一4塑性变形及其性能指标
衡量材料塑性的两个指标
衡量材料塑性的两个指标材料的塑性是指材料在受力作用下发生形变的能力，是材料力学性能的重要指标之一。
衡量材料塑性的两个主要指标是屈服强度和延伸率。
本文将就这两个指标展开讨论。
首先，屈服强度是衡量材料抗拉压变形能力的重要参数。
在材料受到外力作用时，当应力达到一定数值时，材料会发生塑性变形，这个应力的临界值就是屈服强度。
屈服强度的大小直接反映了材料的抗变形能力，屈服强度越高，材料的抗变形能力越强。
屈服强度的大小与材料的成分、晶粒度、热处理等因素有关。
例如，晶粒度越细，屈服强度越高，因为细小的晶粒会阻碍位错的移动，使材料更难发生塑性变形。
其次，延伸率是衡量材料塑性的另一个重要指标。
延伸率是指材料在断裂前能够承受的最大形变量。
通常用百分比来表示，即材料在拉伸过程中的形变量与原始长度的比值。
延伸率越大，材料的延展性越好，也就意味着材料在受力作用下能够发生更大的塑性变形。
延伸率的大小与材料的韧性有关，韧性越大，延伸率也越高。
影响材料延伸率的因素有很多，比如晶粒的形状、尺寸和分布，材料的成分和热处理等。
在工程实践中，屈服强度和延伸率往往是相互影响的。
一般来说，提高材料的屈服强度会降低其延伸率，反之亦然。
因此，在材料设计和选择时，需要综合考虑这两个指标。
例如，在一些要求材料具有较高强度和较好延展性的工程中，可以通过合金设计、热处理工艺等手段来调控材料的组织结构，以达到平衡屈服强度和延伸率的目的。
总的来说，屈服强度和延伸率是衡量材料塑性的两个重要指标，它们直接关系到材料在受力作用下的变形能力和抗拉伸性能。
在工程实践中，合理地选择和调控材料的屈服强度和延伸率，对于提高材料的性能、延长材料的使用寿命具有重要意义。
因此，对于这两个指标的深入了解和合理运用，对于材料工程领域具有重要的意义。
材料塑性指标
材料塑性指标材料的塑性指标是评价材料塑性变形能力的重要参数，它直接影响着材料的加工性能和使用性能。
塑性指标是材料工程中的一个重要指标，它能够反映材料在受力作用下的变形能力和变形行为。
在材料科学和工程中，塑性指标通常通过屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等参数来进行评价。
首先，屈服强度是衡量材料抗拉强度的一个重要参数。
它代表了材料在拉伸过程中发生屈服的应力水平，是材料开始发生可逆变形的临界应力值。
屈服强度越高，表示材料的抗拉强度越大，具有更好的抗变形能力。
因此，屈服强度是评价材料塑性指标的重要参数之一。
其次，延伸率是衡量材料在拉伸过程中能够发生塑性变形的能力。
它是表示材料在拉伸过程中能够延长多少倍的一个重要指标。
延伸率越高，表示材料具有更好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生更大的变形而不断裂。
因此，延伸率也是评价材料塑性指标的重要参数之一。
另外，冷加工硬化指数是衡量材料在冷加工过程中硬化程度的一个重要参数。
它是表示材料在冷加工过程中硬化速率的一个指标，可以反映材料在冷加工过程中的塑性变形能力。
冷加工硬化指数越高，表示材料在冷加工过程中硬化速率越大，具有更好的塑性变形能力。
因此，冷加工硬化指数也是评价材料塑性指标的重要参数之一。
综上所述，材料的塑性指标是评价材料塑性变形能力的重要参数，它直接影响着材料的加工性能和使用性能。
在评价材料的塑性指标时，需要综合考虑屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数等参数，以全面评价材料的塑性变形能力。
只有通过科学准确地评价材料的塑性指标，才能更好地指导材料的选择和应用，提高材料的加工性能和使用性能。
因此，在材料工程中，塑性指标的评价是至关重要的，需要引起重视并加以研究。
材料的塑性变形
22:10
11
滑移带和滑移线只是晶格滑移结果的表象； 重新抛光后可去除。
光镜下：滑移带。 电境下：滑移线。
22:10
12
问题二：
产生滑移的条件?
滑移面 ：??? 滑移方向：????
22:10
13
产生滑移的条件：
2.1材料的塑性变形机理
面间距大； 滑移矢量（柏氏矢量）小；
＋ ＋ ＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋
22:10
49
塑性变形的另一种方式
孪生
2.1材料的塑性变形机理
在切应力作用下，晶体一部分相对于另一部分沿一定
的晶面和晶向发生均匀切变，形成晶体取向的
镜面对称关系。双胞胎!
