材料塑性ppt課件

1、整理課件1第三節(jié)：塑性變形及其性能指標(biāo)n材料的塑性n塑性變形的機(jī)理n材料的蠕變n材料的塑性指標(biāo)n材料的超塑性整理課件2 利用固態(tài)金屬的塑性，使其受力，改變利用固態(tài)金屬的塑性，使其受力，改變形狀、尺寸并改善組織，性能，獲得所需形狀形狀、尺寸并改善組織，性能，獲得所需形狀、尺寸和可靠性能的毛坯或零件。、尺寸和可靠性能的毛坯或零件。整理課件32、條件、條件）塑性材料。低碳鋼、鋁、銅合金最好；）塑性材料。低碳鋼、鋁、銅合金最好；）受力塑性變形、滿足屈服條件：）受力塑性變形、滿足屈服條件： s s（材料屈服強(qiáng)度）。（材料屈服強(qiáng)度）。整理課件4、方法、方法）鍛造）鍛造 自由鍛造和模膛鍛造自由鍛造和模膛鍛造

2、整理課件5）板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）整理課件6）冷拔和冷鐓）冷拔和冷鐓整理課件7 ）軋制、擠壓等）軋制、擠壓等整理課件8）加熱時(shí)冷變形金屬的組織與性能的改變）加熱時(shí)冷變形金屬的組織與性能的改變 條件：條件：加熱溫度高于再結(jié)晶溫度，即：加熱溫度高于再結(jié)晶溫度，即： T T再再（0.50.7）T熔熔（K）。）。 出現(xiàn)再結(jié)晶，原子重新排列。此稱熱變形。出現(xiàn)再結(jié)晶，原子重新排列。此稱熱變形。整理課件9整理課件10n金屬的應(yīng)力金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線n工程應(yīng)力工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線(以低碳鋼為例以低碳鋼為例)n當(dāng)應(yīng)力低于當(dāng)應(yīng)力低于e時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比：時(shí)

3、，應(yīng)力與應(yīng)變成正比：=E E稱為稱為，n表示材料的剛性。表示材料的剛性。n此應(yīng)力范圍內(nèi)撤此應(yīng)力范圍內(nèi)撤 去應(yīng)力則變形完去應(yīng)力則變形完 全消失，稱為彈全消失，稱為彈 性變形。性變形。e稱為稱為 (elastic limit) 。整理課件11 n 2 應(yīng)力超過應(yīng)力超過e時(shí)發(fā)生塑性變形，應(yīng)力去除后時(shí)發(fā)生塑性變形，應(yīng)力去除后變形部分恢復(fù)。變形部分恢復(fù)。開始發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力開始發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力叫叫(yeilding limit) 。n對(duì)于無明顯屈服極限的材料，對(duì)于無明顯屈服極限的材料，規(guī)定規(guī)定以以產(chǎn)生產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力作為屈服極限，以殘余變形的應(yīng)力作為屈服極限，以表表示示。整理課件1

4、2n3 外力超過外力超過s(0.2)后，材料發(fā)生明顯而均勻的塑性變后，材料發(fā)生明顯而均勻的塑性變形，要增大應(yīng)變必須提高應(yīng)力。這種形，要增大應(yīng)變必須提高應(yīng)力。這種隨變形增大，變隨變形增大，變形抗力也增大的現(xiàn)象叫形抗力也增大的現(xiàn)象叫或或。n應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到b后，材料均勻變形結(jié)束，后，材料均勻變形結(jié)束， b叫材料的叫材料的 ，是材料極限承載能力的，是材料極限承載能力的標(biāo)志。標(biāo)志。n4 應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到b時(shí)，材料開始發(fā)生時(shí)，材料開始發(fā)生不均勻變形不均勻變形，形成，形成。應(yīng)力隨之迅速下降，達(dá)到。應(yīng)力隨之迅速下降，達(dá)到k時(shí)材料短裂。時(shí)材料短裂。 k叫叫 。整理課件13六. 塑性與塑性指標(biāo) 塑性：材料斷裂前

