材料的塑性变形PPT课件
合集下载
材料的塑性变形
的原子间距最短，即位错b最小。 • 一种滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个可以滑
移的方式称为“滑移系”。
典型晶格的滑移系
FCC
FCC： • 滑移面：{111}，共有四个有效滑移面 • 滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向 • 滑移系数目：{111}4<110>3=12 • 4*3=12个
1、材料什么时候屈服？
有一滑移系达到临界分切应力
2、取向因子与什么有关系？
各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系
45
5.滑移时晶面的转动
• 5.滑移时晶面的转动
滑移 → 轴线偏离 → 夹头限制 → 晶 面转动
拉伸时转动结果：
（1）滑移面逐渐趋向轴向
（2）滑移方向逐渐趋向最大切应力 方向。
（3）试样两端受到夹头限制，会出 现晶面弯曲。
塑性变形的方式
通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、扭 折。 其中滑移是金属晶体材料塑性变形的基本方式。
一 滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
➢ 1. 滑移现象
➢ 将表面抛光过的试样进行拉伸，当应力超过材料的 屈服极限时，产生一定的塑性变形后即取下进行观 察，在光学显微镜下可以清晰地看到与拉伸轴成一 定角度的平行线条。
36
滑移系对性能的影响
➢ 滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈大，材料的 塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
➢ 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝。
➢ 具有密排六方晶格的镁及锌等，因其滑移系仅有3个， 故其塑性远较具有立方晶格的金属差。
移的方式称为“滑移系”。
典型晶格的滑移系
FCC
FCC： • 滑移面：{111}，共有四个有效滑移面 • 滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向 • 滑移系数目：{111}4<110>3=12 • 4*3=12个
1、材料什么时候屈服？
有一滑移系达到临界分切应力
2、取向因子与什么有关系？
各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系
45
5.滑移时晶面的转动
• 5.滑移时晶面的转动
滑移 → 轴线偏离 → 夹头限制 → 晶 面转动
拉伸时转动结果：
（1）滑移面逐渐趋向轴向
（2）滑移方向逐渐趋向最大切应力 方向。
（3）试样两端受到夹头限制，会出 现晶面弯曲。
塑性变形的方式
通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、扭 折。 其中滑移是金属晶体材料塑性变形的基本方式。
一 滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
➢ 1. 滑移现象
➢ 将表面抛光过的试样进行拉伸，当应力超过材料的 屈服极限时，产生一定的塑性变形后即取下进行观 察，在光学显微镜下可以清晰地看到与拉伸轴成一 定角度的平行线条。
36
滑移系对性能的影响
➢ 滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈大，材料的 塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
➢ 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝。
➢ 具有密排六方晶格的镁及锌等，因其滑移系仅有3个， 故其塑性远较具有立方晶格的金属差。
材料的力学性能课件10_塑性变形
材料的力学性能
Mechanical Properties of Materials
材料力学行为的机理分析
外加 载荷
弹性
断裂
环境 因素
加载方式
塑性
材料成分 组织结构
损伤
介质
加载速度
黏性
材料力学行为
失效
温度
材料力学行为的机理分析
• 第9章 弹性变形（2学时） • 第10章 塑性变形（2学时） • 第11章 断裂（4学时） • 第11章 损伤（2学时）
塑性变形的物理机制
单晶体应力应变曲线
①易滑移阶段（Ⅰ） 当τ达到晶体的τc后，应力增加不多，便 能产生相当大的变形，近似为线性流变阶 段。在阶段Ⅰ，晶体中位错密度低，分布 均匀，所以应变硬化速率很低，约为104G
②线性硬化阶段（Ⅱ） 位错密度增大到中等程度，滑移可以在几 组相交的滑移面中发生，但由于运动位错 之间的交互作用及其所形成不利于滑移的 结构状态，随应变量的增大，应变硬化十 分显著，应力与应变近似呈线性关系，应 变硬化速率大致为G/300。
塑性变形的影响
组织结构的变化
