一4塑性變形及其性能指標課件

回憶：力—伸長曲線彈性變形階段屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻集中塑性變形回憶：力—伸長曲線彈性變形階段屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻14.1塑性變形機理材料的塑性變形：是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，但并不引起材料破裂的現(xiàn)象。4.1塑性變形機理材料的塑性變形：是微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生24.1.1金屬材料的塑性變形4.1.1金屬材料的塑性變形3晶體的滑移晶體的孿生4.1.1.1金屬材料變形的機理晶體的滑移晶體的孿生4.1.1.1金屬材料變形的機理41.晶體的滑移滑移是晶體一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對于另一部分作相對移動?；?.晶體的滑移滑移是晶體一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向5①滑移平面圖①滑移平面圖6②滑移立體圖②滑移立體圖7

③滑移特點（1）滑移只能在切應力作用下才會發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應力（稱滑移臨界切應力）大小不同。鎢、鉬、鐵的滑移臨界切應力比銅、鋁的要大。（2）滑移是晶體內(nèi)部位錯在切應力作用下運動的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體的相對滑動，而是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。位錯是一種線缺陷,它是晶體中某處一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律錯排現(xiàn)象。

③滑移特點（1）滑移只能在切應力作用下才會發(fā)生，不同金屬8刃形位錯可以看作是由于在y軸的上半部分插入了一片額外的原子面所產(chǎn)生。這個原子面的插入使上半部分晶體中的原子受到擠壓，而使下半部分晶體中的原子受到拉伸。刃型位錯刃形位錯可以看作是由于在y軸的上半部分插入了一片額外的原子面9位錯在剪應力下沿著滑移面移動，這個應力趨向于使樣品的上表面向右移動。刃型位錯的運動位錯在剪應力下沿著滑移面移動，這個應力趨向于使樣品的上表面向10螺位錯及運動滑移面的一部分ABEF沿平行于位錯線EF的方向發(fā)生了滑移。螺位錯及運動滑移面的一部分ABEF沿平行于位錯線EF的方向發(fā)11（3）由于位錯每移出晶體一次即造成一個原子間距的變形量，因此晶體發(fā)生的總變形量一定是這個方向上的原子間距的整數(shù)倍。

（4）滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進行，這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大，結(jié)合力最弱，點陣阻力最小，因此滑移面為該晶體的密排面，滑移方向為該面上的密排方向。（3）由于位錯每移出晶體一次即造成一個原子間距的變形量，因此12（5）一個滑移面與其上的一個滑移方向組成一個滑移系。

滑移系的個數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)）滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：（1）一般滑移系越多，塑性越好；（2）與滑移面密排程度和滑移方向個數(shù)有關(guān)；（3）與同時開動滑移系數(shù)目有關(guān)（

c）。（5）一個滑移面與其上的一個滑移方向組成一個滑移系?；葡?3一4塑性變形及其性能指標課件14（6）滑移時晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動。

①位向和晶面的變化：拉伸時,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向;

壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。（6）滑移時晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動。①位向和晶面的變化：15③取向因子的變化：幾何硬化：

，

遠離45

，滑移變得困難；幾何軟化；

，

接近45

，滑移變得容易。②滑移的臨界分切應力（

c）

c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應力。(外力在滑移方向上的分解)

c＝

scos

cos

③取向因子的變化：②滑移的臨界分切應力（c）c＝s162.晶體的孿生孿晶與未變形的基體間以孿晶面為對稱面成鏡面對稱關(guān)系。孿生：在切應力作用下晶體一部分相對于一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變的變形過程。2.晶體的孿生孿晶與未變形的基體間以孿晶面為對稱面成鏡面17①孿晶中的晶格位向變化

發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶體稱為孿晶。孿晶與未變形部分晶體原子以孿晶面為對稱面成鏡面對稱關(guān)系。孿生所需的臨界切應力比滑移的大得多，孿生只在滑移很難進行的情況下才發(fā)生。①孿晶中的晶格位向變化發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶18②晶體孿生的特點（1）孿生變形也是在切應力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切應力要比滑移時大得多，只有在滑移過程很困難時，晶體才發(fā)生孿生。（2）孿生是一種均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離，且每一層原子相對于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離成正比。（3）孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱的位向關(guān)系。