5、產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性：材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。 材料塑性的評(píng)價(jià)：材料塑性的評(píng)價(jià)：最大應(yīng)力下非比例伸長率最大應(yīng)力下非比例伸長率g最大應(yīng)力下總伸長率最大應(yīng)力下總伸長率g t斷后伸長率斷后伸長率斷面收縮率斷面收縮率 = (A0-Al)/ A0100% 工程上工程上一般以一般以光滑圓光滑圓柱試樣柱試樣的拉伸的拉伸伸長率伸長率和斷面和斷面收縮率收縮率作為塑作為塑性性能性性能指標(biāo)。指標(biāo)。整理課件14塑性（plasticity）nThe stress is not proportional to strain, and permanent, unrecoverable deformation n材

6、料在外應(yīng)力去除后仍保持部分應(yīng)變的特性。整理課件15延展性（Ductility)n材料發(fā)生塑性變形而不發(fā)生斷裂的能力。nIt is a measure of the degree of plastic deformation that has been sustained at fracture.整理課件16脆性（brittle）nA material that experiences very little or no plastic deformation upon fracture is termed brittle.整理課件17韌性（toughness）nToughness is a m

7、echanical term that is used in several contexts;loosely speaking ,it is a measure of ability of a materials to absorb energy up to fracture.n韌度：使材料發(fā)生斷裂時(shí)所須作的功的量度。韌度：使材料發(fā)生斷裂時(shí)所須作的功的量度。整理課件18塑性n塑性（Plasticity):材料在外應(yīng)力去除后仍保持部分應(yīng)變的特性。n延展性（Ductility):材料發(fā)生塑性變形而不發(fā)生斷裂的能力。n強(qiáng)度：材料因斷裂或不可逆形變而破壞時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度：材料因斷裂或不可逆形變而破壞時(shí)的

8、應(yīng)力n金屬材料中金屬鍵沒有方向性，滑移系很多，容易發(fā)生滑移而產(chǎn)生塑性變形，具有較好的延展性。n無機(jī)非金屬材料的離子鍵和共價(jià)鍵具有明顯的方向性，滑移系統(tǒng)較少，不易發(fā)生塑性變形，延展性一般較差。整理課件19整理課件20塑性變形的機(jī)理plastic deformation mechanismsn滑移和孿晶是晶體塑性變形的兩種基本形式。nplastic deformation mechanisms for crystalline are slip and twinning整理課件21n無機(jī)非金屬材料的離子鍵和共價(jià)鍵具有明顯的方向性，同號(hào)離子相遇，斥力極大，只有個(gè)別的滑移系能滿足位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的幾何條件和靜電

9、作用條件，不易發(fā)生塑性變形，延展性一般較差。n高溫時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度快，使得Al2O3等在室溫下不易滑移的脆性材料，在溫度大于1000以上，也能產(chǎn)生一定程度的塑性變形。整理課件22Crystalline ceramics nFor crystalline ceramics, plastic deformation occurs,as with metals,by the motion of dislocation.nOne reason for the hardness and brittleness of these materials is the difficulty of slip.nFo

10、r crystalline ceramic materials for which the bonding is predominantly ionic,there are very few slip systems along which dislocations may move.整理課件23nThis is a consequence of the electrically charged nature of the ions.nFor slip in some directions, ions of like charge are brought into close proximit

11、y to one another, because of electrostatic repulsion, this mode of slip is very restricted.( this is not a problem in metal; since all atoms are electrically neutral) 整理課件24nOn the other hand, for ceramics in which the bonding is highly covalent, slip is also difficult and they are brittle for the f

12、ollowing reasons:(1) the covalent bonds are relatively strong;(2) there are also limited numbers of slip systems; and (3) dislocation structure are complex.整理課件25Non-crystalline ceramicsnPlastic deformation does not occur by dislocation motion for Non-crystalline ceramics because there is no regular