随着塑性变形程度的增加，各个晶粒的滑移方向逐渐向主形变方向转动，使多晶 体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为择优取向。 形变金属中的这种组织状态则称为形变织构。随着形变织构的形成，多晶体各向异性 也逐渐显现。 形变织构现象对于工业生产有时可加以利用，有时则要避免。
面心立方晶格 滑移系:4×3＝12
密排六方晶格 滑移系:1×3＝3
塑性变形的物理机制
单晶体的塑性变形
1、滑移
压缩
拉伸
滑移时晶面的转动
晶体发生转动的力偶
塑性变形的物理机制
Mechanical Properties of Materials
材料力学行为的机理分析
外加 载荷
弹性
断裂
环境 因素
加载方式
塑性
材料成分 组织结构
损伤
介质
加载速度
黏性
材料力学行为
失效
温度
材料力学行为的机理分析
• 第9章 弹性变形（2学时） • 第10章 塑性变形（2学时） • 第11章 断裂（4学时） • 第11章 损伤（2学时）
塑性变形的物理机制
单晶体应力应变曲线
①易滑移阶段（Ⅰ） 当τ达到晶体的τc后，应力增加不多，便 能产生相当大的变形，近似为线性流变阶 段。在阶段Ⅰ，晶体中位错密度低，分布 均匀，所以应变硬化速率很低，约为104G
②线性硬化阶段（Ⅱ） 位错密度增大到中等程度，滑移可以在几 组相交的滑移面中发生，但由于运动位错 之间的交互作用及其所形成不利于滑移的 结构状态，随应变量的增大，应变硬化十 分显著，应力与应变近似呈线性关系，应 变硬化速率大致为G/300。
塑性变形的影响
组织结构的变化
随着塑性变形程度的增加，各个晶粒的滑移方向逐渐向主形变方向转动，使多晶 体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为择优取向。 形变金属中的这种组织状态则称为形变织构。随着形变织构的形成，多晶体各向异性 也逐渐显现。 形变织构现象对于工业生产有时可加以利用，有时则要避免。
面心立方晶格 滑移系:4×3＝12
密排六方晶格 滑移系:1×3＝3
塑性变形的物理机制
单晶体的塑性变形
1、滑移
压缩
拉伸
滑移时晶面的转动
晶体发生转动的力偶
塑性变形的物理机制
3.1-3.2-塑性变形(共76张)
从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时， 晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状 发生变化。
如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和；由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数 量级；
实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级。这只能通过位错的产生及运动来解释。
（1） 滑移系统
滑移系统(xìtǒng)：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定的晶 面和方向进行。
滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原子最密堆积 面。
第5页，共76页。
[110]
体
面
（111）
心
心
格
格
子
子
滑移面（111）
滑移面（112）
体 心(tǐ
xīn)
格 子
滑移面（110）
体 心 格 子
A
B
第28页，共76页。
未滑移区
•A 位错线 B•
•A
B•
• 图中刃型位错AB的两端被位错网点钉住不能运动。若 沿柏氏
矢量b方向施加一切(yīqiè)应力，使位错沿滑移面向前滑移 运动。由于AB两端固定，所以位错线只能发生弯曲。而单位 长度位错线所受的滑移力Fd=τb,它总是与位错线本身垂直， 所以弯曲后的位错每一小段继续受到τb的作用沿它的法线 方向向外扩展，其两端则分别绕节点A，B发生回转。
•
•• •
•• • ••
•
••
•
••
12 3 4
1 2 3 4 ••••• ••••• •••• ••••• •••• ••••• •••• ••••
1234
如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和；由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数 量级；
实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级。这只能通过位错的产生及运动来解释。
（1） 滑移系统
滑移系统(xìtǒng)：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定的晶 面和方向进行。
滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原子最密堆积 面。
第5页，共76页。
[110]
体
面
（111）
心
心
格
格
子
子
滑移面（111）
滑移面（112）
体 心(tǐ
xīn)
格 子
滑移面（110）
体 心 格 子
A
B
第28页，共76页。
未滑移区
•A 位错线 B•
•A
B•
• 图中刃型位错AB的两端被位错网点钉住不能运动。若 沿柏氏
