2.3-2.6 金属材料的塑性变形
材料的塑性变形
完整晶体原子排列位置
8
2.2 理想晶体的强度
假定在晶体特定的晶面及结晶向上施加切应力τ,引起晶体 上半部分相对于下半部分沿两层原子间MN面上移动,如图所示 ，在切应力作用下，势必引起MN面上原子同时移动，同时切 断MN面上所有的原子键，此过程为晶体的整体滑移，
上、下半晶体相对移动
9
2.2 理想晶体的强度
32
2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路
（2）柏氏矢量的性质与表示方法
柏氏矢量具有守恒性,具体表现在如下： ➢柏氏矢量与柏氏回路的起点、形状、大小和位置无关, 只要回路不与其他位错线或原位错线相遇，则回路所包 含的晶格畸变总量不会改变； ➢一条位错线具有唯一的柏氏矢量，即位错线各部分的 柏氏矢量均相同； ➢若几条位错线汇交于一点时，则指向节点的各位错的 柏氏矢量之和等于离开结点的各位错柏氏矢量之和，
螺形位错 示意图
26
（2）位错的类型
b.螺位错—几何特征
①位错线与原子滑移方向 平行；
②位错线（ZHOU）围原子 的配置是螺旋状的,即形成螺 位错后,原来与位错线垂直的 晶面，变为以位错线为中心 轴的螺旋面，
27
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
（2）位错的类型
c.混合位错
如果在外力τ作用下,两部分之间发生相对滑移,在晶 体内部已滑移部分和未滑移部分的交线既不垂直也不平 行于滑移方向（伯氏矢量b），这样的位错称为混合位 错，如下图所示，位错线上任一点，经矢量分解后，可 分解为刃位错与螺位错分量。
滑移面一侧质点相对于另一侧质点的相对滑移或畸变， 由伯格斯于1939年首先提出，故称为伯格斯矢量，简称 为伯氏矢量，
30
2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路
什么是金属材料的塑性
什么是金属材料的塑性金属材料的塑性是指金属在外力作用下发生塑性变形的能力。
金属材料的塑性是金属材料的重要性能之一，也是金属材料在工程中得以广泛应用的重要原因之一。
金属材料的塑性是由金属的晶格结构和金属原子之间的结合方式决定的。
金属的晶格结构是由金属原子通过离子键、金属键和共价键等方式结合而成的，这种结构决定了金属材料具有良好的塑性。
金属原子之间的结合方式使得金属材料在外力作用下可以发生滑移、滚动和变形等现象，从而使得金属材料可以在一定范围内发生塑性变形。
金属材料的塑性还与金属的晶粒大小和形状有关。
通常情况下，晶粒越小，金属材料的塑性越好。
因为在外力作用下，晶粒边界处会发生滑移，当晶粒越小时，晶粒边界越多，滑移的障碍也越多，从而使得金属材料的塑性增强。
此外，金属材料的晶粒形状也会影响金属材料的塑性，一般来说，形状规则的晶粒对金属材料的塑性有利。
在金属材料的塑性变形过程中，金属材料会发生变形硬化现象。
变形硬化是指金属材料在塑性变形过程中，由于晶粒滑移和滚动等现象所导致的金属材料的抗变形能力增强。
变形硬化可以使得金属材料在一定程度上提高抗拉强度和硬度，但也会降低金属材料的塑性。
因此，在金属材料的加工过程中，需要根据具体情况合理控制变形硬化的程度，以保证金属材料的塑性和强度之间的平衡。
金属材料的塑性是金属材料在工程中得以广泛应用的重要原因之一。
由于金属材料具有良好的塑性，可以通过压力加工、拉伸加工、挤压加工等方式对金属材料进行成型和加工，从而制备出各种形状和结构的零部件和构件。
金属材料的塑性还使得金属材料可以在受力情况下发生一定程度的变形而不破坏，这为金属材料的使用和维护提供了便利。
总之，金属材料的塑性是金属材料的重要性能之一，是由金属的晶格结构和金属原子之间的结合方式决定的。
金属材料的塑性使得金属材料在工程中得以广泛应用，并为各种工程和制造提供了便利。
通过合理控制变形硬化的程度，可以充分发挥金属材料的塑性，从而更好地满足工程和制造的需求。
金属材料的塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。
金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。
