2011塑性变形机制(1)解析
塑性变形名词解释
塑性变形名词解释塑性变形是指物质在受外力作用下发生不可逆的形变现象，其过程中原子或分子之间的排列和结构发生变化。
与弹性变形不同，塑性变形一旦发生，物质会永久性地保留其新的形状，无法恢复到原来的状态。
塑性变形广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
塑性变形的机制主要包括滑移、位错、扩散和相变等。
滑移是指晶格中的层状或面状结构在外力作用下沿着特定的晶面滑动，使晶体形成一种新的排列方式。
位错是晶格中原子位置的不连续和错位，是塑性变形的主要因素。
位错可以通过滑移、扩散或界面运动等方式发生移动，从而导致物质发生形变。
扩散是指物质中原子、离子或分子在固态中的移动，可以促使位错发生移动并引起塑性变形。
相变是一种物质由一个物态转变为另一个物态的过程，通过控制相变条件，可以实现塑性变形。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响。
塑性变形可以提高材料的延展性和塑性，降低其脆性和硬度，使其更适合于各种加工工艺。
塑性变形还可以改善材料的强度、硬度和韧性等机械性能，使之更适合于工程设计和制造。
此外，塑性变形还可以提高材料的导电性、导热性和耐腐蚀性等物理性质，扩大其应用领域。
塑性变形可以通过多种方式实现，包括热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等。
热变形是在高温下进行的塑性变形，利用高温使材料的形变性能得以改善。
冷变形是在室温下进行的塑性变形，适用于各种类型的材料加工。
压力变形是通过在材料表面施加压力，使材料在局部区域内发生塑性变形。
拉力变形是通过对材料施加拉力，使其在延伸方向上发生塑性变形。
总之，塑性变形是物质在外力作用下发生不可逆形变的过程，其机制包括滑移、位错、扩散和相变等。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响，可以改善材料的延展性、韧性和均匀性，使之适应不同的工程需求。
塑性变形可以通过热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等方式实现，广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
材料力学性能-第一章-塑性变形(1)
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
滑移面－原子最密排的晶面 滑 移
滑移方向－原子最密排方向 系
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 <110>
(111)
体心立方
面心立方
密排六方
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
例如，温度升高时，bcc金属可能沿{112}及 {123}滑移，这是由于高指数晶面上的位错源容 易被激活。轴比为1.587的钛(hcp)中含有氧和氮 等杂质时，若氧含量为0.1％，滑移面为(1010)， 当氧含量为0.01％时，滑移面变为(0001)。由于 hcp金属只有三个滑移系，所以其塑性较差，并 且这类金属塑性变形程度与外加应力方向有很大 关系。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 τ
图1-15 晶体中通 过位错运动造成 滑移的示意图
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
位错运动过程中滑移面上原子位移情况如
图1-16所示。当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，而且它们
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 滑移变形的特点： 滑移只能在切应力作用下发生，产生 滑移的最小切应力称为临界切应力；
滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面 和晶向发生，这是因为原子密度最大的 晶面和晶向之间的间距最大，原子结合 力最弱，产生滑移所需切应力最小。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
为了降低两个不全位错间
2011塑性变形机制(1)
滑移面(Slip Plane)和滑移方向 和滑移方向(Slip 滑移面(Slip Plane)和滑移方向(Slip Direction):
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动， 塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，晶体沿某 些特定的晶面及方向相对错开， 些特定的晶面及方向相对错开，这些晶面和晶向分别称 滑移面” 滑移方向” “滑移面”和“滑移方向”。 滑移面与滑移方向称为滑移要素 滑移面与滑移方向称为滑移要素 滑移面应是面间距最大的密排面（面间距最大， 滑移面应是面间距最大的密排面（面间距最大，面间结合 密排面 力最弱，切变阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排 ），滑移方向方向是原子的最 力最弱，切变阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排 方向（原子间距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最小）。 方向（原子间距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最小）。
