第六章 塑性变型
第1讲 金属的强度与塑性
1．教学目的
①了解金属在单向静拉伸载荷下的力学行为规律；
②掌握弹性、强度和塑性等指标的含义；
③理解强度和塑性等指标的测试方法；
④了解屈服强度、抗拉强度、断面收缩率和断后伸长率的工程应用。
2．重点和难点
重点：
①区分工程应力-应变曲线和真应力-真应变曲线；
②σs或σ0.2、σb等强度指标；
③δ、Ψ等塑性指标。
难点：
①金属材料强度及塑性指标的概念、意义和测试方法。
3．教学时间
2学时
4．课前准备
①编写教案；
②准备GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》标准；低碳钢、铸铁光滑标准试样和低碳钢已发生弹塑性变形试样及拉断后试样；不同材料拉伸试验 PPT视频资料等，以便在课堂上给学生们有一个真实、直观、立体的感性认识；
③制作PPT电子教案。
《材料科学基础》 1
【引入新课及讲授新课】
金属的变型和强化是所有材料科学界最核心的一个问题。以前，材料一般是用来做一些机械，结构方面的东西，其最重要的用途是用来承担载荷。承担载荷就要求其强度，同时也要求其韧性。那么什么条件下其强度好，什么条件下其韧性好呢？要解决这样的问题，首先必须要了解为什么会发生变型，变形的种类分为几种，它的这个微观过程到底是怎样的一个状况，这就是我们最终要研究材料的一个核心问题。在这个过程中，我们只有知道了变形的过程，才能够有针对性的去设置一些方法和手段去阻碍这个变形，或者是阻碍裂纹的扩展或者阻碍裂纹的产生。在这个过程中，我们常常可以采用凝固的方法，利用合金化的方法等。
一、试样
1.试样准备
试验时首先要把待测试的材料加工成试件，试件的形状、加工精度和试验条件等都有具体的国家标准或部颁标准规定。例如，国家标准 GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》中规定拉伸试件截面可采用圆形和矩形两种。（如下图1,2所示）
2．万能试验机（图3） 3．试验装置（图4）
图3 图4
二、金属的应力—应变曲线
1.名词解释
(1)弹性变形：卸载后可以恢复的变形。
塑性变形：卸载后不可以恢复的变形。
(2)
(3)应应σ=PF0力： ε=l-l0
l0变：
2 《材料科学基础》
2.低碳钢为例研究应力应变曲线（如下图5）
图5
3.衡量材料塑性的指标
(1)强度指标
弹性极限 σe
屈服极限 σs
条件屈服极限 σ0.2 （如右图6所示）
极限强度 σb
(2)塑性指标 图6
试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保
留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个:
A
-A1L1-Lψ=⨯100% 伸长率δ=⨯100%断面收缩率 : AL
其中： δ、ψ 值越大，其塑性越好。一般把δ≥5％的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把δ
三、拉伸过程与拉伸曲线示意
思考：如下图D最高点，随着我们加载力增大，为什么应力下降？
《材料科学基础》 3 0
四、胡克定律
σ=
E∙ε
E既可以是我们知道的杨氏模量还可以是我们知道的剪切模量(G)。这两个模量统称为弹性模量。（注：E、G反映了原子之间结合力的大小。）
五、真应力—真应变曲线（图7）
图7
两曲线的区别是：试样产生颈缩后，尽管外加载荷已下降，但真应力仍在升高，一直到试样断裂。工程应力—应变曲线中“颈缩”现象掩盖了 “加工硬化”。
1.真应变
Fde=dllle=⎰de=⎰l0dll=ln=ln(l+ε)ll0PP
PF0Pl2.真应力S=S====σ(ε+1)FF0FF0l0
3.流变曲线
一般把均匀塑性变形阶段真应力—真应变曲线称
为流变曲线（如右图8所示），它们之间的关系为：
S=ken
其中： K-常数 图8
n-形变强化指数。它表征金属在均匀变形阶段的形变强化能力。n值越大，变形时的强化效果越显著。hcp金属的n值较小，fcc金属的n值较大。
【课堂小结】
1.掌握工程应力-应变曲线。
2.掌握真应力-应变曲线。
3.名词解释。
【作业布置】
课后习题。
《材料科学基础》 4
第六章 塑性变型
第1讲 金属的强度与塑性