孪晶的形成 （动画）
孪生动画\孪 生变形.swf 变形
22:10
51
22:10
52
1. 孪生晶体学 晶体的孪晶面和孪生方向与晶体结构类型有关。
滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面{111}， 滑移方向<110>； 滑移系
4×3=12个
22:10
Cu,Al,Ni,Au，γ-Fe等 塑性变形能力如何？
17
α-Fe,W,Mo等
塑性变形能力如何？
22:10
18
次滑移系：
Mg,Zn,Ti,Zr等
22:10
塑变能力？ 20
44
☺ 滑移的表面痕迹 : ☺ 单滑移：单一方向的滑移带； ☺ 交滑移：波纹状的滑移带。 ☺ 多滑移：相互交叉的滑移带；
2.1材料的塑性变形机理
奥氏体钢交叉滑移带
问题二：
产生滑移的条件? 结构上
滑移面 ：??? 滑移方向：????
一、4.塑性变形及其性能指标
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4.6.1 缩颈
描述：一些金属材料和高分子材料在拉伸时，变 形集中于局部区域的特殊状态，它是在应变硬化 与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑 性变形的发展，使变形集中于试样局部而产生的。
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4.6.2 产生缩颈的工程应力
应变硬化 系数K
应变硬化 指数n
n b K e
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小结
金属材料的屈服强度是一个对成分、组织、 应力状态、温度等极为敏感的力学性能。 改变金属材料的成分或热处理都可使屈服 强度产生明显变化。
对金属材料感兴趣的同学可以参考金属学方 面的参考书和资料。
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4.5 应变硬化
定义：材料在应力作用下进入塑性变形阶段后， 随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象称 为应变硬化。 应变硬化是材料阻止继续塑性变形的一种力学性
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4.2.2.3 屈服强度的应用
屈服强度是工程技术上最重要的力学性能 指标之一。
作为防止过量塑性变形的参考依据。 根据屈服强度与抗拉强度比的大小，衡量材 料进一步产生塑性变形的倾向。如：金属冷 加工和防止脆断。
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4.3 影响金属材料屈服强度的因素 4.3.1 晶体结构 金属材料的屈服过程主要是位错的运动。 纯金属单晶体的屈服强度从理论上讲是位错 开始运动所需的临界切应力，由位错运动所 受的各种阻力决定，包括：晶格阻力、位错 间交互作用产生的阻力等。
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4.1 塑性变形机理
材料的塑性变形：是微观结构的相邻部分 产生永久性位移，但并不引起材料破裂的 现象。
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4.1.1 金属材料的塑性变形
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4.1.1.1 金属材料变形的机理
晶体的滑移
晶体的孪生
第二章 金属材料的塑性变形与性能
9
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
28
2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
29
2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
11
3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
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二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
金属材料的力学性能指标项目
2) 洛氏硬度 HR
洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002
根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。
HRC60：表示材料的硬度
3) 维氏硬度 HV
目 录
5、冲击韧度（冲击韧性）
材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。
AKU =mg（H1 – H2）（J）
a K = AKU/S
N0— 循环基数
1
N0 N
钢： 有色金属：
影响疲劳强度的因素:内部缺陷、表面划痕、残留应力等
目 录
伸长率：
F
d0
F
l0
LБайду номын сангаас
dk
良好的塑性是金属材料进行 塑性加工的必要条件。
lk
目 录
3、刚
度
材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力称为刚度。
在弹性阶段： F l
所以：
E
E
比例系数E 称为弹性模量，它反映材料对弹性变形 的抗力，代表材料的“刚度” 。
E
— 材料抵抗弹性变形的能力越大。