金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。
一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。
塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。
此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。
字串2编辑本段金属材料的硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。
它是金属材料的重要性能指标之一。
一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度（HR）当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
根据试验材料硬度的不同，分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
金属材料的塑性变形
§3．2 金属的形变强化
3.2.1 形变强化现象 金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生
很大的变化，最明显的特点是强度随变形 程度的增加而大为提高，其塑性却随之有 较大的降低，这种现象称为形变强化，也 称为加工硬化或冷作硬化。
加工硬化（形变强化 —— 强化材料的手段之一）
金属在冷变形时，强度、硬度↑ ，塑性、韧性↓。
3.2.2 塑性变形后金属的组织结构变化
⑴晶粒碎化，亚结构增多。
⑵晶粒拉长，出现纤维状组织。
塑性变形会使多晶体金属的晶粒、晶界形状、 晶界上杂质元素的分布都出现沿变形方向的延 伸。如果塑性变形量很大，晶界会变得模糊不 清，只剩下沿变形方向的一条条纤维状条纹。 这种组织称为纤维状组织。多晶体金属塑性变 形时各个晶粒的取向还会发生一定的变化，即 处于软位向的晶粒会边变形边向硬位向转动。 所以当塑性变形量很大时还会使各个晶粒的取 向基本一致而产生织构，并造成各向异性。
金属材料的塑性变形
实际上，单晶体的滑移变形除了晶体内 两部分彼此以刚性的整体相对滑移外， 晶体内部的各种缺陷（尤其是位错）的 运动更容易产生滑移，而且位错运动所 需切应力远远小于刚性的整体滑移所需 的切应力。当位错运动到晶体表面时， 晶体就产生了塑性变形。
2．孪生
晶体变形的另一种方式是孪生。孪生变形 是在切应力作用下，晶体的一部分对应于 一定的晶面（孪晶面）沿一定方向进行的 相对移动。原子移动的距离与原子离开孪 晶面的距离成正比，每个相邻原子间的位 移只有一个原子间距的几分之一，但许多 层晶面累积起来的位移便可形成比原子间 距大许多的变形。
3.3.1 回复
加工硬化后的金属，在加热到一定温度后， 原子获得热能，使原子得以恢复正常排列， 消除了晶格扭曲，可使加工硬化得到部分 消除。这一过程称为回复。
金属材料的塑性指标
金属材料的塑性指标
金属材料的塑性指标是指金属在受力作用下发生塑性变形的能力。
塑性指标是
评价金属材料加工性能的重要指标之一，对于金属材料的选择和加工具有重要的指导作用。
常见的金属材料的塑性指标包括屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等。
首先，屈服强度是金属材料在拉伸试验中开始发生塑性变形时的应力值。
屈服
强度越大，表示金属材料的抗拉性能越好，具有更高的塑性。
屈服强度是评价金属材料抗拉性能的重要参数，对于金属材料在工程结构中的应用具有重要的指导意义。
其次，延伸率是金属材料在拉伸试验中断裂前的变形量与原始标距的比值。
延
伸率越大，表示金属材料的塑性越好，具有更好的加工性能。
延伸率是评价金属材料加工性能的重要指标之一，对于金属材料的选择和加工具有重要的指导作用。
另外，冷加工硬化指数是金属材料在冷加工过程中硬化速率的指标。
冷加工硬
化指数越小，表示金属材料的塑性越好，具有更好的冷加工性能。
冷加工硬化指数是评价金属材料冷加工性能的重要参数，对于金属材料的冷加工工艺设计具有重要的指导意义。
