拉伸试验和加工硬化 理论求助

学工

1、在拉伸试验中，当应力超过屈服强度则发生塑性变形，屈服到一定程度 此时要随应力的提高才能发生塑性变形 当超过抗拉强度材料断裂。（在屈服前后对工件施加应力就会有应力存在工件内，为什么还要屈服到一定后还要随应力提高才发生塑性变形呢？难道以前存在工件中的应力不起作用吗？）
2、加工硬化过程 材料受加工硬化硬度 强度提升 塑性韧性下降。 （可在加工硬化过程中的应力存在与材料中，为什么当加工硬化过后 则还需要更大的外力才会使材料发生变形呢，难道不能使用小点的应力和以前的不会叠加吗？）

aaron01

呵呵，其实楼主两个问题是同一个问题，对应力应变曲线理解有偏差。
拉伸曲线本身就是说明的这个问题啊，超过弹性极限后应力决定应变啊，建议楼主再去找下材料力学方面的书仔细看下，还有真应力-真应变曲线的概念听说过吗？不要被拉伸曲线的截面变化所骗掉，屈服阶段和后面的颈缩阶段都可以用拉伸时的截面积变化来解释，在真应力曲线上，没有这两个阶段的。
总之，应力是形变的驱动力，真实应力越大，形变越大。

学工

回复 2# aaron01


    你好，我手头资料就是屈服后 形变 然后断裂。。   难道在形变过程也能释放应力么？？（我现在的问题就是：在屈服过程会产生应力 此时重新拉伸过程使用和以前同样大的应力 应力叠加变形不行么？ 非得应力越大才会变形。）  专家手头可否有资料 麻烦上传一段给我 谢谢了。

aaron01

呵呵，还没找到真应力-真应变曲线吗？
问个问题，什么是应力？应力=载荷/面积；而拉伸试验时怎么算应力的？没有考虑面积的变化对吧？是拿载荷去除以初始截面积，反应的不是真实应力变化，对吧？
就举屈服这个例子吧，拉到屈服阶段，载荷不变的情况下，由于面积变化（变细），真实的应力仍然是继续上升的啊，所以真应力曲线上是没有屈服段的，理解吗？不然怎么解释屈服现象呢？

aaron01

所以说应变只和真实应力有关，真实应力越大，变形越大，只有应力加大，才会有更大的变形。
重新加应力和第一次加没区别，还得加到更大的压力才会得到更大变形量，甚至这时候由于加工硬化，材料自身强度变高的原因，抵抗变形能力更强，使进一步变形变得更难。

aaron01

拉伸曲线反映的是什么？反映的就是应力应变关系，其意义本身已经告诉我们，(不考虑二次加工硬化）只有真实应力加大后，才能得到更大的变形，把屈服和颈缩现象都忘了吧，拉伸曲线那就是一段弹性区的斜线和相连的一段塑性区斜线，两根线段斜率略有不同，仅此而已。

学工

回复 6# aaron01


    专家手里有资料没 能否上传？？  其实我理解成：当屈服后 当外力继续 此时工件内部受的应力并没有留在工件内 因为当一受力 就变形 所以不存在有应力 而当出现位错等密度上升 使其加工硬化 因而需要更大的外力 。

aaron01

呵呵，这还要上传资料啊，百度里面输入真实应力曲线就查到了

学工

回复 8# aaron01


你好，我在百度里查了下，也看了那方面的资料。，资料也只是一张图和叙述了随应力加大变形才会进行。
但这里我2有问题：
1、在弹性变形范围，用不同的应力对试样进行（不变形），这些应力会保存，叠加在试样里吗？(如一些使用产品 在使用久后也会发生变形)
2、当在变形过程所用的应力对滑移作用，所以保存在试样内（刚好塑性变形越大 所以需要的力就越大），如果当试样变形到一定程度，其抵抗塑性变形能力又提高，此时在受力时 应力就会保存在材料内，从而导致断裂。（这样的理解可以吗）

新鲜空气

楼主有可能对应力与残余应力相互混淆了。
在弹性范围内，应力与应变成对应关系，但是如果撤去应力后，应变回复为零，也就说应力此时的作用就是产生弹性应变。当应力大到屈服，此时达到弹性应变的极限，超过此应力后，屈服对应的应力仍然使工件保持极限弹性应变，大于屈服应力才会使工件塑形变形，但是此时应力依然有等于屈服应力的部分在支撑弹性变形，而不是储存在工件里面。
当试样塑形变形时，因为位错纠结的原因，会使工件的屈服强度变高，也就是需要更大的力才能使试样达到屈服，体现出来也就是加工硬化。
残余应力其实对应的是残余应变，即塑形变形后（包括微观塑形变形），有些弹性变形因为约束的原因，未能回复到原始状态，这时应力相当于储存在试样里，像第一类残余应力，那就相当于外加载荷，此时如果应力很大，再加上很小的力，就会达到材料屈服，会塑变及断裂。
你最后问的两个问题，第一个在弹性范围内，应力不会保存在试样里，但是如果有应力，时间很长的话，属于应力松弛，那是位错滑移的结果，不是应力储存的结果。第二个：残余应力经过塑形变形后，原来的应力会因为变形而消除，此时卸载，会有残余变形，能储存一部分变形的能量，但是能直接转化为第一类残余应力的，1%都不到，所以这样产生的应力不是很大。

