金屬的塑性變形與應力-應變測試

2021-02-08 金屬材料科學與技術

對於大多數金屬材料，彈性變形區域相對較小。在某一點上，應變將不再與施加的應力成比例。


在這一點上，與鄰接的初始原子間的鍵合開始破裂並用一組新的原子進行改造。當這種情況發生時，應力被卸除後材料將不再恢復到原來的形式，即變形是永久的和不可恢復的。這時材料進入了被稱為塑性變形的區域。塑性變形示意圖如圖1所示。

圖1  塑性變形示意圖


實際上，很難確定材料從彈性區域移動到塑性區域的確切點。如下圖2所示，繪製了0.002應變的平行線。在該線截斷應力-應變曲線的情況下，將屈服的應力確定為屈服強度。屈服強度等於發生明顯塑性變形的應力。


圖2  應力-應變曲線

 

對於許多材料，應力-應變曲線看起來類似於下圖3所示的曲線。當應力從零增加時，應變線性增加，直到在屈服強度開始偏離線性。


繼續增加應力，曲線達到最大值，在該點處，曲線向下向斷裂點彎曲。最大值對應於抗拉強度，這是曲線的最大應力值，由圖中的M表示。斷裂點是材料最終斷裂的點，由圖中的F表示。


圖3  工程應力-應變曲線


一個典型的應力-應變測試裝置如圖所示，以及測試裝置的圖表和拉伸試樣的典型幾何形狀。在拉伸試驗期間，樣品被緩慢拉動，同時記錄長度和施加的力的變化。使用原始長度和表面積可以產生應力-應變圖，測試裝置如圖4所示。


圖4  應力-應變測試

信息和圖片來源：來自網絡整理（Credit: Callister & Rethwisch 5e.）。

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