一4塑性變形及其性能指標(biāo)課件

回憶：力—伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)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(jī)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(jī)理晶體的滑移晶體的孿生4.1.1.1金屬材料變形的機(jī)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(duì)于另一部分作相對(duì)移動(dòng)。滑移1.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(diǎn)（1）滑移只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力（稱滑移臨界切應(yīng)力）大小不同。鎢、鉬、鐵的滑移臨界切應(yīng)力比銅、鋁的要大。（2）滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體的相對(duì)滑動(dòng)，而是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。位錯(cuò)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(cuò)排現(xiàn)象。

③滑移特點(diǎn)（1）滑移只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生，不同金屬8刃形位錯(cuò)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(gè)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(cuò)刃形位錯(cuò)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(cuò)在剪應(yīng)力下沿著滑移面移動(dòng)，這個(gè)應(yīng)力趨向于使樣品的上表面向右移動(dòng)。刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在剪應(yīng)力下沿著滑移面移動(dòng)，這個(gè)應(yīng)力趨向于使樣品的上表面向10螺位錯(cuò)及運(yùn)動(dòng)滑移面的一部分ABEF沿平行于位錯(cuò)線EF的方向發(fā)生了滑移。螺位錯(cuò)及運(yùn)動(dòng)滑移面的一部分ABEF沿平行于位錯(cuò)線EF的方向發(fā)11（3）由于位錯(cuò)每移出晶體一次即造成一個(gè)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(gè)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(jìn)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(diǎn)陣阻力最小，因此滑移面為該晶體的密排面，滑移方向?yàn)樵撁嫔系拿芘欧较?。?）由于位錯(cuò)每移出晶體一次即造成一個(gè)原子間距的變形量，因此12（5）一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。

滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)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(gè)數(shù)有關(guān)；（3）與同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（

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

①位向和晶面的變化：拉伸時(shí),滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向;

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

，

遠(yuǎn)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(yīng)力（

c）

c：在滑移面上沿滑移方面開(kāi)始滑移的最小分切應(yīng)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(yīng)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(duì)稱面成鏡面對(duì)稱關(guān)系。孿生：在切應(yīng)力作用下晶體一部分相對(duì)于一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變的變形過(guò)程。2.晶體的孿生孿晶與未變形的基體間以孿晶面為對(duì)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(duì)稱面成鏡面對(duì)稱關(guān)系。孿生所需的臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，孿生只在滑移很難進(jìn)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(diǎn)（1）孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多，只有在滑移過(guò)程很困難時(shí)，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(duì)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(duì)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(duì)稱的位向關(guān)系。

②晶體孿生的特點(diǎn)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(jìn)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(duì)塑變的直接貢獻(xiàn)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(kāi)動(dòng)。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(shí)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(duì)變形的阻礙作用：（1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。（2）晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過(guò)。多晶體晶界對(duì)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(cuò)不易向周圍晶體傳播，所以陶瓷很難進(jìn)行塑性變形；更易在晶界處積累而產(chǎn)生應(yīng)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(guò)分子位置的熱激活交換來(lái)進(jìn)行的，屬于粘性流動(dòng)變形機(jī)制，塑性變形需要在一定的溫度下進(jìn)行，故普通無(wú)機(jī)玻璃在室溫下沒(méi)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?yīng)力方向排列的微纖維束并伸展的過(guò)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(yīng)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(jī)理）

②在切應(yīng)力作用下無(wú)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(yīng)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(qiáng)度4.2.1屈服現(xiàn)象4.2屈服現(xiàn)象與屈服強(qiáng)度4.2.1屈服現(xiàn)象274.2.1.1屈服現(xiàn)象的描述

拉伸過(guò)程中，外力不增加試樣仍然繼續(xù)增長(zhǎng)；或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)的情況下試樣可以繼續(xù)伸長(zhǎng)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(guò)程中，外力不增加試樣仍284.2.1.2屈服點(diǎn)材料在拉伸屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為屈服點(diǎn)。4.2.1.2屈服點(diǎn)材料在拉伸屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為屈服294.2.1.2屈服現(xiàn)象形成的原因ε塑性應(yīng)變速率，ρ可動(dòng)位錯(cuò)密度，v位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)平均速率Г沿滑移面上的切應(yīng)力1.晶體4.2.1.2屈服現(xiàn)象形成的原因ε塑性應(yīng)變速率，ρ可動(dòng)位錯(cuò)302.高分子材料的屈服機(jī)理晶態(tài)高分子材料，屈服是薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束的過(guò)程；非晶態(tài)高分子材料，屈服是正應(yīng)力作用下銀紋和剪切力作用局部區(qū)域的無(wú)取向分子鏈成為有一定規(guī)則排列的纖維組織的過(guò)程。2.高分子材料的屈服機(jī)理314.2.2屈服強(qiáng)度定義：材料屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)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(yīng)力值就成為材料的屈服強(qiáng)度。下屈服點(diǎn)σsl重復(fù)性好，通常把作為σsl屈服強(qiáng)度：σsl=Fsl/A04.2.2屈服強(qiáng)度定義：材料屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值也就是材料324.2.2.1條件屈服強(qiáng)度規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr：指試樣卸除拉伸力后，其標(biāo)距部分的殘余伸長(zhǎng)達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。規(guī)定總伸長(zhǎng)應(yīng)力σt：指試樣標(biāo)距總伸長(zhǎng)（彈性伸長(zhǎng)加塑性伸長(zhǎng)）達(dá)到規(guī)定的原始標(biāo)距百分比時(shí)的應(yīng)力。對(duì)看不到明顯屈服現(xiàn)象的材料，屈服強(qiáng)度人為按標(biāo)準(zhǔn)確定。稱為條件屈服強(qiáng)度。4.2.2.1條件屈服強(qiáng)度規(guī)定殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力σr：指試樣卸除334.2.2.2高分子的屈服強(qiáng)度高分子材料的屈服點(diǎn)通常把拉伸曲線上出現(xiàn)最大應(yīng)力的點(diǎn)定義為屈服點(diǎn)。如拉伸曲線上沒(méi)出現(xiàn)極大值，則定義應(yīng)變2%處的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度。4.2.2.2高分子的屈服強(qiáng)度高分子材料的屈服點(diǎn)通常把拉伸344.2.2.3屈服強(qiáng)度的應(yīng)用屈服強(qiáng)度是工程技術(shù)上最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。作為防止過(guò)量塑性變形的參考依據(jù)。根據(jù)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度比的大小，衡量材料進(jìn)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(qiáng)度的應(yīng)用屈服強(qiáng)度是工程技術(shù)上最重要的力354.3影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素4.3.1晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的屈服過(guò)程主要是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。純金屬單晶體的屈服強(qiáng)度從理論上講是位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)所需的臨界切應(yīng)力，由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受的各種阻力決定，包括：晶格阻力、位錯(cuò)間交互作用產(chǎn)生的阻力等。4.3影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素4.3.1晶體結(jié)構(gòu)金屬材36*①滑移的位錯(cuò)機(jī)制實(shí)際測(cè)得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論計(jì)算值低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)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(shuō)明位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)要克服阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自點(diǎn)陣阻力。