aaron01

应力-应变曲线中的应力和应变是以试样的初始尺寸进行计算的，事实上，在拉伸过程中试样的尺寸是在不断变化的，此时的真实应力S应该是瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A），即：S=P/A；同样，真实应变e应该是瞬时伸长量除以瞬时长度de=dL/L。下图是真应力-真应变曲线，它不像应力-应变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化，从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应力-应变曲线中应力下降的假象。

真应力应变曲线是将拉伸曲线求导后得到的。
如果材料（比如高碳钢淬回火态）塑性很差，拉伸过程中的截面积变化很小，两者非常接近。
但塑性好的材料，拉伸中的截面积变化会很大，两者就会完全不一样了。

学工

回复 11# aaron01


    谢谢专家，
1、当抗拉强度达到后 为何会出现不均匀变形？  
2、抗拉强度和原子的键合力有关系还是断裂强度和原子间的键合力有关系呢？   
3、是否越不容易变形的材料 其键合力越大呢？？

aaron01

这个对拉伸曲线的讨论越来越有意思了，我说说我的理解吧，
1，上面图上标出的均匀变形区和不均匀变形区其实还是针对拉伸曲线来说的，不是针对真应力-应变曲线，目的是帮助我们理解拉伸曲线的颈缩现象，你看他们的分界线是在颈缩开始的地方，它说明了在颈缩开始时，在拉伸曲线上出现了载荷不需要加大仍然可以继续变形这样的一个阶段的开始。其实在真应力-应变曲线上，哪里又有什么不均匀变形呢？塑性变形又不是弹性变形，本身不是根直线啊。
2，真实的反映断裂强度的并不是我们常规意思上说的抗拉强度，应该是断裂时载荷/断裂时的截面积，这个才是材料真正的所能承受的最大应力。但我们讨论强度好坏只是一个相对的概念，用屈服强度、抗拉强度、断裂强度进行比较都可以反映材料的强度好坏，从这个意义上说，用抗拉强度来讨论强度并没有错，但如果是讨论断裂的话，用断裂强度来衡量材料抵抗断裂的能力才是准确的。
3，第三个问题讨论的似乎是强度和塑性的关系问题，一般情况下，是这样的，但有例外情况的哦。

学工

回复 13# aaron01


    其实我看拉伸图和真应力图还有几点疑惑：
1、比如不同材料 如（T8和35#） 相同的式样大小，在拉伸试验中，而后是否其均匀变形后发生不均匀变形 再后就不能变形？导致应力集中从而断裂（其35#塑性变形大，T8塑性变形小，其T8断裂时式样截面大其部位原子键结合大 这时结合键控制着断裂强度 是吗？）  
2、材料准确的应力集中是从不均匀塑性变形开始的 还是从不能变形开始的？ 我感觉塑性好的材料和塑性坏的材料 都会导致应力集中啊 可为什么塑性坏的材料强度就高呢？
3、而我们所说的提高强度 都是通过阻碍为错运动来实现。 比如马氏体 其强度高 但其塑性差 在变形很少的情况下导致断裂（而此时的断裂强度是用原子键的键合力衡量的吗  是不是其周围原子数量越多 键合力越大呢？ ）

aaron01

楼主还是没明白啊，这个帖子里我主要讨论的是拉伸曲线，拉伸曲线反映的是应力和应变的关系，颈缩也是，产生颈缩的原因是应力，不要把问题复杂化，去讨论什么应力集中。我们在这里看到的仅仅是应力和应变的关系，从这个曲线上得到的结论也应该是应力是变形的驱动力，应力越大，应变也会越大，仅此而已！我希望通过真应力-应变曲线的概念，帮助大家走出一些误区。拉伸曲线告诉我们的其实很简单，就是这个应力-应变对应关系。
至于具体材料的强度和塑性如何表现？为什么会表现成这样？我认为并不是如你所想的是什么原子间结合力的问题，都是铁原子，结合力有什么不同呢？
其实真正的原因在于碳在钢铁里的分布状况，可以参考这个链接：
http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=56936&extra=page%3D1