A A0
滑移方向
S S
A
滑移面上沿滑移方向的分切应力: 滑移面上沿滑移方向的分切应力:
τ = S cos λ = σ cos ϕ cos λ
滑移面上的正应力: 滑移面上的正应力:
(2(2-2)
σ n = S cos ϕ = σ cos 2 ϕ
由（2-2），σ↑，则 τ↑ ），σ↑， σ↑
外力在滑移方向的分切应力
2011《模具寿命与材料》知识总汇
一、模具特点：1生产效率高2有利于自动化生产3产品互换性好4少、无切削加工、省材料5质量、精度高二、模具成型工艺：1 锻模：（1）镦锻—冷镦、温镦、热镦，热锻—模锻、胎模锻2挤压3拉拔：拉丝、拔管4冲压：分离、成形5压铸6塑料成形：模压成型、挤压成型、塑料成型三、模具的分类：1按再结晶温度分：冷变形模具、温变形、温变形模具2按模具加工的坯的工作温度分：热作模具、冷作模具、温作模具3按成形的材料分：1金属成形用模具2非金属成形用模具五、模具的设计时间T1：从模具设计到模具所有工艺文件、图样完成所用的时间，称模具设计时间T1。
六、模具的制造时间T2：模具从制造开始到初次使用时所用的时间，称为T2。
七模具的安装、调试时间T3：模具制造出来后，装在相应生产设备上，调试生产第一件合格产品所用的时间，称为模具的安装、调试时间T3。
八模具的修复及维护时间T4：模后，暂时性地失去功能或为了维护所用的时间，称为模具的修复及维护时间T4。
T4包含拆卸、重新装在设备上所用的时间。
九、模具的工作时间T5:模具在设备上生产出合格产品所模具的工作时间T5。
十、模具寿命与生产关率：减少模具的装配和修模次数与时间，提高模具的首次寿命与修复寿命，都能起到提高生产率的作用；设备工作节奏越快，模具寿命对生产率的影响就越大。
大批量生产时，缩短制模时间，采用快换模装置，缩短装模时间，减少修复次数，将增加工作时间整个时间的相对比例，会有效地提高生产率。
模具寿命的影响因素“1.凹圆角半径要小，几何形状：凹模角度一定时，挤压力越小，模具寿命越高。
模具结构形式：采用组合式模具。
导向装置的模具十一、1模具服役：模具安装调试后，正常生产合格产品的过程叫模具服役。
模具损伤：模具在使用过程中，出现尺寸变化或微裂纹，但没有立即丧失服役能力的状态叫模具损伤。
模具失效：模具受到损坏，不能通过修复而继续服役时叫模具失效。
广义的来讲，模具失效是指一套模具完全不能再用，生产中一般指模具的主要工作件不能再用。
材料力学中的塑性变形机制分析
材料力学中的塑性变形机制分析塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，它关注的是当材料受到应力时，如何在不断变形的过程中保持形状和结构的稳定性。
塑性变形机制是指材料在受力下产生塑性变形的基本过程和方式。
本文将从晶体塑性、材料硬化机制和高温塑性变形机制三个方面进行分析。
一、晶体塑性晶体塑性是指当晶体受到外部应力作用时，晶体发生形变，不会出现弹性恢复的现象。
晶体内存在许多晶格缺陷，如位错、空位、脱位等，这些晶格缺陷能有效地解释塑性变形的机制。
位错是晶体中最主要的塑性缺陷，它是由晶面错配引起的晶胞偏移。
当晶体受到外部应力作用时，位错会发生移动，导致晶体发生塑性变形。
二、材料硬化机制材料硬化是指材料在塑性变形过程中逐渐增加其应力与应变之间的比值，即材料的抗塑性变形能力增强。
材料硬化机制可以分为两个方面来理解：一方面是晶体硬化机制，另一方面是材料界面硬化机制。
晶体硬化机制主要是指晶体中位错的增多和运动困难，这导致了材料的硬化。
位错的增多是由于外力作用下新位错的产生和旧位错的增殖所致，而位错的运动困难则受到晶格缺陷的阻碍。
另外，晶胞的固溶体和强化相也会影响晶体的硬化程度。
材料界面的硬化机制主要是指材料中的晶界、相界等界面对材料塑性变形的抵抗。
晶界是晶体间的界面，相界是不同组成相之间的界面。
界面的存在导致了晶体中位错的吸引和束缚，从而增加了材料的硬度。
三、高温塑性变形机制高温塑性变形机制是指材料在高温下的塑性变形过程。
在高温下，材料的原子和晶胞具有较大的运动能力，晶格缺陷易于移动。
高温下的材料塑性变形机制主要包括位错滑移和晶胞的选择性分解。
位错滑移是指位错沿着某个晶体方向移动，从而使晶格产生位错滑移的塑性变形方式。
晶胞的选择性分解是指晶体在高温下，部分晶胞沿着特定晶面发生形变，而其他晶胞保持不变。
这种选择性分解使得材料发生特殊的形变，产生高温下的塑性变形。
总结起来，材料力学中的塑性变形机制分析可从晶体塑性、材料硬化机制和高温塑性变形机制三个方面展开。
第二章 材料的变形——塑性变形1
许多滑移系并非同时参与滑移。只有当外力 在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值 时，该滑移系方可首先发生滑移，该分切应 力称为滑移的临界分切应力。 沿滑移面滑移方向的分切应力； 能够引起滑移系开动的分切应力。