1．教学目的
①了解金属在单向静拉伸载荷下的力学行为规律；
②掌握弹性、强度和塑性等指标的含义；
③理解强度和塑性等指标的测试方法；
④了解屈服强度、抗拉强度、断面收缩率和断后伸长率的工程应用。
2．重点和难点
重点：
①区分工程应力-应变曲线和真应力-真应变曲线；
②σs或σ0.2、σb等强度指标；
③δ、Ψ等塑性指标。
难点：
①金属材料强度及塑性指标的概念、意义和测试方法。
3．教学时间
2学时
4．课前准备
①编写教案；
②准备GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》标准；低碳钢、铸铁光滑标准试样和低碳钢已发生弹塑性变形试样及拉断后试样；不同材料拉伸试验 PPT视频资料等，以便在课堂上给学生们有一个真实、直观、立体的感性认识；
③制作PPT电子教案。
《材料科学基础》 1
【引入新课及讲授新课】
金属的变型和强化是所有材料科学界最核心的一个问题。以前，材料一般是用来做一些机械，结构方面的东西，其最重要的用途是用来承担载荷。承担载荷就要求其强度，同时也要求其韧性。那么什么条件下其强度好，什么条件下其韧性好呢？要解决这样的问题，首先必须要了解为什么会发生变型，变形的种类分为几种，它的这个微观过程到底是怎样的一个状况，这就是我们最终要研究材料的一个核心问题。在这个过程中，我们只有知道了变形的过程，才能够有针对性的去设置一些方法和手段去阻碍这个变形，或者是阻碍裂纹的扩展或者阻碍裂纹的产生。在这个过程中，我们常常可以采用凝固的方法，利用合金化的方法等。
一、试样
1.试样准备
试验时首先要把待测试的材料加工成试件，试件的形状、加工精度和试验条件等都有具体的国家标准或部颁标准规定。例如，国家标准 GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》中规定拉伸试件截面可采用圆形和矩形两种。（如下图1,2所示）
2．万能试验机（图3） 3．试验装置（图4）
图3 图4
二、金属的应力—应变曲线
1.名词解释
(1)弹性变形：卸载后可以恢复的变形。
塑性变形：卸载后不可以恢复的变形。
(2)
(3)应应σ=PF0力： ε=l-l0
l0变：
2 《材料科学基础》
2.低碳钢为例研究应力应变曲线（如下图5）
图5
3.衡量材料塑性的指标
(1)强度指标
弹性极限 σe
屈服极限 σs
条件屈服极限 σ0.2 （如右图6所示）
极限强度 σb
(2)塑性指标 图6
试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保
留下来。工程上用试件拉断后遗留下来的变形表示材料的塑性指标。常用的塑性指标有两个:
A
-A1L1-Lψ=⨯100% 伸长率δ=⨯100%断面收缩率 : AL
其中： δ、ψ 值越大，其塑性越好。一般把δ≥5％的材料称为塑性材料，如钢材、铜、铝等；把δ
三、拉伸过程与拉伸曲线示意
思考：如下图D最高点，随着我们加载力增大，为什么应力下降？
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四、胡克定律
σ=
E∙ε
E既可以是我们知道的杨氏模量还可以是我们知道的剪切模量(G)。这两个模量统称为弹性模量。（注：E、G反映了原子之间结合力的大小。）
五、真应力—真应变曲线（图7）
图7
两曲线的区别是：试样产生颈缩后，尽管外加载荷已下降，但真应力仍在升高，一直到试样断裂。工程应力—应变曲线中“颈缩”现象掩盖了 “加工硬化”。
1.真应变
Fde=dllle=⎰de=⎰l0dll=ln=ln(l+ε)ll0PP
PF0Pl2.真应力S=S====σ(ε+1)FF0FF0l0
3.流变曲线
一般把均匀塑性变形阶段真应力—真应变曲线称
为流变曲线（如右图8所示），它们之间的关系为：
S=ken
其中： K-常数 图8
n-形变强化指数。它表征金属在均匀变形阶段的形变强化能力。n值越大，变形时的强化效果越显著。hcp金属的n值较小，fcc金属的n值较大。
【课堂小结】
1.掌握工程应力-应变曲线。
2.掌握真应力-应变曲线。
3.名词解释。
【作业布置】
课后习题。
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