弹性模量的大小主要取决于材料的本性，随温度升高而 逐渐降低。
目 录
4、硬
度
定义：材料抵抗表面局部弹塑性变形的能力。 1)布氏硬度 HB
HB 0.102 2F
D( D D 2 d 2 )
HB230 材料的b与HB之间的经验关系：
对于低碳钢: b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢： b(MPa)≈3.4HB 对于 铸铁： b(MPa)≈1HB或 b(MPa)≈ 0.6(HB-40)
指材料在外力作用下，产生屈服现象时的最小应力。
金属材料的塑性变形与回弹性能
金属材料的塑性变形与回弹性能金属材料的塑性变形与回弹性能是重要的材料力学性能指标，关乎到金属材料在工程应用中的可塑性和稳定性。
塑性变形是指金属材料在外力作用下会发生永久性变形的能力，而回弹性能则是指金属材料在撤去外力后能够恢复到原始形状的能力。
本文将从塑性变形和回弹性能的定义、影响因素以及控制方法等方面展开论述。
一、塑性变形的定义及影响因素塑性变形是指金属材料在外力作用下，由于晶体结构的滑移和位错的运动而发生的永久性变形。
塑性变形的大小取决于材料的塑性性能以及应力的强度，可以通过应变值来进行表征。
影响金属材料塑性变形的因素有很多，其中包括材料的晶体结构和晶格缺陷，材料的成分和结构等。
晶体结构的滑移是金属材料发生塑性变形的主要机制，而晶格缺陷如位错则会影响晶体的滑移过程。
此外，材料的成分和结构也会对塑性变形起到重要的影响，例如晶粒尺寸的大小、材料的纯度等都会对材料的塑性变形性能产生显著的影响。
二、回弹性能的定义及影响因素回弹性能是指金属材料在外力撤除后能够恢复到原始形状的能力。
回弹性能的好坏反映了金属材料的弹性模量和塑性变形程度。
金属材料的回弹性能受到多种因素的影响，包括金属材料的弹性模量、外力加载的速率以及材料的塑性变形程度等。
弹性模量是描述材料抵抗形变能力的指标，高弹性模量的金属材料具有较好的回弹性能。
外力加载的速率越快，金属材料的回弹性能越差。
此外，材料的塑性变形程度也会影响回弹性能，通常情况下，塑性变形越大，回弹性能也会相对较差。
三、控制塑性变形与回弹性能的方法为了控制金属材料的塑性变形和回弹性能，可以采取以下方法：1.合理选择材料和处理工艺：通过选择合适的金属材料和采取适当的处理工艺，可以改善材料的塑性变形和回弹性能。
例如，通过热处理可以优化材料的晶体结构，提高材料的塑性变形和回弹性能。
2.控制外力加载的速率：外力加载的速率对金属材料的塑性变形和回弹性能有着显著影响。
适当控制外力加载的速率，可以减小材料的塑性变形和提高回弹性能。
材料常用的塑性指标有
材料常用的塑性指标有塑性指标是评价材料塑性变形能力的重要参数，常用的塑性指标包括屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数和等效塑性应变等。
这些指标可以帮助我们更全面地了解材料的塑性特性，对材料的选择和设计具有重要的指导意义。
首先，屈服强度是材料在拉伸过程中开始发生塑性变形的应力值。
它是材料抵抗塑性变形的能力的一种体现，通常用σs表示。
屈服强度的大小直接影响材料的工艺加工性能和使用寿命，因此在材料选择和设计中具有重要的参考价值。
其次，延伸率是材料在拉伸断裂前能够发生塑性变形的程度，通常用δ表示。
它是衡量材料塑性变形能力的重要指标，反映了材料在受力过程中的延展性能。
高延伸率的材料通常具有良好的塑性变形能力，适用于需要较大变形量的工艺加工和使用场合。
另外，冷加工硬化指数是描述材料在冷加工过程中硬化程度的参数，通常用n值表示。
它是衡量材料在冷加工过程中硬化速率的重要指标，反映了材料的加工硬化性能。
冷加工硬化指数的大小对材料的冷加工性能和加工工艺具有重要的影响。
最后，等效塑性应变是描述材料在塑性变形过程中受到的应变量，通常用εeq表示。
它是综合考虑了材料的屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数等因素，可以更准确地反映材料的塑性变形能力。
等效塑性应变的大小对材料的变形加工和使用性能具有重要的指导意义。
综上所述，材料常用的塑性指标包括屈服强度、延伸率、冷加工硬化指数和等效塑性应变等。
这些指标可以帮助我们更全面地了解材料的塑性特性，对材料的选择和设计具有重要的指导意义。
在实际工程中，我们应该根据具体的工艺加工和使用要求，综合考虑这些塑性指标，选择合适的材料，以确保产品具有良好的塑性变形能力和使用性能。
材料力学第一章(二) 拉伸过程中的变形及力学性能指标
（6）滞弹性（anelasticity）：在弹性范围内加快加载或卸载后，随时间
延长产生附加弹性应变的现象。
第三页，共28页。
（c）利用包申格效应，如薄板反向弯曲成型。拉拨的钢棒经过轧辊压制变直等。
第十六页，共28页。
塑性变形
塑性变形的方式及特点
➢ 材料宏观塑性变形来源于微观上大量位错运动的结果。 （原子位移总和—表现—变形）
➢ 金属（陶瓷？）材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生（材料科学基础）。
滑移是材料在切应力作用下沿滑移面（原子最密排面）和滑移方向（原子最密排方向）
应变硬化特性：金属材料有一种阻止继续塑性变形的能力。 塑性应变是硬化的原因，硬化是塑性变形的结果。
第五页，共28页。
5
一、基本概念
（12）塑性（ plasticity ）：材料断裂前发生塑性变形（不可逆永久变形） 的能力 ，也即固体材料在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性
(不断裂、不破损）的能力。 延展性（ ductility）：材料经受塑性变形而不破坏的能力。