总之，金属材料的塑性指标是评价金属材料加工性能的重要指标，对于金属材
料的选择和加工具有重要的指导作用。
通过对金属材料的屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等塑性指标的评价，可以有效地指导金属材料的应用和加工工艺的设计，提高金属材料的加工质量和效率，促进金属材料在工程结构中的应用。
因此，加强对金属材料塑性指标的研究和应用具有重要的意义，有助于推动金属材料领域的发展和进步。
金属塑性变形原理
金属塑性变形原理金属塑性变形是指金属材料经过外力作用下，由原来的固态结构发生变形，而不会恢复到原始形状的现象。
金属塑性变形是金属加工过程中的重要现象，也是金属材料学的基础知识之一。
金属塑性变形的原理是金属材料内部的晶体结构发生改变。
金属的晶体结构由原子或离子组成，其中原子或离子按照一定的方式排列，形成了晶体的结晶格，并且由晶粒间的晶界分隔开来。
在金属塑性变形过程中，加入的外力使得原子或离子离开原来的位置，发生位移，并且使得晶粒间的晶格发生变形。
在外力作用下，晶粒内的晶界也会发生位移，产生滑移。
滑移是金属塑性变形的基本机制之一。
滑移是指晶体中的原子或离子在晶胞内沿着特定的晶面或晶轴方向移动，形成滑移面和滑移方向。
滑移是一种原子密集度不变的塑性变形方式，即滑移面上的原子密集度和滑移前后相等。
滑移过程中，原子或离子之间的相互作用能量发生改变，导致滑移力的产生。
滑移力的产生使晶体产生滑移应力，使得滑移面上的原子或离子沿着滑移方向发生位移，从而引起整个晶粒的塑性变形。
除了滑移，金属材料的塑性变形还涉及扩散、再结晶等机制。
扩散是指金属内部原子或离子相互扩散，使得原子或离子重新排列，从而使晶体发生塑性变形。
再结晶是指金属材料在过度变形后，晶体结构发生重组，原晶体结构消失而形成新的晶体结构的过程。
再结晶是一种细化晶粒的方法，可以提高金属材料的塑性、延展性和硬度。
金属塑性变形的原理还与金属材料的晶体结构、晶界、晶体缺陷等因素有关。
金属材料的晶体结构与晶粒尺寸、晶粒取向有关，不同的晶体结构对塑性变形的机制有影响。
晶界是指晶粒之间的界面，晶界对金属材料的弹性和塑性性能有重要影响。
晶体缺陷包括晶体缺陷、晶界缺陷和位错等，对金属塑性变形有密切关系。
总之，金属塑性变形是金属加工中的重要现象，其原理涉及滑移、扩散、再结晶等机制。
金属塑性变形的机制与金属材料的晶体结构、晶界、晶体缺陷密切相关，对金属材料的性能和加工性能有重要影响。
金属材料的塑性变形课件
热轧工艺
总结词
热轧工艺是一种在高温下对金属材料进行塑性变形的加工方法，通过将金属材料加热至一定温度后进 行轧制，使其发生塑性变形。
详细描述
热轧工艺通常在高温下进行，将金属材料加热至其塑性变形温度范围后进行轧制。在轧制过程中，金 属材料的晶格结构发生变化，导致其形状和尺寸发生改变。热轧工艺可以生产出大尺寸、形状简单的 金属制品，广泛应用于钢铁、铜、铝等金属材料的加工。
金属材料的塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生相对移动
。
孪生
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生较大的相 对移动，但不改变晶体的对称性
的变形方式。
晶界滑移
晶界在切应力的作用下发生相对 移动，使整个晶体发生变形。
形加工，以确保其性能和安全性。
05
金属材料塑性变形的挑战与展 望
金属材料塑性变形的挑战
01
加工硬化
金属在塑性变形过程中，随着 变形程度的增加，材料的强度 和硬度逐渐提高，导致继续变 形所需的应力不断增加。这使 得金属的塑性变形变得困难， 甚至可能导致加工中止。
02
温度影响
金属材料的塑性变形受温度影 响较大。在低温环境下，金属 材料的塑性变形能力会显著降 低，可能导致脆性断裂。而在 高温环境下，金属可能会发生 氧化、腐蚀等反应，影响其力 学性能。
锻造工艺
总结词
锻造工艺是一种通过施加外力使金属材 料发生塑性变形的加工方法，通常在高 温或室温下进行。
VS
详细描述
锻造工艺可以通过多种方式实现，如自由 锻、模锻等。在锻造过程中，金属材料被 施加外力，使其发生塑性变形，以获得所 需的形状和性能。锻造工艺可以生产出高 强度、高韧性的金属制品，广泛应用于航 空、汽车、船舶等领域的金属加工。
