[科普中国]-包申格效应

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。1

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。1

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。1

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。1

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℃。1

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院