塑性變形講稿

1、塑性變形第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月材料的彈性變形與塑性變形第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月塑性變形第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、塑性變形的特點及方式 1、塑性變形的特點塑性變形是不可逆變形，變形度大，一般金屬的塑性遠大于彈性。金屬的塑性變形主要由切應力引起，只有切應力才能使晶體產(chǎn)生滑移或孿生變形。金屬塑性變形階段除了塑性變形本身外還伴隨有彈性變形和形變強化，其應力應變關系不再是簡單的直線關系。第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 高溫下，金屬塑性變形除了決定于應力外，還和溫度及時間有關,即高溫時間效應。 表征金屬塑性變形的力學性能

2、指標都是很敏感的性能指標。金屬塑性變形時還會引起應變硬化、內(nèi)應力及一些物理性能的變化。一、塑性變形的特點及方式 第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、塑性變形的方式 （1）滑移 slip 滑移是金屬材料在切應力作用下，位錯沿滑移面和滑移方向運動而進行的切變過程?；泼婧突品较虻慕M合稱為滑移系?；葡翟蕉啵饘俚乃苄栽胶?，但不是唯一因素。（2）孿生 twining 孿生亦是金屬材料在切應力作用下的一種塑性變形方式，孿生變形亦是沿特定的晶面和特定晶向進行的。一、塑性變形的特點及方式 第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、塑性變形的方式 （3）晶界滑動和擴散性蠕變 高溫下多

3、晶體金屬因晶界性質弱化，變形將集中于晶界進行，變形時可以是晶界切變滑動，也可以借助于晶界上空穴或間隙原子定向擴散遷移來實現(xiàn)。此種方式變形非切應力引起。一、塑性變形的特點及方式 第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、塑性變形的特點及方式 3、多晶體金屬的塑性變形特點 （1）各晶粒變形的不同時性 晶粒取向不同，取向有利的晶粒先變形。組織愈不均勻，起始塑性變形不同時性愈明顯。（2）各晶粒變形的不均勻性 不均勻性存在于各晶粒之間，基體金屬晶粒與第二相晶粒之間，即使同一晶粒內(nèi)部，各處的變形亦不均勻。結果，宏觀塑性變形量尚不大時，微觀局部可能變形很大，在內(nèi)應力作用下形成微裂紋，導致金屬材料的早

4、期斷裂。第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）各晶粒變形的相互協(xié)調性 多晶體作為一個連續(xù)整體，要求各晶粒之間能協(xié)調變形，否則將造成晶界開裂。故多晶體金屬塑性變形需要進行多系滑移，或在滑移同時進行孿生變形。 要求：每個晶粒至少必須有5個獨立的滑移系開動。一、塑性變形的特點及方式 第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物理屈服與屈服強度1、物理屈服現(xiàn)象屈服反映了材料內(nèi)部的某種物理過程，故也稱為物理屈服。 eR0ReHaReLRm（呂德斯帶）呂德斯帶：45塑性變形痕跡。當不斷出現(xiàn)呂德斯帶的過程就是屈服過程。第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物理屈服與屈服強度

5、位錯增殖理論解釋屈服 1、要增大位錯運動速率，必須有較高的外應力出現(xiàn)上屈服點 2、位錯大量增殖，可動位錯密度增大，為適應原先的應變速率，位錯運動速率必然會大大降低，相應應力也突然降低。第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物理屈服與屈服強度柯氏氣團解釋屈服繞著位錯線分布的間隙溶質原子柯氏氣團對位錯有“釘扎”作用一旦脫離“釘扎”，便可在較小的力下運動。第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物理屈服與屈服強度應變時效 卸載后，在室溫或較高溫度停留較長時間后再拉伸，物理屈服現(xiàn)象重現(xiàn)，出現(xiàn)新的屈服平臺，率高于卸載時應力-應變曲線。第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年

6、6月二、物理屈服與屈服強度2、影響屈服強度的內(nèi)在因素（1）金屬的本性及晶格類型 純金屬單晶體的屈服強度是使位錯開始運動的臨界切應力，其值由位錯運動所受各種阻力決定。不同的金屬及晶格類型，位錯運動所受的阻力不同，故彼此的屈服強度不同。點陣阻力在不受其他內(nèi)部應力場影響的前提下，使一個位錯線在完整晶體中運動所需要克服的阻力。（晶格阻力、派納力p-n）第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月G 切變模量； b柏氏矢量的模； 泊松比；a滑移面晶面間距； 位錯寬度， 由上式可知：p-n b或ap-n故位錯在滑移面的滑移方向上最易運動。二、物理屈服與屈服強度第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022

7、年6月.位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力 1、 平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力 2、 運動位錯與位錯林交互作用產(chǎn)生的阻力 比例系數(shù)； L位錯間距離； 位錯密度 平行位錯：為主滑移面中位錯的密度林位錯：為位錯林的密度 由上式知：，故屈服強度。 位錯林晶體中位錯呈空間網(wǎng)狀分布，對某一個位錯線來講，其滑移面 和其它一些位錯線是相交的，則這些相交叉的位錯線即稱林位錯。 二、物理屈服與屈服強度第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）晶粒大小和亞結構（細晶強化）晶粒尺寸晶界位錯運動障礙數(shù)目，位錯塞積群長度s許多金屬與合金s與晶粒大小均符合霍爾派奇（Hall-Petch）公式：i位錯在基體金屬中運動的總