（3）弹性模量（ elastic modulus，modulus of elasticity）：是表征材料弹 性的物理参数，是指材料在弹性变形范围内，应力和对应的应变的比值 E=σ/ε，也是材料内部原子之间结合力强弱的直接量度。
第二页，共28页。
2
一、基本概念
（4）刚度（ stiffness）：指物体（固体）在外力作用下抵抗变形的能力 ，可用使产生单位形变所需的外力值来量度。刚度越高，物体表现越硬。
塑性变形对材料组织与性能的影响
塑性变形对材料组织与性能的影响晶体发生塑性变形后，不仅其外形发生了变化，其内部组织以及各种性能也都发生了变化。
（1）显微组织的变化经塑性变形后，金属材料的显微组织发生了明显的改变，各晶粒中除了出现大量的滑移带、孪晶带以外，其晶粒形状也会发生变化，随着变形量的逐步增加，原来的等轴晶粒逐渐沿变形方向被拉长，当变形量很大时，晶粒已变成纤维状。
变形量很大时，晶粒拉长，出现纤维组织2 亚结构的变化•金属晶体在塑性变形的同时，位错密度迅速提高。
•经塑性变形后，多数金属晶体中的位错分布不均匀，当形变量较小时，形成位错缠结结构。
•当变形量继续增加时，大量位错发生聚集，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 产生亚晶粒，即形成胞状亚结构。
•冷变形过程中形成亚结构是许多金属（例如铜、铁、钼、钨、钽、铌等）普遍存在的现象。
•一般认为亚结构对金属的加工硬化起重要作用，由于各晶块的方位不同，其边界又为大量位错缠结，对晶内的进一步滑移起阻碍作用。
因此，亚结构可提高金属和合金的强度。
•利用亚晶来强化金属材料是措施之一。
研究表明，胞状亚结构的形成与否与材料的层错能有关，一般来说，高层错能晶体易形成胞状亚结构。
而低层错能晶体形成这种结构的倾向较小。
这是由于对层错能高的金属而言，在变形过程中，位错不易分解，在遇到阻碍时，可以通过交滑移继续运动，直到与其它位错相遇缠结，从而形成位错聚集区域（胞壁）和少位错区域（胞内）。
层错能低的金属由于其位错易分解，形成扩展位错，不易交滑移，其运动性差，因而通常只形成分布较均匀的复杂网络结构。
3 性能的变化•（1）加工硬化（形变强化）•金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属的强度和硬度显著升高, 塑性和韧性明显下降。
这种现象称为加工硬化。
冷轧对铜及钢性能的影响强度指标增加、塑性指标下降。
金属的加工硬化特性可以从其应力－应变曲线上反映出来。
图是单晶体的应力－应变曲线，单晶体的塑性变形可划分为三个阶段描述：▪第I阶段，当切应力达到晶体的临界分切应力值时，滑移首先从一个滑移系中开始，由于位错运动所受的阻碍很小，因此该阶段称为易滑移阶段。
金属的塑形指标
金属的塑形指标主要用于评估金属材料的塑性变形能力。
以下是一些常见的金属塑形指标：
1. 抗拉强度（Tensile Strength）：金属在拉伸过程中所能承受的最大应力。
抗拉强度越高，表示金属具有较好的抗拉性能。
2. 屈服强度（Yield Strength）：金属在拉伸过程中开始发生塑性变形的应力值。
屈服强度越高，表示金属的屈服能力较好。
3. 延伸率（Elongation）：金属在拉伸断裂前的长度增加的百分比。
延伸率越高，表示金属具有较好的延展性和塑性变形能力。
4. 断面收缩率（Reduction of Area）：金属在拉伸断裂前断面缩小的百分比。
断面收缩率越高，表示金属的塑性变形能力较好。
5. 硬度（Hardness）：金属材料抵抗形变和穿透的能力。
硬度越高，表示金属的抗压和抗磨性能较好，但其塑性可能较差。
6. 可塑性指数（Plasticity Index）：金属在塑性变形过程中的变形程度。
可塑性指数越高，表示金属材料的变形能力较好。
7. 压缩性能（Compressive Strength）：金属材料在受压过程中的最大承载能力。
压缩性能越好，表示金属具有抵抗压缩塑性变形的能力。
这些指标通常由金属的力学性能测试获得，并具体取决于金属材料的组织结构、成分、热处理等因素。
在实际应用中，根据具体的需求，可以选择适合的金属材料和对应的塑形指标。
材料的力学性能强度、塑性
F
F
二、拉伸试验
0
拉伸试验是在静拉力的作用下，
1
对试样进行轴向拉伸，直至将试
样拉断，通过测量拉伸中力和试
样长之间的关系来判断材料的
性能。
0 2
实验仪器
0 3
万能材料试验机
2.拉伸原理
拉伸标准试样
标准试样直径为d，标 距长度为L。
标距L和直径d之间有 两种关系：L=5d或者 L=10d。
力-伸长曲线分析 力-伸长曲线 屈服 冷变形强化 颈缩 断裂
材料的力学性能指标：
强度、塑性、韧性、硬度、疲劳等。
一、强度和塑性
1. 强度：材料或构件在一定载荷下抵抗永久变形和断裂的能 力称为强度。（强度是材料整体抵抗变形和断裂的能力）
2. 弹性：物体受外力作用变形后，除去作用力时能恢复原来形 状的性质。
3. 塑性：在某种给定载荷下,材料产生永久变形的特性。一但 发生塑性形变则无法恢复。
202X
材料的力学性能
度
、
塑
性
202X
材料的力学性能:
材料在不同环境中，承受载荷（静载荷、动载荷、交变载荷）时 表现出的性能， 主要为变形、破坏。
研究材料的力学性能的目的：
确定材料在变形和破坏情况下的一些重要性能指标；作为选择、设计、制造机 械零件或工具的主要依据，也是评判材料质量好坏的重要判据。
2.拉伸试验中的强度指标
1)屈服强度：屈服现象是指试样在试样过程中，外载荷不变的情况下依然 继续变形。
σs=Fs/S0 其中：Fs是试样屈服时承受的拉伸力（N）；S0是试样原始横截面积（m2 ）。
2)规定残余伸长应力：很多材料没有明显的屈服现象。规定残余伸长应力 是指试样卸载拉伸力后，标距部分的伸长量达到规定的原始标距长度百分比 时产生的拉力与试样横截面比值。
材料力学塑性强度知识点总结