矢量b方向施加一切(yīqiè)应力，使位错沿滑移面向前滑移 运动。由于AB两端固定，所以位错线只能发生弯曲。而单位 长度位错线所受的滑移力Fd=τb,它总是与位错线本身垂直， 所以弯曲后的位错每一小段继续受到τb的作用沿它的法线 方向向外扩展，其两端则分别绕节点A，B发生回转。
•
•• •
•• • ••
•
••
•
••
12 3 4
1 2 3 4 ••••• ••••• •••• ••••• •••• ••••• •••• ••••
1234
材料的塑性变形1
29
如：沿 fcc 晶体[001]方向施加外力，力轴与四个{111}面的 夹角均为54.7°，力轴和四个<110>方向的夹角均为45°。此 时就会有几个滑移系同时产生滑移（多滑移）。
30
若发生双滑移或多系滑移，在表面上所见到的滑移线就不再 是一组平行线，会出现二组或多组的交叉形的滑移带。
铝在双滑移时产生的交叉形滑移带
35
二、孪生变形
孪生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向 相对于另一部分所发生的均匀切变。此切变并未使晶体点 阵发生变化，但却使切变区晶体取向与未切变区晶体呈镜 面对称。
孪生是冷塑性变形的 另一种重要形式。
常作为滑移不易进行 时的补充。
36
孪生变形： 发生切变的部分称孪生带或孪晶， 均匀切变区与未切变区的分界面称为孪晶界。 发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面； 孪生面的移动方向称为孪生方向。
不锈钢中的交叉滑移带
31
2）交滑移： 交滑移：是指两个或多个滑移面沿同一个滑移方向滑移。 交滑移实质：是螺位错在不改变滑移方向的情况下，从一个
滑移面滑到交线处，转到另一个滑移面的过程。 交滑移：表面滑移线是弯曲的折线，而不再是平直的。
螺位错XY的交滑移 a）滑移面为A面，b）交滑移到B面，c）再次滑移到A面
25
螺位错的滑移： 位错线向左移动一个原子间距，则晶体因滑移而产生的台阶
亦扩大了一个原子间距。
螺型位错滑移导致晶体塑性变形的过程 （a）原始状态的晶体；（b）（c）位错滑移中间阶段；（d）位错移出晶体表面，形成一个台阶。
26
晶体通过位错运动产生滑移时，只是位错中心的少数原子发 生移动，其移动距离远小于一个原子间距，因而所需临界切 应力小，这种现象称作位错的易动性。
教学课件PPT塑性变形及其性能指标
1、晶体结构： 2、晶界与亚结构：
3、溶质元素 4、第二相：
5、温度 6、应变速率与应力状态
四、应变硬化(形变强化)
0、定义： 随着变形量的增大，形变应力提高的现象。
四、应变硬化(形变强化)
1、应变硬化机理： (1)金属材料： ①多系滑移： 位错交互作用→形成割阶、位错锁和胞状结构等 →位错运动阻力增大→产生应变硬化。 ②交滑移： 刃位错随应变增加→密度增大→产生应变硬化。
§1.4 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理(已学、自学) 二、屈服现象与屈服强度
三、影响金属材料屈服强度的因素(自学) 四、应变硬化
五、抗拉强度与缩颈条件 六、塑性与塑性指标 七、超塑性
二、屈服现象与屈服强度
(2)屈服点(σs): 屈服时对应的应力值；
(3)上屈服点(σsu):
1、屈服现象：
力首次下降前的最大应力值； (4)下屈服点(σsl):
六、塑性与塑性指标
2、断面收缩率： 试样拉断后， 缩颈处横截面积(A1)的最大减缩量; 与原始横截面积(A0)的百分比， 符号ψ表示，即 ψ=(A0-A1)/A0×100％
七、超塑性
1、定义： 在一定条件下， 呈现非常大的伸长率(约1000％)， 而不发生缩颈和断裂的现象。
2、分类： 相变超塑性: 在变形过程中发生相变的超塑性。 结构超塑性： 在纯金属和单相合金的稳定结构中得到的 超塑性。
注：σb=K(n/e)n的推导详见第23页， 结合37页第10参考题将其弄懂。
六、塑性与塑性指标
塑性： 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
意义： 防止偶然过载造成危害； 保证机件正常运行； 有利于塑性加工和修复。
六、塑性与塑性指标
1、伸长率指标：
3、溶质元素 4、第二相：
5、温度 6、应变速率与应力状态
四、应变硬化(形变强化)
0、定义： 随着变形量的增大，形变应力提高的现象。
四、应变硬化(形变强化)
1、应变硬化机理： (1)金属材料： ①多系滑移： 位错交互作用→形成割阶、位错锁和胞状结构等 →位错运动阻力增大→产生应变硬化。 ②交滑移： 刃位错随应变增加→密度增大→产生应变硬化。
§1.4 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理(已学、自学) 二、屈服现象与屈服强度
三、影响金属材料屈服强度的因素(自学) 四、应变硬化
五、抗拉强度与缩颈条件 六、塑性与塑性指标 七、超塑性
二、屈服现象与屈服强度
(2)屈服点(σs): 屈服时对应的应力值；
(3)上屈服点(σsu):
1、屈服现象：
力首次下降前的最大应力值； (4)下屈服点(σsl):
六、塑性与塑性指标
2、断面收缩率： 试样拉断后， 缩颈处横截面积(A1)的最大减缩量; 与原始横截面积(A0)的百分比， 符号ψ表示，即 ψ=(A0-A1)/A0×100％