第五章 金属材料的塑性变形(共26张PPT)
1。回复阶段：在再结晶温度〔T再一般大于0.4Tm 〕以下的温度。 只发生晶格内部的变化，变形晶粒外形不变，加工硬化保存，但内应
力下降。 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。
2。再结晶阶段：在再结晶温度〔T再〕以上的温度。 逐渐形成与原始变形晶粒晶格相同的等轴晶粒，加工硬化、内应力完
多晶体的塑性变按形过加程热温度的不同，可分为三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大
冷加工(35%变形)后晶粒 再结晶过程中显微组织的变化 580C加热8秒后,再结晶晶粒全部取代了变形晶粒 只发生晶格内部的变化，变形晶粒外形不变，加工硬化保存，但内应力下降。 塑性变形对性能的影响： 按加热温度的不同，可分为三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大 滑移与孪生后外表形貌的差异 580C加热3秒钟后出现非常细小的晶粒 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。 第二节 多晶体金属的塑性变形
第五章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体的塑性变形 一、滑移
• 其特征是： • 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍， • 滑移后滑移面两侧的晶体位向保持不变，
• 滑移的结果使晶体产生台阶。
1、单晶体的滑移
铜单晶塑性变形后外表的滑 移带
单晶体塑性变形时滑移带的形成过程
2、晶体中的孪生：
2、பைடு நூலகம்生
晶体孪生示意图
一、多晶体塑性变形的特点
多晶体受外力作用时，各晶粒的滑移系上均受到分切应力的作用，但 1。
再结晶过程中显微组织的变化
塑性变1形、对性再能的结影晶响：温度： T = 0.4Tm
晶体的取向不同，虽然试样开始屈服时〔即开始滑移时〕的屈服强度变化很大，但是计算出的分切应力总是一个定值，这个值称为临界分 切应力，这个规律叫临界分切应力定律。 (c)316℃加热1小时的组织，可见再结晶的晶粒及未发生再结晶的晶粒。 ⑵ 因变形不均匀，残留内应力，易变形开裂，且耐蚀性下降。 故当φ=45°时m有最大值1/2。 4 滑移的临界分切应力 加热促使原子运动，使以下转变得以进行。 首先“开动〞的是“软取向〞，同时这些晶粒发生转动，而变成“硬取向〞。 塑性变形对性能的影响： 在这张照片中,“菱型〞为位错在样品中的位置. 2、晶粒间位向差阻碍滑移进行 塑性变形对性能的影响： 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。 三、塑性变形对金属组织性能的影响
材料的塑性变形
金属板材的强度与变形能力关系研究
金属板材的强度与变形能力关系研究在工程领域中，金属板材的强度和变形能力是非常重要的衡量指标。
金属板材广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑结构等领域，因此对其强度与变形能力关系的研究具有重要的实际意义。
本文将深入探讨金属板材的强度与变形能力之间的关系，从不同角度进行评估和分析。
1. 强度与变形能力的概念1.1 强度：强度是指金属材料在受力作用下抵抗破坏的能力。
通常使用抗拉强度（Tensile strength）来衡量金属的强度。
1.2 变形能力：变形能力是指金属材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
塑性变形是指金属在外力作用下能够发生可逆的形变。
2. 强度与变形能力的影响因素2.1 材料性质：材料的组成和微观结构对其强度和变形能力有重要影响。
晶粒大小、晶界、位错等微观结构参数会影响材料的塑性变形行为。
2.2 加工工艺：加工工艺对金属板材的强度和变形能力也有显著影响。
如冷加工可以提高金属材料的强度，但可能降低其变形能力。