材料力学塑性强度知识点总结材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能和变形行为的学科。
塑性强度是材料塑性变形和抗破坏能力的重要指标。
本文将对材料力学塑性强度的相关知识点进行总结。
一、材料的塑性变形和强度概念在力学中，材料的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形是指材料在受力作用下产生的可恢复的形变，即在去除外力后能够恢复到原来的形状。
而塑性变形是指材料在受力作用下产生的不可恢复的形变，即在去除外力后无法完全恢复到原来的形状。
材料的强度是指材料在承受外力时抵抗破坏的能力。
在塑性变形中，材料的塑性强度是指材料在继续变形过程中能够承受的最大应力。
塑性强度是材料抵抗塑性变形和破坏的重要指标，对材料的力学性能和使用寿命有着重要影响。
二、拉伸试验与屈服强度拉伸试验是一种常用的测试方法，用于评估材料的力学性能和强度。
拉伸试验时，将材料样品固定在拉伸机上，以恒定的加载速度进行拉伸，记录加载过程中的应力和应变变化。
在拉伸试验中，材料首先经历弹性阶段，在这个阶段，应变与应力呈线性关系，材料完全可以恢复到原来的形状。
随着拉伸力的增加，材料进入塑性阶段，应力逐渐增加，直到达到最大值，这个最大值被称为屈服强度。
屈服强度是材料塑性变形开始的临界点，之后材料将发生塑性变形。
三、塑性变形与破断强度当材料开始进入塑性变形阶段后，应力和应变之间的关系不再是线性的。
此时，材料开始发生塑性变形，外力作用下的应力不再增加，材料开始出现局部变形和局部应变。
随着应变的增加，材料会经历各种不同形式的塑性变形，如颈缩现象和局部变形集中等。
最终，在材料某一部分的应力达到临界值后，材料会发生破坏。
这个临界值被称为破断强度，破断强度是材料的一个重要指标，用于评估材料在受力下的破坏能力。
四、材料的塑性强度与材料特性材料的塑性强度与材料的特性密切相关。
材料的结构、成分和热处理等因素都会对材料的塑性强度产生影响。
结晶度是指材料中晶粒的排列程度和晶粒尺寸的大小，结晶度越高，材料的塑性强度越高。
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断裂后总伸长率：
LK/L0 A 0/L0
δ的大小与A0、L0密切相关。 国家规定 L0/ A0 11.3或5.65 即： L0/d0=5, →δ5
L0/d0=10,→δ10
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％
第一章塑性变形及其性能指标
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):
(1)不均匀的塑性变形, 屈服阶段中最小应力；
平台或锯齿；
外力恒定，
试样继续伸长； 或外力增加到一定数值
屈服机理 (自学)
(2)最大应力下总伸长率δgt ，即
δgt=ΔLgt/L0×100％ (3)断后伸长率δ，即δ=ΔLk/L0×100％
六、塑性与塑性指标
(4)分析（试棒尺寸的确定）： 缩颈前均匀伸长ΔLg＝βL0； (塑性伸长) 缩颈后局部伸长ΔLN(ΔLN=ΔLk-ΔLg)(塑性伸长)
LN A0
断裂后总的伸长ΔLk=ΔLg+ΔLN
时，突然下降，随后， 在外力恒定下，继续
伸长变形。
(5)屈服伸长：屈服阶段产生的伸长； (6)屈服平台或屈服齿：
屈服伸长对应的水平线段或曲折线段。
二、屈服现象与屈服强度
2、屈服强度(表征屈服的性能指标)： (1)金属材料屈服强度(σs)： 屈服时所对应的应力值。 σs=Fs/A0 通常把σsl作为屈服强度(屈服点)。σsl=Fsl/A0
材料塑性指标
材料塑性指标
材料的塑性指标是指材料在受力作用下能够产生塑性变形的能力。
塑性是一种物质受外力作用后形状能够改变，并保持改变后形状的性质。
塑性指标可以通过材料的屈服强度、延伸率和应变硬化指数等来评估。
屈服强度是材料在受力作用下开始发生可见塑性变形时所承受的最大应力。
当材料受力超过屈服强度时，材料开始发生塑性变形，即开始出现塑性流动。
屈服强度越高，说明材料的抗拉性能越好，也就是在受力作用下材料发生塑性变形的能力越强。
延伸率是指材料在断裂前所能承受的塑性变形程度。
在材料受拉的过程中，当材料发生颈缩后，延伸率开始减小，最终断裂。
延伸率越高，说明材料在受力作用下能够承受更大的塑性变形，具有更好的可塑性。
应变硬化指数是衡量材料塑性变形能力的另一种指标。
材料的应变硬化指数越大，说明材料的变形能力越强。
应变硬化指数可以通过绘制应力-应变曲线来得到，其斜率越大，说明材料
的塑性变形能力越强。
材料的塑性指标对于很多工程应用来说是非常重要的。
在金属加工中，如冷轧、冲压和铸造等过程中，材料的塑性变形能力决定了材料能否顺利地进行形状加工。
在结构工程中，塑性指标决定了材料的韧性和可靠性，对于材料的应力分布和变形能力的预测和分析也有重要的作用。
总的来说，材料的塑性指标对于材料的性能和应用具有重要的影响。
通过了解和评估材料的塑性指标，可以为材料的选择和设计提供参考，同时也可以为相关工程应用提供可靠的依据。
第一章第四节塑性变形及性能指标
材料物理性能---力学性能
位错是晶体中最为常见的缺陷之一
晶体在结晶时受到杂质﹑ 温度变化或振动产生的应力 作用，或由于晶体受到打击 ﹑切削﹑研磨等机械应力的 作用，使晶体内部质点排列 变形，原子行间相互滑移， 而不再符合理想晶体的有秩序的排列，由此形 成的缺陷称位错。位错是原子的一种特殊组态， 是一种具有特殊结构的晶格缺陷，因为它在一 个方向上尺寸较长，所以被称为线状缺陷。
材料物理性能---力学性能
刃型位错