七、超塑性
1、定义： 在一定条件下， 呈现非常大的伸长率(约1000％)， 而不发生缩颈和断裂的现象。
2、分类： 相变超塑性: 在变形过程中发生相变的超塑性。 结构超塑性： 在纯金属和单相合金的稳定结构中得到的 超塑性。
注：σb=K(n/e)n的推导详见第23页， 结合37页第10参考题将其弄懂。
六、塑性与塑性指标
塑性： 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
意义： 防止偶然过载造成危害； 保证机件正常运行； 有利于塑性加工和修复。
六、塑性与塑性指标
1、伸长率指标：
《塑性变形》课件
详细描述
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
材料科学基础课件第八章材料的塑性变形
第一节 金属变形概述
弹性变形－塑性变形－断裂
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第一节 金属变形概述
第七章塑性变形 第一节金属变形概述
弹性变形： 变形可逆； 应力应变呈线性关系。 弹性模量：原子间结合力的反映和度量。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动； （2）强化机制 柯氏气团强化。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置一段时间或200℃加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响
二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化） 强化金属的重要途径； 利 提高材料使用安全性； （2）利弊 材料加工成型的保证。 弊 变形阻力提高，动力消耗增大； 脆断危险性提高。
第二节 单晶体的塑性变形
4 滑移时晶体的转动 （1）位向和晶面的变化 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于 平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：，远离45，滑移变得困难；（2）取向因子的变化 几何软化；，接近45，滑移变得容易。
第二节 单晶体的塑性变形
7 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
第二节 单晶体的塑性变形
弹性变形－塑性变形－断裂
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第一节 金属变形概述
第七章塑性变形 第一节金属变形概述
弹性变形： 变形可逆； 应力应变呈线性关系。 弹性模量：原子间结合力的反映和度量。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动； （2）强化机制 柯氏气团强化。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置一段时间或200℃加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响
二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化） 强化金属的重要途径； 利 提高材料使用安全性； （2）利弊 材料加工成型的保证。 弊 变形阻力提高，动力消耗增大； 脆断危险性提高。
第二节 单晶体的塑性变形
4 滑移时晶体的转动 （1）位向和晶面的变化 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于 平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：，远离45，滑移变得困难；（2）取向因子的变化 几何软化；，接近45，滑移变得容易。
第二节 单晶体的塑性变形
7 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
第二节 单晶体的塑性变形
材料的塑性变形ppt课件
修正：m’≈ G - G 或m’≈ G 。
10 50
30
14
2.3 晶格缺陷——位错
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
（1）定义：线状缺陷。
实际晶体在结晶时，受到杂质、温度变化或振动产 生的应力作用或晶体由于受到打击、切割等机械应力作 用，使晶体内部原子排列变形，原子行列间相互滑移， 不再符合理想晶体的有序排列，形成线状缺陷，即为位 错。
作用在晶体上的切应力与原子位移之间的关系：=msin 2π x b
τm——完整晶体屈服强度，晶 体受到的切应力超过τm后产生永久 变形，即为晶体的塑性变形。
a.E-x变化曲线； b. τ-x变化曲线
12
2.2 理想晶体的强度
在原子位移很小的情况下，-x曲线的斜率为/x, 故m 2π =
如果半个原子面在滑移面上方，称为正刃位错，以符 号“⊥”表示；反之称为负刃位错，以符号“┬”表示。 符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。
