金属变形和应力概述

（一）金属的变形概述

任何物体在外力的作用下都会产生形状或尺寸的改变，这种现象称为变形。

1.弹性变形 金属材料在外力的作用下会发生两种性质不同的变形，当外力去除后能恢复原来形状和尺寸的变形称为弹性变形。

2.塑性变形 当外力去除后，变形仍然存在，这种永久性变形称为塑性变形。

金属材料受到外力的作用后首先发生的是弹性变形，当外力增加到一定程度，金属发生屈服，开始产生塑性变形。

（二）应力概述

金属材料在外力的作用下发生变形的同时，金属的内部也同时产生一种与外力平衡的抗力，这种力称为内力。内力的大小与外力相等，方向与外力相反。见图8-1a2、b2。图8-1a2中F₁为拉内力，图8-1b2中F₁为压内力。物体受外力作用，在物体单位面积上的内力称应力。在截面积为A的长杆上，沿杆的长度方向均匀受F力作用的情况下，应力的计算公式如下：

图8-1 外力作用、内力的产生和应力分布

σ=F₁/A=F/A

式中 σ——应力（MPa）；(www.xing528.com)

F——外力（N）；

A——截面积（mm²）；

F₁——内力F₁=F。

受拉时产生的应力称为拉应力，受压时产生的应力称为压应力。在长杆的横截面均匀分布的拉应力和压应力在应力图上的表示方法如图8-1a3、b3所示。其中拉应力在应力坐标线0点的右边，为正应力。压应力在应力坐标线的0点左边，为负应力。

1.单向应力 上面所讨论的应力为一个方向的应力，一般称为单向应力，又称线应力。在x方向受外力作用，在应力图上单向应力在σ_x轴上表示其大小。

2.双向应力 如果物体受两个方向（x方向和y方向）的外力，在物体内部就会产生x方向和y方向的内力和应力。这样，在一个平面内就存在两个方向的应力，这种应力状态称为双向应力状态。这时的应力称为双向应力，也称平面应力。在应力图上双向应力分别在σ_x轴上和σ_y轴上表示它们的大小。图8-2a为物体受两个方向（x方向和y方向）外力作用，图8-2d为两个截面位置，图8-2b为A—A截面上理想均匀的σ_x应力分布，图8-2c为B—B截面上理想均匀的σ_y应力分布。

图8-2 双向应力分布

3.三向应力 在物体中，沿空间三个方向上都存在应力，这种应力状态称为三向应力状态。这时的应力称三向应力，也称为体积应力。在应力图上三向应力分别在σ_x、σ_y和σ_z轴上表示它们的大小。

当金属材料内部的应力小于该材料的屈服极限时，金属材料仅发生弹性变形。当金属材料内部的应力达到或超过其屈服极限时，金属材料才会发生塑性变形。