设有一简单立方结构的晶体，在切应力 的作用下 发生局部滑移，发生局部滑移后晶体内在垂直方向出 现了一个多余的半原子面，显然在晶格内产生了缺陷， 这就是位错，这种位错在晶体中有一个刀刃状的多余 半原子面，所以称为刃型位错。位错线的上部邻近范 围受到压应力，而下部邻近范围受到拉应力，离位错 线较远处原子排列正常。通常称晶体上半部多出原子 面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表示，反之为负 刃型位错，用“┬”表示。当然这种规定都是相对的。
C2
（1）形变时晶体中原子的位置
负荷作用前原子的位置
小负荷作用下的应变
高负荷作用下的应变
达到高负荷作用下的状 态除去负荷后原子的位置
（2）在剪应力作用下，原子的局部位移
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
材料物理性能---力学性能
金属与非金属晶体滑移难易的比较 金属 由一种离子组成 非金属 组成复杂
金属键无方向性
评价钢筋塑性性能的指标为
评价钢筋塑性性能的指标为钢筋是混凝土结构中最重要的一种结构件，因其强度、韧性及耐久性最强，承载力最大，因此钢筋的性能评价是混凝土结构的重要指标。
本文旨在介绍钢筋塑性性能的评价指标。
一、钢筋塑性性能定义钢筋塑性性能是指钢筋的变形能力，性能>是指对给定的外力，物体的几何位置能够有变形或屈曲、弯曲。
而钢筋塑性性能则是钢筋由于受压而出现屈曲和弯曲性能。
二、钢筋塑性性能评价指标1.钢筋屈服点压缩强度：是指给定外力条件下，钢筋出现屈服点时的压缩强度。
这个指标往往伴随有一定的压缩变形，一般情况下，反映的是钢筋的塑性强度，它用于评价应力变形关系曲线上屈服点的压缩强度。
2.钢筋抗压强度：是指钢筋抗压强度极限值及其因它而产生的压缩变形。
一般情况下，这个指标用于评价钢筋抗压强度极限值，它也是钢筋塑性性能的一个重要指标。
3.钢筋变形能力：是指钢筋在受压时，可以发生变形的能力。
这个指标表明，钢筋可以承受一定的变形，而不会出现塑性变形，这反映了钢筋的韧性和变形能力。
4.钢筋弯曲变形能力：是指钢筋在受力时，可以发生弯曲变形的能力。
这个指标反映钢筋弯曲变形能力，也是衡定钢筋塑性性能的一个重要指标。
三、评价钢筋塑性性能的方法1.实验方法：通过实验可以直接测量钢筋的塑性性能，如屈服点压缩强度、抗压强度和变形能力等指标，从而直接判断钢筋质量。
2.计算方法：计算钢筋的塑性性能，也可以从理论上计算钢筋的塑性性能，从而对钢筋质量进行评价。
3.观察方法：也可以通过观察钢筋的外观，可以判断钢筋是否出现塑性变形，结合其他理论评价，从而得出钢筋塑性性能的评价结果。
综上所述，钢筋塑性性能的评价指标有：屈服点压缩强度、抗压强度和变形能力，弯曲变形能力等，而评价钢筋塑性性能的方法则有：实验方法、计算方法及观察方法等。
虽然钢筋塑性性能的评价指标有很多，然而它们都可以通过各种方法进行评价，相信只要我们采取正确的方法，就可以更好地了解与评价钢筋性能。
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的情况下才发生。
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② 晶体孪生的特点
（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现 于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，孪生所需的临 界切应力要比滑移时大得多，只有在滑移过程很困难时， 晶体才发生孪生。
（2）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，且每一层原子相对于孪生面的切变量跟它与 孪生面的距离成正比。
（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
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③ 孪生与滑移有如下差别：
(1)孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移 面上进行。 (2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分 位向均未改变。 (3)与滑移系类似，孪生要素也与晶体结构有关，但同一结构的孪 晶面、孪生方向与滑移、滑移方向可以不同。 (4)孪生对塑变的直接贡献比滑移小很多，孪生本身提供的变形量 很小，但能改变滑移面方向使新滑移系开动。
位错切过第二相粒子（表面能、错排能、粒子阻碍位 错运动） 位错绕过第二相粒子（粒子、位错环阻碍位错运动）
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4.4.5 温度
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4.4.6 应变速率与应力状态
在应变速率较高的情况下，金属材料的屈 服应力将显著升高。 应力状态的影响：切应力分量越大，越有 利于塑性变形，屈服强度就越低。
几何软化；，接近45，滑移变得容易。
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2. 晶体的孪生
孪生：在切应力作用下 晶体一部分相对于一定 晶面（孪生面）和晶向 （孪生方向）发生切变 的变形过程。 孪晶与未变形的基体间 以孪晶面为对称面成镜 面对称关系 。
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①
孪晶中的晶格位向变化
发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。
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4.2.2 屈服强度