切应力的作用下，晶格发生弹性外扭，进一步将使晶格发生滑 移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶体不能恢 复到原来的形状，而保留永久的变形。大量晶面的滑移将得到 宏观变形效果，在晶体的表面将出现滑移产生的台阶。
向(孪生方向)发生切变，形成对称的晶格排列，发生切变
部分叫做孪生带，或简称为孪晶。切变部分和未切变部分 呈镜面对称，对称面为孪生面。
孪生变形的特点
孪生需要的临界切应力很大，仅在滑移困难时才会发 生。一般孪生出现在滑移系很少的晶体结构的材料中 (如密排六方晶格金属)；某些容易发生滑移的立方材 料仅在低温度滑移困难或受冲击时来不及滑移时才可 能产生孪生。 孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面平行的每 一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一 定的距离，移动量都相同。
滑移、孪生、蠕变、晶界滑动。
2.1 滑移
单晶体的塑性变形的主要方式是滑移和
孪生。其中滑移是最基本、最普遍的塑 性变形方式，孪生只是在滑移难以进行 的情况下出现。
单晶体的圆柱试样表面抛光后拉伸，试样表
面就会出现一系列平行的变形痕迹。 光镜观察，试样表面形成的浮凸，由一系列 滑移迹线组成，称为滑移带。
就越来越大。
此外，塑性变形也会导致晶格畸变，使外力和滑移面的相 对位向也会发生变化。使开动位错所需应力增大。
பைடு நூலகம்
2.2孪生变形
——孪晶：两个晶体或者晶体的两个部分沿
一个公共晶面构成镜面堆成的位向关系
金属塑性变形与轧制原理ppt2011.3
x x m , y m , z z m y
1.9应力与应变的关系 弹性变形时应力与应变的关系：由材料力学知,单向应力状态时的应力与应变 关系是虎克定律,一般应力状态的各向同性材料,应力与应变关系服从广义虎克定律:
1 [ x ( y z )] E 1 y [ y ( z x )] E 1 z [ z ( x y )] E
1.2直角坐标系中一点的应力状态
应力状态：过一点所有不同方位的截面上的应力集合称为该点的应力状态。 取六面体中三个相互垂直的表面作为微分面，如果这三个微分面上的应力为已知， 则该单元体任意方向上的应力分量都可以定出。这就是说，可以用质点在三个相互 垂直的微分面上的应力完整地描述该质点的应力状态。 三个相互垂直微分面上的应力都可以按坐标轴的方向分成三个分量。三个应力 分量中有一个是正应力分量另外两个则是剪应力分量 ABCD面叫x面，CDEF面叫y面，CFGB面叫z面。 每个应力分量的符号都带有两个下角标。第一个角标表示该应力分量的作用面， 第二个角标则表示它的作用方向
2v H h R H h
hx
轧制
拉伸
l lL L ln
vy
1.8球应力分量与偏差应力分量 一般来说,物体的变形可以看作是体积变形和形状变形的总和.因此,一点的应力状 态可分为两部分: 1.体积变化的应力分量,称之为球应力分量或静水压力分量. 2.物体几何形状变化的应力分量,称之为偏差应力分量. 球应力分量仅引起物体体积变化,偏差应力分量引起物体形状变化. 1 m ( 1 2 3 ) 3
x y z
斜面上的）主应力：没有剪应力的微分面称为过该点的主平面,主平面上的正应力 称为主应力。主平面的法线方向称为该点应力主方向或应力主轴。对应于任一 点的应力状态，一定存在相互垂直的三个主方向、三个主平面和三个主应力。 若选三个相互垂直的主方向作为坐标轴，那么可以使问题大为简化。三个主应 力用σ1 、σ2 、σ3 表示。 （2）主应力图示：表示一点的主应力大小和方向的应力状态图示。主应力 图示有九种。四个为三向主应力图，三个为平面主应力图，二个单向主应力图 示如下图
塑性变形行为
塑性变形行为
形变特征
塑性变形通常具有以下特征：
1. 不可逆性：一旦发生塑性变形，材料无法恢复原来的形状，
而且会在施加外力的条件下不断变形。
2. 负荷依赖性：材料的塑性变形行为与施加的外力大小有关，
通常呈现出负荷增加、应变增加的趋势。
3. 加工硬化：材料在塑性变形后，其抗力会增加，即加工硬化
现象。
这是因为材料的晶界会发生择优取向，从而增加材料的强度。
4. 稳定塑性：一旦材料发生塑性变形，它的形变速率和变形模
式在稳定的载荷下不会发生明显变化。
形变机制
材料的塑性变形通常通过以下几种机制实现：
1. 滑移：在晶体中，塑性变形通常通过晶体平面上的原子滑移来实现。
原子滑移会导致晶体的形状发生变化。
2. 双Glide：双Glide是滑移的特殊情况，其中滑移面和滑移方向不相互垂直。
这会导致晶体中产生剪切应变。
3. 位错运动：位错是晶体中的缺陷，也是材料中塑性变形的主要载体。
位错可以通过滑移和蠕变两种方式来移动。
影响因素
材料的塑性变形行为受多种因素的影响，其中包括：
1. 温度：温度的变化会影响材料内部的晶界运动和位错运动。
2. 应变速率：应变速率的增加会增大材料的塑性变形，这是因为应变速率的增加会加大位错的数量和运动速度。
3. 组织结构：材料的晶粒大小、晶界分布和二相组织等结构特征会影响材料的塑性变形行为。
在工程实践中，深入了解塑性变形行为对于设计和制造高性能材料和零件至关重要。
只有充分理解材料的塑性变形机制和影响因素，才能合理选择材料并进行有效的工艺控制。
材料的塑性变形
材料的塑性变形材料的塑性变形是材料力学学科中的一个重要概念，指的是材料在受力作用下发生的可逆性变形过程。