正刃位错
负刃位错
22
（2）位错的类型
b.螺位错——螺位错的产生
23
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
4
2.1 概述
2. 度量塑性的指标
延伸率：
L L0 100 %
L0
断面收缩率： A A0 100%
A0
工程上： 5% （塑性/韧性材料）
5% （脆性材料）
5
2.1 概述
3. 影响因素
①温度；（MgO高温下表现一定的塑性）。 ②加载方式；（拉应力、压应力）——铸铁施加压力表 现为塑性变形；受拉伸应力表现为脆性变形。
15
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
G E
2(1 )
：材料泊松比，表示侧向收缩能力 3)弹性变形量随材料的不同而异 。 4)工程上，弹性模量是材料刚度的度量
三、弹性的不完整性
加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力 的变化。
1．包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则 σe升高，反向加载则σe下降。
2. 弹性后效
切过粒子时必然产生一割阶，而割阶会妨碍整个位错 线的移动。
§7－5塑性变形对材料组织与性能的影响
一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带 2.晶粒将逐渐沿其变形方向伸长 ,
纤维组织
二、亚结构的变化
三、性能的变化
1．加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提 高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象
2G
1
( 2W )
eb
2) 位错与位错的交互作用产生的阻力
3) 运动位错交截后形成的扭折和割阶
4) 位错与其他晶体缺陷如点缺陷，其他位错、晶 界和第二相质点等交互作用产生的阻力
1 110 是纯刃型位错，滑
6 移面为（001） Lomer-cottrell位错
（二）孪生
1. 孪生变形过程 晶体的一部分相对另一部分在切应力作用下，沿特 定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变
在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间 有关
3. 弹性滞后
应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线 不重合而形成一封闭回线
4.黏弹性
黏性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便
会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不
能回复。
d
dt
§5－2单晶体的塑性变形
逐渐下降
§8－3多晶体的塑性变形
1．晶粒取向的影响 相互制约和协调性 5个独立的滑移系
2．晶界的影响
室温下晶界对滑移具有阻碍效应 霍尔—佩奇（Hall-Petch）公式:
1
s 0 Kd 2
T大于0.5Tm时，晶界弱化
§8－4 合金的塑性变形
• 单相固溶体合金 • 多相合金
一、单相固溶休合金的塑性变形
第五章 材料的变形
§5－1 材料的弹性变形
弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形
一、弹性变形的本质
原子 受力 偏离其平衡位置, 外力去除后，原子 恢复其原来的平衡位置
二、弹性变形的特征和弹性模量 1) 弹性变形是可逆变形。 2) 应力与应变之间服从虎克（Hooke）定律。
E G
一、单晶体的塑性变形 （一）滑移
1．滑移现象
滑移：晶体的一部分相对另一部分滑动一个或 若干个原子间距，造成晶体的永久变形
2. 滑移系
滑移是沿着一定的晶面和晶向运动， 这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”
滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向
一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系
2．其他性能的变化
a 金属的电阻率增高 b 金属的电阻温度系数下降，磁导率下降，热导率也有所
称为取向因子，也称Schmid因子
a) 与滑移系及取向因子有关
b)当滑移方向位于外力方向与滑移面法线所组成的平面上，此时
，
90o 取向因子写为
cos cos(90 ) 1 Sin2
2
450 时，取向因子最大,
S 最小，这种取向称为软取向，
反之称为硬取向
c） C 是一个真实反应晶体受力开始屈服的物理量，
取决于晶体中原子结合力
4.滑移时晶面的转动
拉伸时转动结果：
a)滑移面逐渐趋向轴向， b)滑移方向逐渐趋向最大切应力方向。 c)试样两端受到夹头限制，会出现晶面弯曲
5．多系滑移
出现两组或多组滑移线
6.交滑移