学工

回复 15# aaron01


谢谢专家，
可是在塑性变形后 当出现不均匀变形了 此时应力不是集中了吗？ 应力不集中材料也不会裂阿。像你说的C主要在材料里分布才起了这些作用 我觉得C主要起个阻碍位错 但对于断裂时的强度没什么影响呢。

aaron01

1，不要去想什么应力集中，拉伸曲线反映的不是应力集中问题，应该这样理解：拉断是因为应力大了，应力大了，是因为面积急剧变小了，应力不是力，是压强的概念，应力=力/面积。
2，碳是间隙固溶到铁的晶体里的，不管是体心立方还是面心立方的结构，由于C原子进入铁原子晶格，使得铁碳合金的晶格发生畸变，使得钢的强度上升，塑性下降，这种现象称为固溶强化。举个例子给你吧：
  45号钢淬火马氏体和淬火前组织比较，淬火前是珠光体和铁素体混合组织，铁素体溶碳极限0.0218%，其余的碳在哪里？在碳化物里，所谓珠光体实际也是铁素体和碳化物的混合组织，真正铁素体里晶格畸变不严重。而我们把它充分奥氏体化后，碳都溶入到奥氏体晶格间隙里去了，急冷后碳来不及析出碳化物，形成的是碳过饱和的固溶体，假定没有碳化物析出，0.45%的碳是不是全部以碳原子的形态出现在铁原子的间隙里？是不是让铁原子的晶格发生了严重的畸变？在这种情况下，强度变高，塑性变差，这是马氏体高强度低塑性的道理。
  同样的马氏体里，低碳马氏体的晶格畸变程度不如高碳马氏体那么多，因而淬火态20钢的强度不如45钢，45钢不如T8钢，是不是？
  45钢淬火马氏体由于碳的过饱和，是不稳定组织，回火加热后会有碳化物的析出，此时固溶体里的碳的固溶度下降，晶格畸变量降低，强度下降，塑性变好。所有这些不都可以用这个来解释吗？
  当然，碳除了上述固溶强化作用以外，还有所谓的碳化物的弥散强化，正火态45钢比20钢强度高的原因就是碳化物弥散强化。
  总结起来就是，影响钢铁材料机械性能的最根本的因素是碳在铁合金里的分布情况。

aaron01

奥氏体是碳溶于γ-Fe 中的间隙固溶体
碳原子位于八面体间隙中心，即FCC晶胞的中心或棱边的中点


八面体间隙半径 0.52 Ǻ，碳原子半径 0.77 Ǻ →点阵畸变
碳原子的溶入使 γ-Fe的点阵畸变，点阵常数随碳含量的增加而增大.
晶格畸变引起材料的强度和硬度上升，称为固溶强化。

学工

回复 18# aaron01

谢谢专家耐心答复
1、“不要去想什么应力集中，拉伸曲线反映的不是应力集中问题，应该这样理解：拉断是因为应力大了，应力大了，是因为面积急剧变小了，应力不是力，是压强的概念，应力=力/面积。”   
比如用马氏体做个例子：高碳M和低碳M 高碳的强度高 其塑性低 伸长率和断面收缩率都不大，此时截面大。低碳M的伸长率和断面收缩率都大，拉伸后截面小了。不考虑拉伸前 单独考虑断裂时的力我就有点混淆了 高强度的是如何使断裂强度也提高呢？
2、C溶入这些都是提升晶格畸变 使位错密度等增加从而阻碍位错运动（所以屈服和抗拉强度上升）。 我也是搞不清断裂强度~~~
3、因为在资料上看到就说因XX应力大（应力集中）导致开裂。 所以总觉得某材料就因为应力集中，（那应力集中该从哪方面理解呢？）

aaron01

楼主，你需要把因果关系理一下：
1，不同钢铁材料的断裂强度不同，其原因是因为碳的固溶度不同，固溶度越大，晶格畸变越大，固溶强化作用越明显，材料强度越高。（强度是全面提高的，屈服、抗拉、断裂强度都提高，请复习固溶强化概念）。这已经决定了高碳马氏体比低碳马氏体强度高了。强度和淬透性一样，是某种状态下材料的固有特性，是内因，和外应力没有关系。
2，材料断裂是因为应力超过断裂强度，不管有没有应力集中，应力不超过断裂强度怎么会断？应力哪怕集中也要超过断裂强度才断啊！那材料本身强度高，当然需要更多的应力才能拉断。请牢记是应力，不是力。也就是说，尽管低碳马氏体发生颈缩现象，但同样拉断情况下，低碳马氏体比高碳马氏体需要的应力还是要低。这已经由材料本身所决定了。
3，位错是形变强化讨论的问题，这里暂时也不要去考虑。铁的强化有很多种，最主要讨论的是C的固溶强化。