塑性变形是材料的一种特性，表现为材料在一定温度和应力情况下，发生塑性变形后不会恢复到原状态。
本文将从塑性变形的定义、性质、影响因素和应用领域等方面展开探讨。
材料的塑性变形是指材料在外力的作用下，呈现出形状的变化，这种变化是可逆的。
与弹性变形不同的是，塑性变形是在超过材料的屈服点后发生的，且发生塑性变形后，材料不会完全恢复到原来的形状。
塑性变形是材料内部晶格结构发生改变的结果，通过滑移、重结晶等机制实现。
塑性变形是材料力学中一个重要的研究对象，它与材料的性能密切相关。
在工程实践中，我们常常需要考虑材料在受力状态下的塑性变形性能，以确保材料在服役过程中不会发生意外事故。
此外，塑性变形还与材料的加工性能、成形性能等密切相关，因此对塑性变形的研究具有重要的理论和实际意义。
塑性变形的性质主要包括以下几个方面：1. 可逆性：塑性变形是可逆的，并且不会引起材料的永久形变。
2. 体积不变性：塑性变形并不改变材料的体积。
3. 定向性：塑性变形是有方向性的，取决于材料的晶体结构和加载方向。
塑性变形的影响因素主要包括应力、温度和变形速率等。
在一定温度条件下，应力越大，材料的塑性变形越明显；温度越高，材料发生塑性变形的能力越强；变形速率对于塑性变形的影响也非常显著，通常情况下，变形速率越大，材料的塑性变形越明显。
材料的塑性变形在工程实践中有着广泛的应用。
例如，金属材料的塑性变形性能直接影响着金属制品的成形性能；塑料制品的塑性变形特性决定了其在加工过程中的可塑性等。
因此，通过研究材料的塑性变形特性，可以指导工程实践中材料加工的选择和工艺优化，提高材料的利用率和产品质量。
总之，材料的塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，具有重要的理论和实际意义。
通过深入研究材料的塑性变形特性，可以有效地指导工程实践中材料的选择和制造过程，为优化材料性能和提高产品质量提供理论支持。
塑性变形
经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现 新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起 的加工硬化、残余应力等都会完全消除。
再结晶温度
通常以经一小时保温完成再结晶的温度为金属的再结晶温度。各种金属的再结晶温度，按绝对温度(K)计大 约相当于该金属熔点的40～50%。低碳钢的再结晶温度约460℃。当变形程度较小时，在再结晶过程中，尤其是当 温度偏高时，再结晶的晶粒特别粗大。因此如要晶粒细小，金属材料在再结晶处理前会有较大的变形量。
再结晶温度对金属材料的塑性加工非常重要。在再结晶温度以上进行的塑性加工和变形称为热加工和热变形； 在再结晶温度以下进行的塑性加工和变形称为冷加工和冷变形。热变形时，金属材料在变形过程中不断地发生再 结晶，不引起加工硬化，假如缓慢地冷却，也不出现内应力。
回复
冷变形后的金属，当加热到稍低于再结晶温度时，通过原子的扩散会减少晶体的缺陷，降低晶体的畸变能， 从而减小内应力；但是不出现新的晶粒，金属仍保留加工硬化和各向异性，这就是金属的回复。这样的热处理称 为去应力退火。
影响
1
加工硬化
2
内应力
3
各向异性
4
再结晶和回复
5
变形量和塑性
塑性变形力学原理塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发生交割，位错的运动受到阻碍， 使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大 （如70%或更大）而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿 变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热 态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金 属仍有各向异性。
2011塑性变形机制(1)
滑移带示意图
滑移
定义：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿 着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位 移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。 滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 滑移时，滑移矢量与柏氏矢量平行。 晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移后, 滑移面两侧晶体的位向关系未发生变化。 滑移分别集中在某些晶面上，变形具有不均匀性。
不动，即拉力轴方向不变，
此时晶体必须不断发生转动。 如图(c)。转动结果，使滑移
面法线与外力轴夹角增大，
原始 自由变形 受夹头限制变形
使外力与滑移方向夹角变小。
2) 滑移面上最大分切应力与滑移方向不一致时晶体的转动
F A
0
A
1
•转动有两种：滑移面向外力轴方 向转动和滑移面上滑移方向向最 大切应力方向转动。 •切应力作用下的变形和滑移面向 外力方向的转动 •转动的原因：晶体滑移后使正应 力分量和切应力分量组成了力偶.