2.3 温度：温度对金属板材的强度和变形能力有显著影响。
对于某些金属材料来说，升高温度可以提高其变形能力，但可能降低其强度。
3. 强度与变形能力的关系模型3.1 总结与回顾性内容：强度与变形能力的关系是一个复杂的问题，往往需要综合考虑材料的性质、加工工艺和温度等因素。
通常可以使用应力-应变曲线来描述金属材料的强度和变形能力的关系。
3.2 应力-应变曲线：应力-应变曲线是通过将金属板材施加不同程度的外力，测量应力和应变的关系得到的曲线。
通常包括弹性阶段、屈服阶段、硬化阶段和断裂阶段等阶段。
3.3 弹性阶段：在弹性阶段，金属板材受力后能够完全恢复到原始形状，不会发生可见的塑性变形。
弹性模量是描述金属材料强度的重要指标。
3.4 屈服阶段：在屈服阶段，金属板材受到一定程度的外力作用后发生可见的塑性变形，应变增大比应力增大更快。
屈服强度是描述金属材料变形能力的重要指标。
3.5 硬化阶段：在硬化阶段，金属板材继续受力导致进一步的塑性变形，但增大的应力比增大的应变要小。
材料的塑性指标
材料的塑性指标塑性指标是材料力学性能的重要参数之一，它反映了材料在受力作用下的变形能力和抗变形能力。
塑性指标的大小直接影响着材料的加工性能和使用性能，因此对于不同类型的材料，其塑性指标的测试与评价显得尤为重要。
一、金属材料的塑性指标。
金属材料是工程中应用最广泛的一类材料，其塑性指标主要包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指标。
屈服强度是金属材料在受力过程中开始发生塑性变形的应力值，通常用σs表示；延伸率是金属材料在拉伸断裂前的变形量与原始标距之比，通常用δ表示；冷加工硬化指标是金属材料在冷加工过程中硬化的程度，通常用n表示。
这三个指标综合反映了金属材料的塑性变形能力和抗变形能力。
二、塑料材料的塑性指标。
塑料材料是一类非晶态材料，其塑性指标主要包括拉伸强度、断裂伸长率和热变形温度指标。
拉伸强度是塑料材料在拉伸过程中发生破坏的应力值，通常用σb表示；断裂伸长率是塑料材料在拉伸断裂前的变形量与原始标距之比，通常用δ表示；热变形温度指标是塑料材料在一定应力条件下发生热变形的温度范围，通常用Tf表示。
这三个指标综合反映了塑料材料的塑性变形能力和抗变形能力。
三、复合材料的塑性指标。
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新型材料，其塑性指标主要包括屈服强度、断裂伸长率和热变形温度指标。
屈服强度是复合材料在受力过程中开始发生塑性变形的应力值，通常用σs表示；断裂伸长率是复合材料在拉伸断裂前的变形量与原始标距之比，通常用δ表示；热变形温度指标是复合材料在一定应力条件下发生热变形的温度范围，通常用Tf表示。
这三个指标综合反映了复合材料的塑性变形能力和抗变形能力。
综上所述，材料的塑性指标是评价材料塑性变形能力和抗变形能力的重要依据，不同类型的材料有着不同的塑性指标测试方法和评价标准，通过对材料的塑性指标进行科学准确的测试和评价，可以为材料的设计选择、加工制造和使用提供重要参考依据。
金属材料的弹性变形与塑性变形
3. 加工硬化指数n的实际意义
反映了材料开始屈服以后，继续变形时材料的 应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时 的最大应力。（σb或Sb） 1)金属的加工硬化指数（能力），对冷加工成型 很重要（n决定开始颈缩时的最大应力和最大 均匀变形量，n=0材料能否冷加工？） 。低碳 钢有较高的n,n约为0.2。 汽车身板铝合金 化 ，其n值较低，冷加工或冲压性能差。 2)对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工 硬化能力，是零件安全使用的可靠保证。 3)形变强化是提高材料强度的重要手段。
δ（塑性变形）=均匀塑性变形+集中塑性变形 Δ5:l0=5d0(小试样) δ1 0:l0=10d0（大试样） （试样长度对δ有影响?) δgt:最大力下的总伸长率表示材料塑性，最大力
理论上:由于它是金属变形时长程内应力的度
量(可用X光方法测定) ,所以,包辛格效应可用 来研究材料加工硬化的机制.