13、 atomic structure.nRather, these materials deform by viscous flow, the same manner in which liquids deform; the rate of deformation is proportional to the applied stress. 整理課件26無機(jī)非金屬的塑性nAgCl離子晶體可以冷軋變薄。KCl、KBr和MgO單晶也可彎曲而不斷裂；含CeO2的四方ZrO2多晶瓷，有很大的塑性，由四方相變?yōu)閱涡毕?。（相變塑性）MgOKBr斷裂斷裂25205整理課件27材料的蠕變creepn蠕變（Cre

14、ep）：指在恒定的應(yīng)力作用下，材料的應(yīng)變隨時(shí)間增加而逐漸增大的現(xiàn)象。nCreep: the time-dependent plastic deformation of materials subjected to a constant load(or stress) and the temperatures greater than about 0.4Tm. 整理課件28時(shí)間/h延伸率oabcd彈性伸長第一階段蠕變第二階段蠕變第三階段蠕變起始段oa：瞬時(shí)彈性變形 與時(shí)間無關(guān)系減速蠕變階段ab：應(yīng)變速率 隨時(shí)間遞減穩(wěn)態(tài)蠕變階段dc：蠕變速率幾乎不變加速蠕變階段cd：應(yīng)變率隨時(shí)間的增加而加快整理課

15、件29 oa段形變是瞬時(shí)發(fā)生的和時(shí)間沒有關(guān)系 第一階段蠕變ab，蠕變減速階段 A為常數(shù)。 低溫時(shí)n=1， ； 高溫時(shí)n=2/3， 第二階段蠕變bc，穩(wěn)態(tài)蠕變階段 （常數(shù)） 應(yīng)變與時(shí)間 成正比 第三階段蠕變cd，加速蠕變階段。 應(yīng)變率隨時(shí)間增加，最后到d點(diǎn)斷裂 KdtdKttAln313At整理課件31Typical creep curve(strain vs time)three(four) distinct regionsnFor transient (primary) creep, the rate (or slope) diminishes with time.nThe plot bec

16、omes linear(i.e., creep rate is constant) in the steady-state.nFinally, deformation accelerates for tertiary (第三的)creep, just prior to failure (rupture).整理課件32晶界蠕變理論n多晶陶瓷中存在大量晶界，當(dāng)晶界位相差大時(shí)，可以把晶界看成是非晶體非晶體，n因此在溫度較高時(shí)，晶界的粘度迅速下降粘度迅速下降，n外力導(dǎo)致晶界粘滯流動(dòng)，發(fā)生蠕變。n常溫下無機(jī)材料呈脆性，不需考慮蠕變，但在高溫下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的蠕變。整理課件33影響蠕變的因素n溫度：溫度

17、升高，蠕變?cè)龃髇應(yīng)力：蠕變隨著拉應(yīng)力的增加而增大，若對(duì)材料施加壓應(yīng)力，則增加蠕變的阻力。n顯微結(jié)構(gòu)的影響： 氣孔率增加，蠕變率也增加；晶粒尺寸減小，蠕變率越大；玻璃相隨著溫度的升高，粘度降低，因而變形速率增大，即蠕變率也增加。n組成：組成不同，材料的蠕變行為不同；n晶體結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)程度的增加，抗蠕變性能較好。整理課件34材料的 黏彈性與滯彈性n黏彈性（Viscoelasticity）定義：材料的變形處于理想的彈性固體和理想的黏性液體之間，既有固體的彈性，又有液體的黏性。滯彈性（彈性后效）：材料在快速加載或快速卸載之后，隨時(shí)間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。整理課件35蠕變性能指標(biāo)（1）蠕