不对称变形(Asymmetrical Deformation）：
变形协调机制
非晶机制(Amorphous Mechanism)：高温 晶界滑移(Grain Boundary Slip)：高温
单晶体塑性变形的主要机制为滑移与孪生。
2.1 滑移（Slip）
2.1.1滑移现象
室温下晶体塑变的主要方式是滑移。 滑移是通过位错的运动实现的
间隙固溶强化
C、N等溶质原子嵌 入α-Fe晶格的八面体 间隙中,使晶格产生不 对称正方性畸变造成 强化效应.铁基体屈服 强度随间隙原子含量 增加而变大.
铁的屈服应力和含C量的关系
3)变形温度：
高温（熔点）时，温度↑， 不变；
塑性变形知识讲解
越强。 （3）热变形产生纤维组织“流线”。变形量越大，
纤维化越明显。
流线：塑性变形时，金属中夹杂物、第二相等沿 变形方向分布排列。
流 线
变形前组织 变形后组织
低碳钢热加工后的流线
三、热变形纤维组织的应用 l “流线”使材料具有各向异性：
滑移塑性变形的特征: （1）滑移是位错的连续运动所致。 （2）存在滑移临界分切应力(其大小影响材料屈
服强度),不同晶体结构临界分切应力不同。 （3）原子移动的距离是晶格常数的整数倍，滑移
后仍保持晶体结构的完整性。 （3）滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上。 （4）不同的晶体结构常具有不同的滑移系（面心
第三章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体和多晶体的塑性变形 一、单晶体的塑性变形 1、滑移： 晶体中一部分相对于另一部分沿一定
的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向） 作整体切向滑移。
塑性变形的滑移带和滑移线实验观察
滑移带 滑移线
1.外力作用的塑变，是原子平面间发生相对切向滑动。 2.变形只在少数晶面间发生切向滑动，即金属塑变相当 不均匀
和体心：12个；密排六方：3个），滑移系 越多，越易塑性变形，塑性越好。
面心立方结构 滑移系示意图
体心立方结构 滑移系示意图
密排六方结构 滑移系示意图
研究结论：阻碍位错运动将提高材料屈服强度。
2、孪生：晶体中一部分相对于 另一部分沿一定的晶面（孪生） 和晶向（孪生方向） 作多层均匀切向移动。
τ
τ
镜面对称
τ
τ
孪晶
二、多晶体塑性变形特点 1、晶粒取向的影响
使微观塑性变形不均匀和更复杂。
F
塑性变形1
交滑移和多滑移的区别： 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带；发生交滑移时会出现 曲折或波纹状的滑移带。 交滑移必须是纯螺型位错，因其滑移面不受限制。可以同时进 行共向滑移。
滑移变形的主要特点 ：
滑移只能在切应力的作用下发生。 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
因为在最密晶面之间的面间距最大，原子面之 间的结合力最弱；沿最密晶向滑移步长最小， 滑移所需外加切应力最小。
多 交 系 滑 单系滑移 滑 移 移
不同合金加工硬化效果不同
比较单滑移、多滑移和交滑移
（1）单滑移：只有一组滑移系处于最有利的取向（m最大） 时，分切应力最大，便进行单系滑移。 （2）多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 （3）交滑移: 晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方 向进行的滑移。
例如：
利用Fnak-Read源说明增殖的过程。若滑移面上有一段 位错，CD两点钉住不可滑移，在外力作用下位错应向右移 动，这段位错将弯曲、扩张，相遇为异号位错相消，产生一 位错环，内部CD段还存在。反复可生成一系列的位错环， 扩展到晶体外产生的滑移台阶可为柏氏矢量的整数倍。
L
根据计算,使两端固定的位错线弯曲到曲率半径为R圆弧所
<110>
<110> <111> <111> <1120> <1120>
0.49 5.68 27.44 33.8 0.81 13.7
Ni
Fe Nb Mg Ti 体心立 方 密排六
99.8 {111}
{110} 99.96 {110} 99.95 {0001} 99.99 {1010}
塑性变形_精品文档
塑性变形1. 引言塑性变形是固体力学中的一个基本概念，指的是材料在超过其弹性限度后，可以继续变形而不恢复原状的能力。