工程上:
材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应. 输油管UOE工艺 包辛格效应大的材料，内应力较大。 包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系
清除包辛格效应的方法
预先进行较大的塑性变形,或 在第二次反向受力前先使金属材 料于回复或再结晶温度下退火,如 钢在400-500℃以上.
明显。
机械设计中，刚度是第一位的，它保证精度，曲轴 的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。
不同类型的材料，其弹性模量差别很大。
材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的 结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可 以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材 料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。
⑵规定残留伸长应力(σγ) σr0.2
⑶规定总伸长应力(σt)
σt0.5
金属材料性能与塑性变形
来计算硬度值。
根据试样大小、厚薄选择载荷：（F=0.098～9.8N） 适合测定极薄试样表面的硬度和表面硬化层的硬度高低。 2）表示方法： 例：640HV30 表示：实验力：30Kg；时间：10~15s 表面的硬度值：640HV
同样数值越大，表示硬度越高。
32
四、冲击韧性
（瞬间动载荷）
33
1）定义
弹性变形阶段
缩颈阶段
屈服阶段
断裂。
强化阶段
断裂形式：
韧性断裂——纤维状断口 脆性断裂——冰糖块状断口 疲劳断裂——贝壳状断口
拉伸曲线图
21
3.强度指标（ σe ；σs ；σb）
1）弹性极限
定义：指在外力作用下由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。 或指完全卸载后不产生永久变形时所能承受的最大应力。
23
对于大多数没有明显的屈服现象的金属材料。 定义：条件屈服强度： （ σ0.2 ） 规定：产生0.2%残余伸长时的应力作为条件屈服强度。
指出：
是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。
24
3）抗拉强度
定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的
最大应力，故又称强度极限。
解决办法：去应力退火 。
17
§2.金属的力学性能 1.定义：
金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下 ，没 有超过许可变形或不破坏的能力——称作金属的力学性能。
2.力学性能指标
主要包括： 强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度。
力学性能指标是选择、使用金属材料的重要依据。
18
一、强度 1）定义
金属在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。
3）均匀组织；
【知识】金属材料的塑性变形（免费下载ppt）
【知识】金属材料的塑性变形（免费下载ppt）
塑性变形是一种不可自行恢复的变形。
工程材料及构件受载超过弹性变形范围之后将发生永久的变形，即卸除载荷后将出现不可恢复的变形，或称残余变形，这就是塑性变形。
不是任何工程材料都具有塑性变形的能力。
金属、塑料等都具有不同程度的塑性变形能力，故可称为塑性材料。
玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料则无塑性变形能力。
工程构件设计吋一般不允许出现明显的塑性变形，否则构件将不能维持原先的形状甚至发生断裂。
为此，小编收集了一份塑性变形的105页PPT，希望对大家有用！下面是部分内容：
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来源：材料基（ID：cailiaoji）编辑整理自网络资料，来源中国农业大学工学院。
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可使铸态组织中的气孔、