滑移线出现折线
6．滑移的位错机制
1) 点阵阻力
PN
2G
1
[ 2a ]
e (1 )b
• 第二相粒子尺寸与基体晶粒尺寸属同一数 量级，称为聚合型；
• 如果第二相粒子十分细小，并且弥散地分 布在基体晶粒内，称为弥散分布型。
1．聚合型合金的塑性变形
• 两相晶粒尺寸属同一数量级，且都为塑性相时， 则合金的变形能力取决于两相的体积分数。
• 如果两相中一个是塑性相，而另一个是硬脆相时， 则合金的机械性能主要取决于硬脆相的存在情况。
3.滑移的临界分切应力
当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时， 该滑移系方可以首先发生滑移， 该分切应力称为滑移的临界分切应力。
分切应力
P cos /( A0 / cos ) P / A cos cos cos cos
临界分切应力
c s cos cos
cos cos
2．孪生的特点
1) 临界切应力要比滑移时大得多 2) 以爆发方式和极高速度形成 3) 孪晶对晶体变形的贡献较小
3．孪晶的形式 变形孪晶
生长孪晶 退火孪晶
4．孪生的位错机制
二、扭折
三、单晶体的应力－应变曲线
Ⅰ阶段—易滑移阶段
104 G
Ⅱ阶段—线性硬化阶段
G
30
Ⅲ阶段—抛物线型硬化阶段
1.固溶强化
1）整个应力一应变曲线的水平提高 2）加工硬化速率增大
2.影响固溶强化效果的因素
1)原子数分数越高，强化作用也越大 2)原子尺寸相差越大，强化作用也越大 3)间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化
效果 4)价电子数相差越大，固溶强化作用越显著
3.屈服现象与应变时效
二、多相合金的塑性变形
（a）第二相粗大：变形只在基体中，第二相易破碎或周 围产生裂纹，合金强度塑性不好。
（b）第二相连续分布在晶界上，合金很脆。
2．弥散分布型合金的塑性变形
（1）不可变形粒子的强化作用
位错绕过障碍物的机制通常称为奥罗万机制，它 已被实验所证实。
适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共 格的情形。
（2）可变形微粒的强化作用 切割机制适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形
强化作用：
A 位错切过粒子后产生新的界面，提高了界面能。 B 若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，沿滑
移面产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。 C 由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周围产生共
格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。 D 由于粒子的层错能与基体的不同，扩展位错切过粒子
时，其宽度会产生变化，引起能量升高，从而强化。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一致，螺型位错线
2(1 )
：材料泊松比，表示侧向收缩能力 3)弹性变形量随材料的不同而异 。 4)工程上，弹性模量是材料刚度的度量
三、弹性的不完整性
加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力 的变化。
1．包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则 σe升高，反向加载则σe下降。
2. 弹性后效
切过粒子时必然产生一割阶，而割阶会妨碍整个位错 线的移动。
§7－5塑性变形对材料组织与性能的影响
一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带 2.晶粒将逐渐沿其变形方向伸长 ,
纤维组织
二、亚结构的变化
三、性能的变化
1．加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提 高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象
2G
1
( 2W )
eb
2) 位错与位错的交互作用产生的阻力
3) 运动位错交截后形成的扭折和割阶
4) 位错与其他晶体缺陷如点缺陷，其他位错、晶 界和第二相质点等交互作用产生的阻力
1 110 是纯刃型位错，滑
6 移面为（001） Lomer-cottrell位错
（二）孪生
1. 孪生变形过程 晶体的一部分相对另一部分在切应力作用下，沿特 定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变
在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间 有关
3. 弹性滞后
应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线 不重合而形成一封闭回线
4.黏弹性
黏性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便