*①滑移的位錯(cuò)機(jī)制實(shí)際測(cè)得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論37②位錯(cuò)②位錯(cuò)38③位錯(cuò)立體圖③位錯(cuò)立體圖394.3.1.1位錯(cuò)間的交互作用產(chǎn)生的阻力類型（1）平行位錯(cuò)間交互作用產(chǎn)生的阻力；（2）運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)與林位錯(cuò)間交互作用產(chǎn)生的阻力。4.3.1.1位錯(cuò)間的交互作用產(chǎn)生的阻力類型（1）平行位錯(cuò)404.3.2晶界與亞結(jié)構(gòu)多晶體材料中晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的重要障礙，晶界越多，對(duì)材料屈服強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)越大。晶界增多晶粒內(nèi)位錯(cuò)塞積的長(zhǎng)度將縮短，其應(yīng)力集中程度不足以推動(dòng)相鄰晶粒內(nèi)的位錯(cuò)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(cuò)運(yùn)動(dòng)的重要障礙414.3.2.1晶界與亞晶界亞晶界實(shí)際上是由一系列刃型位錯(cuò)所組成的小角度晶界。4.3.2.1晶界與亞晶界亞晶界實(shí)際上是由一系列刃型位錯(cuò)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(yīng)力場(chǎng)。該力場(chǎng)與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生交互作用，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，從而使屈服強(qiáng)度提高產(chǎn)生固溶強(qiáng)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(qiáng)化實(shí)例4.3.3.1固溶強(qiáng)化實(shí)例44固溶強(qiáng)化的影響因素：①溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好；②溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化效果越好；③溶劑與溶質(zhì)原子價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好；④間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。固溶強(qiáng)化的影響因素：45軟基體＋硬第二相位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子（粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）彌散強(qiáng)化4.4.4第二相軟基體＋硬第二相位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒464.4.5溫度4.4.5溫度474.4.6應(yīng)變速率與應(yīng)力狀態(tài)在應(yīng)變速率較高的情況下，金屬材料的屈服應(yīng)力將顯著升高。應(yīng)力狀態(tài)的影響：切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度就越低。4.4.6應(yīng)變速率與應(yīng)力狀態(tài)在應(yīng)變速率較高的情況下，金屬材48小結(jié)金屬材料的屈服強(qiáng)度是一個(gè)對(duì)成分、組織、應(yīng)力狀態(tài)、溫度等極為敏感的力學(xué)性能。改變金屬材料的成分或熱處理都可使屈服強(qiáng)度產(chǎn)生明顯變化。對(duì)金屬材料感興趣的同學(xué)可以參考金屬學(xué)方面的參考書和資料。小結(jié)金屬材料的屈服強(qiáng)度是一個(gè)對(duì)成分、組織、應(yīng)力狀態(tài)、溫度等494.5應(yīng)變硬化定義：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化。應(yīng)變硬化是材料阻止繼續(xù)塑性變形的一種力學(xué)性能。絕大部分金屬和高分子材料具有應(yīng)變硬化。4.5應(yīng)變硬化定義：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段后，隨50強(qiáng)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(yīng)變硬化的利弊利弊變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；脆斷危險(xiǎn)性提高。強(qiáng)化金屬的重要途徑；應(yīng)變硬化的利弊利弊變形阻力提高，動(dòng)力消51＊4.5.1加工硬化指數(shù)n的實(shí)際意義反映了材料開(kāi)始屈服以后，繼續(xù)變形時(shí)材料的應(yīng)變硬化情況，它決定了材料開(kāi)始發(fā)生頸縮是的最大應(yīng)力。（σb或Sb）1)金屬的加工硬化指數(shù)（能力），對(duì)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