疏松及微裂纹焊合，提高 金属致密度。
2）细化晶粒 使铸态的粗大树枝晶通过 变形和再结晶的过程而变成 较细的晶粒；
锻 压
热加工动态再 结晶示意图
一些高合金钢中的莱氏体和
大块初生碳化物可被打碎并 使其分布均匀等。
3）力学性能提高
工业上凡是受复杂、较大
2.3~2.6 金属的塑性变形
重点：塑性变形对 金属组织和性能的 影响。 难点：塑性变形的 机理。
5万吨水压机
塑性变形的目的：
1、制造零件毛坯、型材； 2、改善材料组织和性能。
2.3.1 单晶体的塑性变形
外 力 在 晶 面 上 的 分 解 切 应 力 作 用 下 的 变 形 锌 单 晶 的 拉 伸 照 片
负荷作用的重要零件都需 经过热加工方式制成。
材料 状态
бb
MPa 490 519
бs
MPa 245 304
δ
/ % 15 20
aK
J/cm2 0.34 0.69
铸造
Q245
热 加 工
4) 出现纤维组织
在 热 加 工 过 程 中 铸 态 金
属的偏析、夹杂物、第二 相、晶界等逐渐沿变形方 向延展，在宏观工件上勾 画出一个个线条。
冷轧板的变形度严格控制在30%-60%内。
2.6
金属的热加工
一、定义 热加工：再结晶温度以上进 行的压力加工 冷加工：再结晶温度以下进 行的压力加工。
轧制
模锻
拉拔
Sn Pb
15 15
W
1200
例1、钨的再结晶温度约为
1200℃ ， 因 此 ， 即 使 在 1000℃进行变形加工也属于 冷加工。
3、滑移的机理 滑移是借助位错运动实现的。
多 脚 虫 的 爬 行
因此，金属塑性变形的实质是 位错运动。
晶体通过位错运动产生滑移
时，只在位错中心的少数原
子发生移动，它们移动的距
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。
刃位错的运动
3、多晶体塑性变形的特点 1）各晶粒变形的不同时性和不 均匀性。 C A
B
（2）塑性变形的协调性； （3）塑性变形由不均匀性到均匀； （4）细晶强化：
晶界对塑性变形的影响
晶粒越细，强度和硬度越高。
系金晶 属粒 强大 度小 关与
原因：晶界面积越大，位错障碍越多
，塑性变形的抗力越高。
晶粒越细，其塑性和韧性越高 原因：
① 晶粒越细→变形越均匀→应 力集中小→塑性变形↑。
顺纤维 方向
бb
MPa
900
бs
MPa
460
δ
/ %
17．5
aK
J/cm2
0.61
45钢
横纤维 方向 700 430 10 0.29
在制订热加工工艺时，
要尽可能使纤维流线方 向与零件工作时所受的 最大拉应力的方向一致。
结 束
尺寸小、塑性好、尺寸 精度及表面光洁度要求 高的工件。
蒸汽-空 气锤
内 容
能 量
冷加工
大
热加工
小
变形量
变形抗力
小
大
大
小
工具耗损
零件尺寸 精度/表面质量
大
中、小薄板 型材 高/好
小
中、大型零件、 毛坯 低/差
组织
力学性能
冷变形的组织
加工硬化
再结晶组织
不产生明显 加工硬化
三、热加工对金属组织与性 能的影响
② 强度↑、塑性↑→断裂消耗 的功↑→韧性↑。
2.4 冷变形金属对金属组织和 性能的影响
2.4.1 对组织的影响 1) 形成纤维组织
晶粒被拉长或压扁。
工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
(a) 正火态
(b) 变形40%
(c) 变形80%
5%冷变形纯铝中的位错网
2）形成形变织构：
在变形量很 大时，各晶 粒的取向趋 于一致的现 象。
黄 铜 再 结 晶 后 晶 粒 的 长 大
700º C保温10分后的组织
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
变形度 （%）
晶粒长大趋势 （大小）
注备
第一次 异常长大 压力加工 采用 第二次 异常长大
晶粒长大趋势严 2%-10% 重、晶粒粗大 晶粒长大均匀、 30%-60% 细等轴晶 晶粒长大趋势严 大于90% 重、晶粒粗大
例2、锡在室温进行变形加
工也属于热加工。
二、热加工与冷加工比较 1）变形温度不同。 2）过程不同：
冷加工：只经历加工硬化
过程。
热加工：同时经历加工硬
化、回复和再结晶过程， 最后终止在再结晶状态。
3）其它：
热加工能量消耗小，但 钢材表面易氧化。一般 用于截面尺寸大、变形 量大、在室温下加工困 难的工件。 而冷加工一般用于截面
（6）电导率显著增大，应力 腐蚀抗力提高。
