0.01%,0.05%, 0.1%,0.2%,0.5%和1.0%等。

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图1 条件屈服


     金属的屈服是位错运动的结果,因而金属的屈服由位错运动的阻力来决定。对于纯金属,包括点阵阻力、位错交互作用阻力、位错与其它缺陷或结构交互作用阻力。

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图2 实际金属铝中的位错


      在拉伸曲线上的直线段,也即弹性部分对应的面积为弹性能。从弹性变形开始至断裂过程中,样品吸收总能量称为断裂功,金属在断裂前吸收的能量称为断裂韧性。 实际金属在拉伸过程中通常伴随着力学性能的改变,最突出的现象就是加工硬化。金属的加工硬化有利于避免实际工程构件在过载时突然断裂,造成灾难性后果。


      金属塑性变形和形变硬化是保证金属发生均匀塑性变形的先决条件,这就是说在多晶体金属中,哪里发生了塑性变形,哪里就得到了强化,然后塑性变形得到抑制,使变形转移到其它更容易的地方。


     在实际的拉伸曲线上看,大多数金属在室温条件下发生屈服后,在屈服应力作用下,变形不会继续,继续变形必须增加阻力。在真应力-真应变曲线上表现为流变应力不断上升,出现加工硬化现象。这样的曲线称为加工硬化曲线。 加工硬化指数n是一个重要的塑性指标,它代表材料抵抗继续变形的能力。

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图3 金属塑性变形中的加工硬化


     最后,谈一下应变速率。通常测试的金属材料的拉伸曲线都是在较低的应变速率下测试获得的。只有一些特殊金属构件才需要在较高应变速率下测试其力学性能,即发生高速形变的构件。正常室温条件下应变速率拉伸,材料的变形主要以位错的滑移或孪生为主。

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图4 铝合金高速形变曲线


      在拉伸曲线上,即工程应变-工程应变曲线上最大工程应力称为极限拉应力,也就是抗拉强度。


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