②晶體孿生的特點19③孿生與滑移有如下差別：(1)孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只集中在一些滑移面上進行。(2)孿生后晶體的變形部分的位向發(fā)生了改變，滑移后晶體各部分位向均未改變。(3)與滑移系類似，孿生要素也與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，但同一結(jié)構(gòu)的孿晶面、孿生方向與滑移、滑移方向可以不同。(4)孿生對塑變的直接貢獻比滑移小很多，孿生本身提供的變形量很小，但能改變滑移面方向使新滑移系開動。③孿生與滑移有如下差別：(1)孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切204.1.1.4多晶體金屬材料的塑性變形（1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性。（2）各晶粒變形的互相協(xié)調(diào)性。多晶體材料的塑性變形4.1.1.4多晶體金屬材料的塑性變形（1）各晶粒變形的不21多晶體晶界對變形的阻礙作用：（1）晶界的特點：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。（2）晶界對變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過。多晶體晶界對變形的阻礙作用：224.1.2陶瓷材料的塑性變形陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài)。陶瓷材料中還存在氣孔、微裂紋、玻璃相等。陶瓷材料中的位錯不易向周圍晶體傳播，所以陶瓷很難進行塑性變形；更易在晶界處積累而產(chǎn)生應力集中，形成裂紋引起斷裂。4.1.2陶瓷材料的塑性變形陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài)。陶234.1.3非晶態(tài)材料的塑性變形非晶態(tài)玻璃材料，不存在晶體中的滑移和孿生的變形，它們的永久變形是通過分子位置的熱激活交換來進行的，屬于粘性流動變形機制，塑性變形需要在一定的溫度下進行，故普通無機玻璃在室溫下沒有塑性。4.1.3非晶態(tài)材料的塑性變形非晶態(tài)玻璃材料，不存在晶體244.1.4高分子材料的塑性變形結(jié)晶態(tài)高分子塑性變形是由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞Ψ较蚺帕械奈⒗w維束并伸展的過程。4.1.4高分子材料的塑性變形結(jié)晶態(tài)高分子塑性變形是由薄晶25①在正應力作用下形成銀紋（非晶態(tài)高分子材料塑性變形的主要變形機理）

②在切應力作用下無取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕械睦w維束。4.1.1.1非結(jié)晶態(tài)高分子的塑性變形有兩種方式①在正應力作用下形成銀紋（非晶態(tài)高分子材料塑②在切264.2屈服現(xiàn)象與屈服強度4.2.1屈服現(xiàn)象4.2屈服現(xiàn)象與屈服強度4.2.1屈服現(xiàn)象274.2.1.1屈服現(xiàn)象的描述

拉伸過程中，外力不增加試樣仍然繼續(xù)增長；或外力增加到一定數(shù)值時突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動的情況下試樣可以繼續(xù)伸長變形，此現(xiàn)象就為材料的屈服現(xiàn)象。4.2.1.1屈服現(xiàn)象的描述拉伸過程中，外力不增加試樣仍284.2.1.2屈服點材料在拉伸屈服時對應的應力值為屈服點。4.2.1.2屈服點材料在拉伸屈服時對應的應力值為屈服294.2.1.2屈服現(xiàn)象形成的原因ε塑性應變速率，ρ可動位錯密度，v位錯運動平均速率Г沿滑移面上的切應力1.晶體4.2.1.2屈服現(xiàn)象形成的原因ε塑性應變速率，ρ可動位錯302.高分子材料的屈服機理晶態(tài)高分子材料，屈服是薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞Ψ较蚺帕械奈⒗w維束的過程；非晶態(tài)高分子材料，屈服是正應力作用下銀紋和剪切力作用局部區(qū)域的無取向分子鏈成為有一定規(guī)則排列的纖維組織的過程。2.高分子材料的屈服機理314.2.2屈服強度定義：材料屈服時所對應的應力值也就是材料抵抗起始塑性變形或產(chǎn)生微量變形的能力，這一應力值就成為材料的屈服強度。下屈服點σsl重復性好，通常把作為σsl屈服強度：σsl=Fsl/A04.2.2屈服強度定義：材料屈服時所對應的應力值也就是材料324.2.2.1條件屈服強度規(guī)定殘余伸長應力σr：指試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸長達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。規(guī)定總伸長應力σt：指試樣標距總伸長（彈性伸長加塑性伸長）達到規(guī)定的原始標距百分比時的應力。對看不到明顯屈服現(xiàn)象的材料，屈服強度人為按標準確定。稱為條件屈服強度。4.2.2.1條件屈服強度規(guī)定殘余伸長應力σr：指試樣卸除334.2.2.2高分子的屈服強度高分子材料的屈服點通常把拉伸曲線上出現(xiàn)最大應力的點定義為屈服點。如拉伸曲線上沒出現(xiàn)極大值，則定義應變2%處的應力為屈服強度。4.2.2.2高分子的屈服強度高分子材料的屈服點通常把拉伸344.2.2.3屈服強度的應用屈服強度是工程技術(shù)上最重要的力學性能指標之一。作為防止過量塑性變形的參考依據(jù)。根據(jù)屈服強度與抗拉強度比的大小，衡量材料進一步產(chǎn)生塑性變形的傾向。如：金屬冷加工和防止脆斷。4.2.2.3屈服強度的應用屈服強度是工程技術(shù)上最重要的力354.3影響金屬材料屈服強度的因素4.3.1晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的屈服過程主要是位錯的運動。純金屬單晶體的屈服強度從理論上講是位錯開始運動所需的臨界切應力，由位錯運動所受的各種阻力決定，包括：晶格阻力、位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力等。4.3影響金屬材料屈服強度的因素4.3.1晶體結(jié)構(gòu)金屬材36*①滑移的位錯機制實際測得晶體滑移的臨界分切應力值較理論計算值低3～4個數(shù)量級，表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯在滑移面上運動來逐步地進行的。