18、變極限n在給定溫度下，使試樣在蠕變的第二階段產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速率的最大應(yīng)力，記做T （Mpa），上角標(biāo)T表示溫度，下角標(biāo)表示在蠕變第二階段產(chǎn)生規(guī)定穩(wěn)態(tài)蠕變速度n如1*10-5500 = 80MPa ，表示在500下，第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕變速率等于1*10（-5）%/h的蠕變極限為80MPa整理課件36n在給定的溫度和時(shí)間下，使試樣產(chǎn)生規(guī)定的蠕變應(yīng)力的最大應(yīng)力，定義為蠕變極限，記做/tT （MPa），上角標(biāo)表示溫度，下角標(biāo)/t表示在給定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的蠕變應(yīng)變。n如： 1/1000500= 200MPa 表示材料在500時(shí)，1000小時(shí)產(chǎn)生1的蠕變極限為200MPa。整理課件37n2、持久強(qiáng)度: 材料

19、在一定的溫度和規(guī)定的時(shí)間下，不發(fā)生蠕變的最大應(yīng)力，記做tT 200（MPa）n1000600 200（MPa） ：表示材料在600下工作1000小時(shí)的持久強(qiáng)度為200（MPa）整理課件383、松弛穩(wěn)定性：材料在恒變形的條件下，隨時(shí)間的延長，彈性應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛，材料抵抗應(yīng)力松弛的能力稱為松弛穩(wěn)定性。t012整理課件39超塑性n材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的伸長率（100），而不發(fā)生縮頸和斷裂的現(xiàn)象。n超塑性的應(yīng)用：壓制形狀復(fù)雜的機(jī)件，節(jié)約材料，提高精度，減小加工工時(shí)及能耗。n產(chǎn)生的條件：超細(xì)晶粒（微米量級(jí)，且為等軸晶）；合適的變形條件，變形溫度在0.4Tm以上；應(yīng)變數(shù)率敏感指數(shù)較高

20、，出現(xiàn)超塑性的條件是0.3m0.5Tm) demonstrate remarkably high strains to failure at strain rates typically on the order of 10(-3)s(-1).nTensile elongation to to failure in super- plastic materials can be remarkably high, well in excess of 5000 percent. 整理課件41nSuperplastic deformation is not only scientifically i

21、nteresting, but also has important industrial ramification(分枝).nSuperplastic deformation can be utilized in high temperature forming of complex shapes for which forging operations, with their higher strain rate, are not suitable.nIn addition, ceramics and intermetallics also display superplastic beh

22、avior. 整理課件42材料的應(yīng)變硬化n材料在應(yīng)力的作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，變形應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變硬化或變形強(qiáng)化。 n應(yīng)變硬化指數(shù)n：均勻塑性變形階段 SKen S為真應(yīng)力，e為真應(yīng)變；K為硬化系數(shù)；N1為完全彈性體，n0時(shí)，表示材料沒有應(yīng)變硬化能力，一般材料的n0.1-0.5金屬材料拉伸時(shí)是否產(chǎn)生縮頸還與應(yīng)變速率敏感指數(shù)m有關(guān)，m低容易產(chǎn)生縮頸，m高，可推遲或阻止縮頸的產(chǎn)生整理課件43抗拉強(qiáng)度與縮頸條件n抗拉強(qiáng)度 b ：試樣拉斷過程最大試驗(yàn)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力 bFb/A0 n抗拉強(qiáng)度標(biāo)志材料在承受拉伸載荷時(shí)的實(shí)際承載能力。陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。n

23、縮頸是一些材料在拉伸時(shí)，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)。它是應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，使應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，使變形集中于試樣的局部而產(chǎn)生的。n產(chǎn)生縮頸的工程應(yīng)力： b =k(n/e)n 整理課件44塑性指標(biāo)n材料塑性的評(píng)價(jià)，在工程上一般以光滑圓柱試樣的拉伸伸長率和斷面收縮率作為塑性性能指標(biāo)：（1）最大應(yīng)力下非比例伸長率g （2）最大應(yīng)力下總伸長率g t（3）斷后伸長率斷面收縮率=(A0-A1)/ A1100% 整理課件45陶瓷的超塑性n陶瓷的超塑性是在一定的溫度和壓力條件下，呈現(xiàn)非常大的伸長率（100），而不發(fā)生縮頸和斷裂的現(xiàn)象，其拉伸變形量可達(dá)百分之幾百。整理課