定义：材料屈服时所对应的应力值也就是材料抵 抗起始塑性变形或产生微量变形的能力，这一应 力值就成为材料的屈服强度。 下屈服点σ sl重复性好，通常把作为σ sl屈服
强度： σ sl=Fsl/A0
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4.2.2.1 条件屈服强度
对看不到明显屈服现象的材料，屈服强度人为按 标准确定。称为条件屈服强度。
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螺位错及运动
滑移面的一部分ABEF沿平行于位错线EF的方向发生了 滑移。
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（3）由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变 形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原 子间距的整数倍。
（4）滑移总是沿着晶体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)进行，这是由于密排 面之间、密排方向之间的间距最大，结合力最弱，点阵 阻力最小，因此滑移面为该晶体的密排面，滑移方向为 该面上的密排方向。
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4.1.2 陶瓷材料的塑性变形
陶瓷材料一般呈多晶状态。 陶瓷材料中还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。 陶瓷材料中的位错不易向周围晶体传播，所以 陶瓷很难进行塑性变形；更易在晶界处积累而 产生应力集中，形成裂纹引起断裂。
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4.1.3 非晶态材料的塑性变形 非晶态玻璃材料，不存在晶体中的滑移和孪生的 变形，它们的永久变形是通过分子位置的热激活 交换来进行的，属于粘性流动变形机制，塑性变 形需要在一定的温度下进行，故普通无机玻璃在 室温下没有塑性。
回忆：力—伸长曲线
不均匀集 中塑性变 形
屈服塑 性变形
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4.1 塑性变形机理
材料的塑性变形：是微观结构的相邻部分 产生永久性位移，但并不引起材料破裂的 现象。
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4.1.1 金属材料的塑性变形
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4.1.1.1 金属材料变形的机理
晶体的滑移
晶体的孪生
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* ① 滑移的位错机制
实际测得晶体滑移的临界分切应力值较理论计算值低 3～4个数量级，表明晶体滑移并不是晶体的一部分相 对于另一部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是借助位 错在滑移面上运动来逐步地进行的。 晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发生，这说明 位错的运动要克服阻力。位错运动的阻力首先来自点阵 阻力。
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4.1.1.4 多晶体金属材料的塑性变形
（1）各晶粒变形的不同时性和不均匀性。 （2）各晶粒变形的互相协调性。
多晶体材料的塑性变形
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多晶体晶界对变形的阻碍作用：
（1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量 缺陷。 （ 2 ）晶界对变形的影响 : 滑移、孪生多终止于晶 界,极少穿过。
碳钢有较高的加工硬化指数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。
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4.6 抗拉强度与缩颈条件
抗拉强度标志着材料在承受拉伸载荷的实际 承载能力。
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4.2.2.3 屈服强度的应用
屈服强度是工程技术上最重要的力学性能 指标之一。
作为防止过量塑性变形的参考依据。 根据屈服强度与抗拉强度比的大小，衡量材 料进一步产生塑性变形的倾向。如：金属冷 加工和防止脆断。
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4.3 影响金属材料屈服强度的因素 4.3.1 晶体结构 金属材料的屈服过程主要是位错的运动。 纯金属单晶体的屈服强度从理论上讲是位错 开始运动所需的临界切应力，由位错运动所 受的各种阻力决定，包括：晶格阻力、位错 间交互作用产生的阻力等。
规定残余伸长应力σ r：指试样卸除拉伸力后，其 标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比 时的应力。
规定总伸长应力σ t：指试样标距总伸长（弹性伸 长加塑性伸长）达到规定的原始标距百分比时的 应力。