3）应用：中间退火
目的：
消除加工硬化，恢复或 提高塑性、韧性，以便进一 步压力加工和切削。
2.5.3 晶粒长大
加热温度越高，保
再结晶退火温度对晶粒度的影响
温时间越长，金属 的晶粒越粗大，
晶粒大小与加热温度的关系
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织
在其它条件相同时，金属晶体中 滑移系愈多或滑移方向愈多，该 金属的塑性愈好。
金属的塑性：面心立方晶格
> 体心立方晶格 > 密排六方晶格。
3）滑移的条件
① 必要条件：
晶体的滑移
是在切应力作用
下进行。
②充分条件：
τ大于临界分切应力τc。
4）滑移的同时伴随着晶体的转动
切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动
黄铜再结晶
冷变形量为38％的组织
580º C保温3秒后的组织
580º C保温4秒后的组织
再结晶也是一个晶核形
成和长大的过程，但不 是相变过程，再结晶前 后新旧晶粒的晶格类型 和成分完全相同。
SEM-再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核 TEM-再结晶晶粒形核 于高密度位错基体上
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
由于形成了纤维组织和变形织
构导致金属性能具有方向性。
2）产生加工硬化： 随着变形量的增加，位错密 度升高，导致位错缠结和定 轧，对位错的滑移产生巨大 的阻碍作用，可使金属的变 形抗力显著升高。 应用
冷塑性变形与性能关系
3）金属的导电性、电阻温 度系数和导热性下降。
4）耐腐蚀性下降。
5）产生大量残余应力：
无
有
各向异性导致的铜板 “制耳”
丝织构 板织构
形变织构示意图
轧制铝板的“制耳”现象
3）晶粒碎化：
-2 晶粒尺寸10 -6 10 -4 下降到10
或
cm；
(11~12) 增加10 -2。 cm
4）位错密度增加：
(6~8) 10
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
2.4.2 对金属性能的影响 1）呈现明显的各向异性：
2）特点（与回复比较）
（1）加热温度较高： T再结晶 =（0.35~0.4）T熔点
（2）无畸变等轴晶粒取代 有畸变拉长晶粒，纤维状
组织消除； （3）位错密度大大下降， 亚结构和织构消失；
（4）机械性能
硬度、强度下降，
加工硬化消除
塑性明显提高
冷变形黄铜组织性能随温度的变
（5）内应力完全消除；
吊 钩 中 的 纤 维 组 织
滚压成型后螺纹内部的纤维分布
在加工亚共析钢 时，发现钢中的 F与P呈带状分布， 这种组织称带状 组织。
带状组织
可通过多次正火 或扩散退火消除。
正火组织
纤维组织的出现使金属呈
现各向异性，顺着纤维方向
强度高，而在垂直于纤维的 方向上强度较低。
材 料
纤维 方向
态，降低内应力，以减轻 变形和翘曲。
例如、冷拉钢丝卷制弹簧
卷制成形； 在260℃左右进行退火；
目的：降低内应力并定型，
而硬度、强度基本保持不 变。
2.5.2 再结晶 1）定义：
铁素体变形80%
冷变形后的金属在加热温度较
高时，在变形组织的基体上产 生新的无畸变的晶核，并迅速 650℃加热 长大形成等轴晶粒的过程。
2.5 冷变形金属在加热时 组织和性能的变化
冷变形金属受热后，其的组
织和性能将发生一系列的变 化，可分为回复、再结晶和
晶粒长大三个阶段。
强度
晶粒大小 电阻率
2.5.1 回复 1）定义
是指冷变形后的金属在加
热温度较低时，发生组织 和性能变化的过程。
2）特点
① 加热温度较低：
T回复 =（0.2 ~ 0.3）T熔点
② 低倍显微组织没有变化， 晶粒仍为纤维状；
③ 点缺陷的密度显著下降，而 位错密度重排(多边化)；
④ 机械性能：
硬度、强度变化不大，加
工硬化保留；
塑性略有提高；
（5）宏观内应力基本消除； （6）电导率增大；
（7）应力腐蚀抗力提高。
3）应用：去应力退火
目 的 ： 保 持 加 工 硬 化 状
1、金属塑性变形的方式
滑移：主导作用，占90%。 孪生：辅助作用，最多占10%。
2、滑移
1）定义
晶体中的一部分
沿着一定的晶面 和该面上的一定 晶向，生产相对 切向移动的现象。
滑移线
2）滑移系
一个滑移面（原子排列最密的晶 面）+ 此面上的一个滑移方向 （原子排列最密的晶向）。
滑移面示意图