塑性变形可以发生在金属、塑料、陶瓷等材料中，常见于制造、建筑和工程领域。
本文旨在介绍塑性变形的基本原理、影响因素以及常见的塑性变形工艺。
2. 塑性变形的基本原理塑性变形与材料的内部结构和原子之间的相互作用有关。
在塑性变形过程中，材料中的晶体结构发生变化，原子之间的接触位置发生滑移。
这种滑移可以改变原子之间的相互作用，从而使材料继续变形。
塑性变形的基本原理可以归纳如下：•内部滑移：在材料中存在众多晶体结构，滑移发生时，晶体结构中的原子沿滑移面移动，发生形变。
•位错运动：位错是晶体结构中的缺陷，可以像滑行带一样在晶体中移动。
位错的运动是塑性变形的基本过程。
•变形时的晶界滑移：晶界是不同晶粒之间的边界，当材料变形时，晶界也会发生滑移，使晶粒相对于彼此发生位移。
3. 影响塑性变形的因素塑性变形的程度和方式受到多种因素的影响，以下是几个重要的影响因素：3.1 物质本身的性质不同材料的塑性变形性能不同。
金属通常具有良好的塑性，可以在大变形下发生塑性变形。
而一些脆性材料如陶瓷通常只能发生很小的变形，容易发生破裂。
此外，合金、塑料等材料也具有独特的塑性变形性质。
3.2 变形速率变形速率指的是材料在单位时间内发生的变形量。
较高的变形速率往往会导致材料在塑性变形过程中发生更大的变形。
这是因为较高的变形速率会加快位错的运动和晶界的滑动，使材料更容易发生塑性变形。
3.3 温度温度对塑性变形也有很大影响。
较高的温度能够使材料中的原子更容易滑动，从而促进塑性变形的发生。
相反，较低的温度会使材料变得更加脆性，减少塑性变形的程度。
3.4 应力状态材料受到的应力状态也会影响其塑性变形。
在拉伸应力作用下，材料会发生延伸变形；而在剪切应力作用下，材料会发生屈服变形。
不同应力状态下，材料的塑性变形方式有所不同。
4. 常见的塑性变形工艺塑性变形工艺是一种通过对材料施加力来改变其形状和尺寸的方法。
厚壁圆筒的弹塑性分析
外压厚壁圆筒的弹塑性分析姓名： 黄达飞学号：SQ10018014012 指导老师： 林智育时间： 2011-6-25一、 问题描述内半径为a ，外半径为b 的厚壁圆筒，在外表面处作用有均匀压力p （如图1（a ）），圆筒材料为理想弹塑性的（如图1（b ））。
随着压力p 的增加，圆筒内的θσ及r σ都不断增加，若圆筒处于平面应变状态下，其z σ也在增加。
当应力分量的组合达到某一临界值时，该处材料进入塑性变形状态，并逐渐形成塑性区，随着压力的继续增加，塑性区不断扩大，弹性区相应减小，直至圆筒的截面全部进入塑性状态时即为圆筒的塑性极限状态。
当圆筒达到塑性极限状态时，其外压达到最大值，即载荷不能继续增加，而圆筒的变形也处于无约束变形状态下，即变形是个不定值，或者说瞬时变形速度无穷大。
为了使讨论的问题得以简化，本文中限定讨论轴对称平面应变问题，并设2/1=ν。
（a ） （b ）图1 厚壁圆筒二、 弹性分析1.基本方程平面轴对称问题中的未知量为r σ，θσ，r ε，θε，u ，它们应该满足基本方程及相应的边界条件，其中平衡方程为0rdr d r r =-+θσσσ （1） 几何方程为dr du r =ε，ru=θε （2） 本构方程为()()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫-=-=r r r E Eνσσενσσεθθθ11（3）边界条件为r r F s =σσ ，在力的边界σS 上 （4）2.应力的求解取应力分量r σ，θσ为基本未知函数，利用平衡方程和以应力分量表示的协调方程联立求解，可以求得应力分量的表达式为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫-=+=221221r C C r C C r θσσ （5）如图1（a ）所示内半径为a ，外半径为b 的厚壁圆筒，在外表面处受外压p ，内表面没有压力，相应的边界条件为0==ar rσ ，p br r-==σ将以上边界条件代入式（5），则可以求得两个常数为2221a b p b C --=，22222ab p b a C -= 则应力分量为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=222222222211r a a b p b r a a b pb r θσσ （6） 上式和弹性常数无关，因而适用于两类平面问题。
单晶体的塑性变形-1
σ
τ R = σ /2 λ =45º φ =45º
Adapted from Fig. 7.8, Callister 6e.