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4.2.2.2 高分子的屈服强度
高分子材料的屈服点通常把拉伸曲线上出 现最大应力的点定义为屈服点。 如拉伸曲线上没出现极大值，则定义应变 2%处的应力为屈服强度。
霍尔-配奇公式： σ s=σ i+kyd-1/2
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4.3.2.1 晶界与亚晶界
亚晶界实际上是由一系列刃型位错所组成的小角度晶界 。
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4.3.3 溶质元素
固溶合金中，由于溶质与溶剂原子直径不同，在 溶质原子周围形成晶格畸变应力场。 该力场与位错应力场产生交互作用，使位错运动 受阻，从而使屈服强度提高产生固溶强化。
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小结
金属材料的屈服强度是一个对成分、组织、 应力状态、温度等极为敏感的力学性能。 改变金属材料的成分或热处理都可使屈服 强度产生明显变化。
对金属材料感兴趣的同学可以参考金属学方 面的参考书和资料。
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4.5 应变硬化
定义：材料在应力作用下进入塑性变形阶段后， 随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象称 为应变硬化。 应变硬化是材料阻止继续塑性变形的一种力学性
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4.2 屈服现象与屈服强度
4.2.1 屈服现象
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4.2.1.1 屈服现象的描述
拉伸过程中，外力不增加试样仍然继续增长；
或外力增加到一定数值时突然下降，随后，在外
力不增加或上下波动的情况下试样可以继续伸长
变形，此现象就为材料的屈服现象。
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4.2.1.2 屈服点
材料在拉伸屈服时对应的应力值为屈服点。
（6）滑移时晶体发生转动。
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。
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② 滑移的临界分切应力（c）
(外力在滑移方向上的分解)
c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
c＝s cos cos ③ 取向因子的变化：
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；
n
缩颈应力唯一地依赖于材料的应变硬化系数K和应 变硬化指数n（等于最大载荷点的真应变eb）。
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4.7 塑性变形的评价和表征
塑性是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
同学们知道塑性变形的用处吗？
最大应力下非比例伸长率δ
g
指标：伸长率
最大应力下总伸长率δ 断后伸长率δ
gt
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纳米铜的室温超塑性
能。绝大部分金属和高分子材料具有应变硬化。
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应变硬化的利弊
利 强化金属的重要途径； 提高材料使用安全性； 材料加工成型的保证。 变形阻力提高，动力消耗增大； 脆断危险性提高。
弊
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＊ 4.5.1 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是的最大应力。（σb或Sb） 1)金属的加工硬化指数（能力），对冷加工成型工艺是很重要的。低
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4.1.4 高分子材料的塑性变形
结晶态高分子塑性变形是由薄晶转变为沿应力方向排列 的微纤维束并伸展的过程。
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4.1.1.1非结晶态高分子的塑性变形有两种方式
① 在正应力作用下形成银纹（非晶态高分子材料塑
性变形的主要变形机理）
② 在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的
纤维束。
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（5）一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个 滑移系。 滑移系的个数 :( 滑移面个数）×（每个面上所具 有的滑移方向的个数） 滑移系数目与材料塑性的关系：
（1）一般滑移系越多，塑性越好；
（2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关；
（3）与同时开动滑移系数目有关（c）。
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