8、阻力，亦稱磨擦阻力； ky度量晶界對強化貢獻大小的釘扎常數(shù)； d 晶粒平均直徑。亞晶界、相界的作用與晶界類似，均阻礙位錯運動，霍爾派奇公式適用。二、物理屈服與屈服強度第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、物理屈服與屈服強度第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）溶質元素 （固溶強化） 純金屬中加入溶質元素，形成間隙或置換固溶體，顯著地提高了屈服強度固溶強化 固溶體中溶質原子越多，強化效果越好； 固溶強化效果：間隙型置換型二、物理屈服與屈服強度第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 第二相質點的強化效果與質點本身在屈服變形過程中能否變形有很大關系，據(jù)此將第二

9、相質點分為兩類：彌散型和聚合型 （4）第二相的影響二、物理屈服與屈服強度第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1）彌散型位錯繞過第二相，按照這種方式，位錯運動的阻力主要來自彎曲位錯的線張力： 二、物理屈服與屈服強度第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月如果再考慮到質點大小的影響，則位錯線的運動阻力為： L相鄰質點的間距；r質點半徑； G切變模量；b柏氏矢量 由上式可知： 當rb時，隨著L，即第二相質點數(shù)量越多，越分散，材料的屈服強度就越高。隨著繞過質點的位錯數(shù)量 ，留下的位錯環(huán) ，質點間距，屈服強度 。二、物理屈服與屈服強度第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6

10、月2）聚合型 對于可變形的第二相質點，位錯可以切過，使之同基體一起產(chǎn)生變形，由此也能提高s。 原因：由于質點與基體間晶格錯排及位錯切過第二相質點產(chǎn)生新的界面需要作功等原因造成的。 此類質點強化效果的影響因素：粒子本身性質及其與基體結合情況；粒子尺寸、形狀、數(shù)量；第二相與基體的強度、塑性、應變硬化特性、兩相晶體學配合、界面能等。二、物理屈服與屈服強度第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、影響屈服強度的外在因素 （1） 溫度 T金屬材料的屈服強度，但金屬晶體結構不一樣，其變化趨勢不一樣。 （2） 應變速率 應變速率金屬材料的強度，但屈服強度隨應變速率的變化比抗拉強度的變化劇烈（應變

11、速率硬化現(xiàn)象）；（3） 應力狀態(tài) 切應力分量愈大愈有利于塑性變形屈服強度愈低。 扭轉s 拉伸s 彎曲s 不同應力狀態(tài)下材料屈服強度不同，并非是材料性質變化，而是材料不同條件下表現(xiàn)的力學行為不同而已。二、物理屈服與屈服強度第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 1、定義金屬材料經(jīng)過預先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應變小于14%），而后再同向加載，則規(guī)定延伸強度與屈服強度升高；反向加載，規(guī)定延伸強度與屈服強度降低的現(xiàn)象。（圖3-17）三、包辛格（Bauschinger）效應 2、形成機理 在金屬預先受載產(chǎn)生少量塑性變形時，位錯沿某一滑移面運動，遇林位錯而彎曲在位錯前方，林位錯密度增加，形

12、成位錯纏結，該位錯結構在力學上穩(wěn)定。 如果此時卸載并隨后同向加載，位錯線不能顯著運動，宏觀上表現(xiàn)為規(guī)定殘余伸長應力增加； 如果卸載后施加反向力，位錯被迫反向運動，在反向路徑上，林位錯等障礙數(shù)量少，位錯可以在較低應力下移動較大距離，即規(guī)定殘余伸長應力降低。第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、消除方法（1）預先經(jīng)受較大的塑性變形；（2）在第二次反向受力前使金屬材料于回復或再結晶溫度下退火。 三、包辛格（Bauschinger）效應第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月四、屈服后的變形 1、 應變硬化性能 當外力超過s后，需要不斷增加外力塑性變形才能繼續(xù)，這就表明金屬材

13、料有一種阻止繼續(xù)塑性變形的能力，即應變硬化性能。應變硬化現(xiàn)象流動應力隨應變的增加而增加的現(xiàn)象。 2、 應變硬化指數(shù) （n）應變硬化指數(shù)是表征材料屈服后對繼續(xù)塑性變形的抗力。 n=0 沒有應變硬化能力 n=1材料為完全理想的彈性體 n一般在0.050.5之間第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月影響因素： （1）材料的層錯能位錯在障礙附近的應力集中水平 n （2）金屬材料的強度級別n，實驗結果表明：ns=常數(shù) （3）金屬材料加工狀態(tài)：退火態(tài)：n大；冷加工態(tài)：n小 （4）晶粒粗化n 第二十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月應變硬化指數(shù)的測定 應變硬化指數(shù)n可按GB5028-85金屬薄板拉伸應變硬化指數(shù)(n值)試驗方法進行測定。一般常用直線作圖法求得。 對式S = Ken 兩邊取對數(shù)，得 lgS=lgK+nlge 可見,lgS-lge呈直線關系。在應力應變曲線上確定幾個點的 、 值，再按S （1）、e=ln(1+)計算出S、e,然后作出lgS-lge曲線，直線的斜率就是所求的n值。第二十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、