晶體的滑移必須在一定的外力作用下才能發(fā)生，這說明位錯的運動要克服阻力。位錯運動的阻力首先來自點陣阻力。

*①滑移的位錯機制實際測得晶體滑移的臨界分切應力值較理論37②位錯②位錯38③位錯立體圖③位錯立體圖394.3.1.1位錯間的交互作用產(chǎn)生的阻力類型（1）平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力；（2）運動位錯與林位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力。4.3.1.1位錯間的交互作用產(chǎn)生的阻力類型（1）平行位錯404.3.2晶界與亞結(jié)構(gòu)多晶體材料中晶界是位錯運動的重要障礙，晶界越多，對材料屈服強度的提高貢獻越大。晶界增多晶粒內(nèi)位錯塞積的長度將縮短，其應力集中程度不足以推動相鄰晶粒內(nèi)的位錯滑移。σs=σi+kyd-1/2霍爾-配奇公式：4.3.2晶界與亞結(jié)構(gòu)多晶體材料中晶界是位錯運動的重要障礙414.3.2.1晶界與亞晶界亞晶界實際上是由一系列刃型位錯所組成的小角度晶界。4.3.2.1晶界與亞晶界亞晶界實際上是由一系列刃型位錯所424.3.3溶質(zhì)元素固溶合金中，由于溶質(zhì)與溶劑原子直徑不同，在溶質(zhì)原子周圍形成晶格畸變應力場。該力場與位錯應力場產(chǎn)生交互作用，使位錯運動受阻，從而使屈服強度提高產(chǎn)生固溶強化。4.3.3溶質(zhì)元素固溶合金中，由于溶質(zhì)與溶劑原子直徑不同，434.3.3.1固溶強化實例4.3.3.1固溶強化實例44固溶強化的影響因素：①溶質(zhì)原子含量越多，強化效果越好；②溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強化效果越好；③溶劑與溶質(zhì)原子價電子數(shù)差越大，強化效果越好；④間隙式溶質(zhì)原子的強化效果高于置換式溶質(zhì)原子。固溶強化的影響因素：45軟基體＋硬第二相位錯繞過第二相粒子（粒子、位錯環(huán)阻礙位錯運動）位錯切過第二相粒子（表面能、錯排能、粒子阻礙位錯運動）彌散強化4.4.4第二相軟基體＋硬第二相位錯繞過第二相粒464.4.5溫度4.4.5溫度474.4.6應變速率與應力狀態(tài)在應變速率較高的情況下，金屬材料的屈服應力將顯著升高。應力狀態(tài)的影響：切應力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度就越低。4.4.6應變速率與應力狀態(tài)在應變速率較高的情況下，金屬材48小結(jié)金屬材料的屈服強度是一個對成分、組織、應力狀態(tài)、溫度等極為敏感的力學性能。改變金屬材料的成分或熱處理都可使屈服強度產(chǎn)生明顯變化。對金屬材料感興趣的同學可以參考金屬學方面的參考書和資料。小結(jié)金屬材料的屈服強度是一個對成分、組織、應力狀態(tài)、溫度等494.5應變硬化定義：材料在應力作用下進入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應力不斷提高的現(xiàn)象稱為應變硬化。應變硬化是材料阻止繼續(xù)塑性變形的一種力學性能。絕大部分金屬和高分子材料具有應變硬化。4.5應變硬化定義：材料在應力作用下進入塑性變形階段后，隨50強化金屬的重要途徑；提高材料使用安全性；材料加工成型的保證。應變硬化的利弊利弊變形阻力提高，動力消耗增大；脆斷危險性提高。強化金屬的重要途徑；應變硬化的利弊利弊變形阻力提高，動力消51＊4.5.1加工硬化指數(shù)n的實際意義反映了材料開始屈服以后，繼續(xù)變形時材料的應變硬化情況，它決定了材料開始發(fā)生頸縮是的最大應力。（σb或Sb）1)金屬的加工硬化指數(shù)（能力），對冷加工成型工藝是很重要的。低碳鋼有較高的加工硬化指數(shù)n，n約為0.2。汽車身板鋁合金化，其