二、滑移的位错机制
晶体的滑移借助位错在滑移面上的运动逐步实现的
DISLOCATION MOTION
• Produces plastic deformation, • Depends on incrementally breaking bonds.
CRITICAL RESOLVED SHEAR STRESS
• Condition for dislocation motion:
τR > τCRSS
typically 10 -4 G to 10 -2 G
• Crystal orientation can make it easy or hard to move disl.
σ
τR = σ cos λ cos φ
σ
σ
τR = 0 λ=90º
τR = 0 φ=90º
τR = σ/2 λ=45º φ=45º
λ=90º- φ 当 φ=45º 时，取向因子有最大值 1/2 ，此时得 到最大分切应力，滑移处于最有利的取向，也 称软取向。 当 φ=00 、 90o 时 ， 取 向 因 子 为 0 ， 称 为 硬 取 向。 最大分切应力正好落在与外力轴成45º角的晶 面以及与外力轴成45º角的滑移方向上。
两根互相垂 直的刃型位 错的交割 刃型位错中 的割阶与扭 折形成 两个螺型位 错的交割 刃型位错与 螺型位错的 交割 带割阶位错 的运动
材料的变形与再结晶
如果发生双滑移或多系滑移，会出现交叉形的滑移带
交叉形的滑移带
3. 交滑移
螺位错在不改变滑移方向的情况下，从一个滑 移面转到另一个滑移面的过程。
塑性力学第一章
——采用塑性力学分析
三、塑性力学目的
研究在哪些条件下可以允许结构中某些 部位的应力超过弹性极限的范围，以充 分发挥材料的强度潜力
研究物体在不可避免地产生某些塑性变 形后，对承载能力和（或）抵抗变形能 力的影响
O
力应变曲线才以（1）式的规律沿MN
N M'
向下降。为了区分以上这种加载和卸
A'
载所具有的不同规律，就必须给出相
M ''
应的加卸载准则。
图2（a）
五、影响材料性质的其它几个因素
1、温度当温度上升时，材料的屈服应力将会 降低而塑性变形的能力则有所提高。
2、应变速率 如果实验时将加载速度提高几个数量 级，则屈服应力也会相应地提高，但材料的塑性应 变形能力会有所下降。 3．静水压力 当静水压力不太大时，材料体积的变 化服从弹性规律而不产生永久的塑性体积改变。
y2l(E2)l(E sl)P (Pe) ——垂直向下位移
若令
P
Pe
e
sl
E
,
P1 Pe 2
则当P由零增至Pe时，在图9的
坐标中为区间[0，1]上斜率等于
1的直线段OA。
O
线性强化
A
B 理想塑性
y e
图9
载荷-位移曲线
弹塑性解:
2 s.
当P由零逐渐增大到Pe时，第2杆的应力也逐渐增大而达到屈服状态： 如果P的值再继续增加，则（17）式已不再适用，相应的本构方程应改
6. 等向强化模型及随动强化模型
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工业纯铁压缩变形——滑移线（电镜下）
滑移线（Slip Line）：滑移带中的细线．滑移线是滑移面两侧 晶体相对滑动所造成的。滑移带和滑移线间的晶体片层并未 发生塑性变形，仅仅发生了相对滑动。 滑移层(Slip Lamina)：相邻滑移线间的晶体片层． 滑移量( Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．
全程性：持续至断裂前。 金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。
塑性变形（Plastic Deformation）
不可逆性：应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。 变形先后顺序：先发生弹性变形，后发生塑性变形。 应力与应变的关系偏离虎克定律。 形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的。因此，
沿滑移面滑移方向上的分切应力； 能够引起滑移系开动的分切应力.
A0
滑移方向
SS
A
外力在滑移方向的分切应力
φ---滑移面法线与横截面法线间夹角； λ- -轴向拉力与滑移方向间夹角.