会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不
能回复。
d
dt
§5－2单晶体的塑性变形
逐渐下降
§8－3多晶体的塑性变形
1．晶粒取向的影响 相互制约和协调性 5个独立的滑移系
2．晶界的影响
室温下晶界对滑移具有阻碍效应 霍尔—佩奇（Hall-Petch）公式:
1
s 0 Kd 2
T大于0.5Tm时，晶界弱化
§8－4 合金的塑性变形
• 单相固溶体合金 • 多相合金
一、单相固溶休合金的塑性变形
第五章 材料的变形
§5－1 材料的弹性变形
弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形
一、弹性变形的本质
原子 受力 偏离其平衡位置, 外力去除后，原子 恢复其原来的平衡位置
二、弹性变形的特征和弹性模量 1) 弹性变形是可逆变形。 2) 应力与应变之间服从虎克（Hooke）定律。
E G
一、单晶体的塑性变形 （一）滑移
1．滑移现象
滑移：晶体的一部分相对另一部分滑动一个或 若干个原子间距，造成晶体的永久变形
2. 滑移系
滑移是沿着一定的晶面和晶向运动， 这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”
滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向
一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系
2．其他性能的变化
a 金属的电阻率增高 b 金属的电阻温度系数下降，磁导率下降，热导率也有所
称为取向因子，也称Schmid因子
a) 与滑移系及取向因子有关
b)当滑移方向位于外力方向与滑移面法线所组成的平面上，此时
，
90o 取向因子写为
cos cos(90 ) 1 Sin2
2
450 时，取向因子最大,
S 最小，这种取向称为软取向，
反之称为硬取向
c） C 是一个真实反应晶体受力开始屈服的物理量，
取决于晶体中原子结合力
4.滑移时晶面的转动
拉伸时转动结果：
a)滑移面逐渐趋向轴向， b)滑移方向逐渐趋向最大切应力方向。 c)试样两端受到夹头限制，会出现晶面弯曲
5．多系滑移
出现两组或多组滑移线
6.交滑移
滑移线出现折线
6．滑移的位错机制
1) 点阵阻力
PN
2G
1
[ 2a ]
e (1 )b
• 第二相粒子尺寸与基体晶粒尺寸属同一数 量级，称为聚合型；
• 如果第二相粒子十分细小，并且弥散地分 布在基体晶粒内，称为弥散分布型。
1．聚合型合金的塑性变形
• 两相晶粒尺寸属同一数量级，且都为塑性相时， 则合金的变形能力取决于两相的体积分数。
• 如果两相中一个是塑性相，而另一个是硬脆相时， 则合金的机械性能主要取决于硬脆相的存在情况。
3.滑移的临界分切应力
当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时， 该滑移系方可以首先发生滑移， 该分切应力称为滑移的临界分切应力。
分切应力
P cos /( A0 / cos ) P / A cos cos cos cos
临界分切应力
c s cos cos
cos cos
2．孪生的特点
1) 临界切应力要比滑移时大得多 2) 以爆发方式和极高速度形成 3) 孪晶对晶体变形的贡献较小
3．孪晶的形式 变形孪晶
生长孪晶 退火孪晶
4．孪生的位错机制
二、扭折
三、单晶体的应力－应变曲线
Ⅰ阶段—易滑移阶段
104 G
Ⅱ阶段—线性硬化阶段
G
30
Ⅲ阶段—抛物线型硬化阶段
1.固溶强化
1）整个应力一应变曲线的水平提高 2）加工硬化速率增大
2.影响固溶强化效果的因素
1)原子数分数越高，强化作用也越大 2)原子尺寸相差越大，强化作用也越大 3)间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化
效果 4)价电子数相差越大，固溶强化作用越显著
3.屈服现象与应变时效
二、多相合金的塑性变形
（a）第二相粗大：变形只在基体中，第二相易破碎或周 围产生裂纹，合金强度塑性不好。
（b）第二相连续分布在晶界上，合金很脆。
2．弥散分布型合金的塑性变形
（1）不可变形粒子的强化作用
位错绕过障碍物的机制通常称为奥罗万机制，它 已被实验所证实。
适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共 格的情形。
（2）可变形微粒的强化作用 切割机制适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形
强化作用：
A 位错切过粒子后产生新的界面，提高了界面能。 B 若共格的粒子是一种有序结构，位错切过之后，沿滑
移面产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。 C 由于粒子的点阵常数与基体不一样，粒子周围产生共
格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。 D 由于粒子的层错能与基体的不同，扩展位错切过粒子
时，其宽度会产生变化，引起能量升高，从而强化。 E 由于基体和粒子中滑移面的取向不一致，螺型位错线