包申格效应
反向加载,规定残余应力降低的现象
包申格效应(Bauschinger Effect):金属材料经过预先加载产生少量塑性变形(残余应变为1%~2%),卸载后再同向加载,规定残余应力(弹性极限或屈服强度)增加;反向加载,规定残余应力降低(特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零)的现象,称为包申格效应。
主要内容
已在某一方向上产生塑性变形的金属,当它在反方向上变形时,与原预应变方向的应力应变相比,其屈服强度明显下降。这一现象在1886年由德国人Bauschinger首先发现,并被以其名命名,简称为BE(Bauschinger effect)。这一效应对于材料的冷塑性变形、校直、尺寸稳定性以至服役性能均带来不利影响,增加了一个有待预测的变数。传统的文献中所给出的包申格效应的研究成果,通常都是指在轴向拉压试验条件下的结果,其材料内部的微观应力通常为晶粒尺度范围内的微观应力,理论上的解释也是基于这一点。但是,对于由板到管时的塑性弯曲,会引入可观的宏观残余应力,这种宏观残余应力会对包申格效应带来附加的显著影响。
理论解释
假设试样承受超过初始屈服应力的单向拉伸应力产生塑性变形,这对应于A点,然后卸载至B点,忽略滞后现象,则卸载是弹性的,并且保留一定的塑性变形。当以拉伸的形式重新加载,拉伸路径沿弹性线BA,随后的拉伸屈服应力为,应大于初始屈服应力。若再卸载至B点以后,承受单向压缩,则式样的屈服应力将减少(等于),其绝对值低于。这种现象称为包申格效应。
通常认为,把材料受载后产生一定的变形,二卸载后这部分变形消逝,材料回复到原来的状态的性质(弹性)为理想弹性性质,实际上绝大多数固体材料的弹性行为都表现出非理想弹性性质。弹性应力不仅仅是应力的关系函数,并且和时间有关系,即屈服强度会随加载历史的不同而有所变化。
产生原因
包申格效应与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。在金属预先受载产生少量塑性变形时,位错沿某滑移面运动,遇到林位错而弯曲。结果,在位错前方,林位错密度增加,形成位错缠结或胞状组织。这种位错结构在力学上是相当稳定的,因此,如果此时卸载并随后同向加载,位错线不能作显著运动,宏观上表现为规定残余伸长应力增加。但如卸载后施加反向力,位错被迫作反向运动,因为在反向路径上,像林位错这类障碍数量较少,而且也不一定恰好位于滑移位错运动的前方,故位错可以再较低应力下移动较大距离,即第二次反向加载,规定残余伸长应力降低。
如果金属材料预先经受大量塑性变形,因位错增殖和难于重新分布,则在随后反向加载时,包申格应变等于0。
消除方法
预先进行较大的塑性变形,或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火,如钢在400~500℃以上,铜合金在250~270℃。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 15:42
目录
概述
主要内容
理论解释
参考资料