横截面A0上的正应力: P
A0 滑移面A上的全应力: S P P cos cos
A A0
滑移面上沿滑移方向的分切应力:
11
滑移系(Slip System):
一个滑移面和其上的一个 滑移方向构成一个滑移系。 具体晶体中滑移系是有限 的。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
密排六方晶格
滑移系
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，变形也越均匀，并且能承受的 一次变形量也越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更 大。因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好 于密排六方晶格。
滑移(Slip)：最主要的变形方式 孪生(Twinning)：
低温、高速，对称性较低的密排六方金属
不对称变形(Asymmetrical Deformation）：
变形协调机制
非晶机制(Amorphous Mechanism)：高温 晶界滑移(Grain Boundary Slip)：高温
单晶体塑性变形的主要机制为滑移与孪生。
滑移面(Slip Plane)和滑移方向(Slip Direction):
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，晶体沿某 些特定的晶面及方向相对错开，这些晶面和晶向分别称 “滑移面”和“滑移方向”。
滑移面与滑移方向称为滑移要素 滑移面应是面间距最大的密排面（面间距最大，面间结合
力最弱，切变阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排 方向（原子间距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最小）。
滑移带示意图
滑移
定义：在切应力作用下，晶体一部分相对于另一部分沿 着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位 移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。 滑移时，滑移矢量与柏氏矢量平行。 晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移后, 滑移面两侧晶体的位向关系未发生变化。 滑移分别集中在某些晶面上，变形具有不均匀性。
晶面上都可分解为正应力和
切应力。正应力只能引起弹
性变形及解理断裂。只有在 切应力的作用下金属晶体才 能产生塑性变形。
外
的 分 解
力 在 晶 面
上
切
的 变 形
应 力 作 用
下
锌 单 照晶 片的 拉 伸
晶体在正应力作用下的变形
位错运动造成的滑移示意图
临界切应力：
晶体滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并 非同时参与滑移，而只有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；
2. 塑性变形机制
Plastic Deformation Mechanism
塑性变形的过程
1 ----晶格在外力作用前的状态； 2 ----晶格在外力作用下发生了弹性畸变； 3 ---当外力增加至临界值，晶格开始发生塑性变形； 4 ---外力卸去后，晶格发生了永久变形，原子间距仍恢复原状。
弹性变形（Elastic Deformation）
塑性变形时所施加的力或能应足以克服位垒，使大量的原子群 能多次地定向地从一个平衡位置移到另一个平衡位置，由此产 生宏观的塑性变形。 塑性变形的本质: 位错的运动（晶粒内部或晶粒之间产生的滑移 及转动）；
塑性变形机制（Mechanism of Plastic Deformation）
（根据原子群移动所发生的条件和方式划分）
2.1 滑移（Slip）
2.1.1滑移现象
室温下晶体塑变的主要方式是滑移。 滑移是通过位错的运动实现的 位错沿滑移面滑移．当移动到晶体表面时，便产生了大小等
于柏氏矢量的滑移台阶，如果该滑移面上有大量位错运动到 晶体表面，宏观上，晶体的一部分相对另一部份沿滑移面发 生了相对位移，这就是滑移。
单晶体的圆柱试样表面抛光后拉伸，试样表面就会出现 一系列平行的变形痕迹。光镜观察，晶体表面上形成的浮 凸，由一系列滑移迹线组成，称为滑移带（滑移面与试样 磨光平面交线的组合，无重现性） 。
过程：外力→应力→原子离开平衡位置→变形→原子位能增加→返回趋
势→外力消失→变形消失→弹性变形
可逆性：材料尺寸只发生暂时性改变，外力撤除，变形消失。 单值性：应力与应变关系遵循虎克定律
拉伸: σ=Eε，E-杨氏模量 ；剪切: τ=Gγ，G-切变模量 。 弹性模量是重要的物理和力学参量，表示使原子离开平衡位置的难易程 度，只取决于晶体原子结合的本性，不依晶粒大小以及组织变化而变， 是一种组织不敏感的性质。
对一定结构晶体，滑移方向是固定的，滑移面可能随温度改变。如Al室温 {111}，高温时增加{100}，因此塑性增加。
2.1.2 滑移时的临界切应力（Critical Shear Stress)
滑移系只提供了金属滑移的 可能性，而金属在外力作用 下滑移的驱动力是沿滑移面 滑移方向上的分切应力。
单晶体受力后，外力在任何
S cos cos cos
(2-2)
滑移面上的正应力:
n S cos cos2 由（2-2），σ↑，则 τ↑