金属及合金的塑性变形优秀课件

ε＝（L-L0）/L0
弹性变形阶段I：
σ<σe，应力撤消后,变形即 消失，总变形量很小，<1%。 屈服阶段II：
σ>σe ，有屈服平台或屈服
锯齿，弹性变形+塑性变形。 强化阶段III：
试样发生明显而均匀的塑性 变形。 颈缩阶段IV：
σb之后，材料发生局部不均 匀的塑性变形，形成缩颈。 断裂V：材料在K点断裂。
晶向 形式 〈100〉 〈110〉 〈111〉
长度 原子数
晶向原子 最密排 密度 方向
a 1/2 x 2=1 1/a √2a 1/2 x 2=1 0.7/a
√3a 1/2x2+1 =2
1.16/a 〈111〉
——同理可计算面心立方晶格中各主要晶向、主要晶面的 原子密度，得出面心立方晶格中最密排晶面、最密排晶向。
密排六方晶格： 滑移面｛0001｝ 滑移方向〈1120〉 滑移系数目： 1×3=3
滑移系对性能的影响
晶体中的滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈 大，材料的塑性愈g、 Zn等，滑移系仅有3个，因此hcp晶格金属塑性较 立方晶系金属差很多。
滑移系数目相同时，每个滑移面上的滑移方向数 目越多，材料塑性越好。
移的难易程度。
体心立方晶格中各主要晶面的原子密度
晶面 (100) (110)
形式 面积
a
a
a2
√2a a √2a2
原子数 晶面原 子密度
1/4 x 4=1 1/a2 1/4 x4+1
1.4/a2 =2
最密 排面
(110)
(111)
√3/2a2
1/6 x 3 0.58/a2
√2a
=1/2
体心立方晶格中各主要晶向的原子密度
塑性变形。此时如果不再
增加外力，材料的变形即
停止下来。若要变形继续
增加，必须增加应力值—
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IV
这种塑性变形抗力不断增
加的现象称为加工硬化或
形变强化。
塑性变形过程－颈缩
1. 颈缩：试样开始发生不均匀的塑 性变形，最后形成颈缩，即塑性 变形集中在局部区域进行。
2. 极限强度：开始发生颈缩时对应
金属通常以滑移方式 发生塑性变形。
一、滑移
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（滑动），且不破 坏晶体内部原子排列规律 的塑性变形方式叫滑移。
Zn 单晶的滑移
1、滑移带
光学显微镜：滑移带。 电子显微镜：每条滑移带由许多平行滑移线组成。
体心立方 (b.c.c)
滑移面：晶面族｛110｝ (110), (011), (101), (110), (011), (101) 滑移方向：晶向族〈111〉 滑移系数：6×2=12
面心立方 (f.c.c)
滑移面：｛111｝ (111), (111), (111), (111); 滑移方向：〈110〉 滑移系数: 4×3=12
剪应力: 同截面相切的应力称为“剪应力” 或“切应力”。
2、应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。
正应变（线应变）: 物体内部某处线段在变形后 长度的改变值同线段原长之比值。
切应变（剪应变）: 物体内两互相垂直的平面在 变形后夹角的改变值。
二、工程应力—应变曲线
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纵坐标为应力σ（单位MPa）, 横坐标为应变ε, 其中：σ=F/A0 ;
不能恢复的永久性变形
当应力大于弹性极限时，材料不但发生弹 性变形，而且还发生塑性变形，即在外力 去除后，其变形不能得到完全的恢复，而 是残留有永久的变形。
塑性变形过程－屈服
1) 屈服：材料开始发生微量 塑性变形。
2) 屈服特点：即使外力不再 增加，试样继续变形，这 种变形属于塑性变形，在 拉伸曲线上会出现屈服平 台或屈服锯齿。只有部分 材料具有这样的特征。
高锰钢中的滑移带，500X 滑移带
2、滑移的晶体学特征
滑移发生的晶面称为滑移面，通常为晶体的最 密排晶面；
滑移滑动的方向称为滑移方向，通常也为晶体 的最密排方向；
因为在最密晶面之间的面间距 最大，原子间的结合力最弱； 沿最密晶向滑移步长最小，滑 移所需外加切应力最小。
ⅠⅡ
3、滑移系
一个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”。 每种晶格滑移系数目的多少可用来衡量滑
金属及合金的塑性 变形
塑性加工举例
Rolling
模锻
Hot Rolling
Cold Drawing
纳米铜的室温超塑性
6.1 金属的变形特性 拉伸实验与拉伸曲线示意图
一、变形过程中的名词概念
1、应力：作用在材料任一截面单位面积上的力。
正应力: 同截面垂直的应力称为“正应力” 或“法向应力”。
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退火低碳钢的拉伸应力应变曲线
屈服强度
材料开始发生微量塑性变形的抗力， 也称为屈服极限，用σS表示
对具有屈服现象的材料，用屈服现象发生时 对应的应力值表示； 对屈服现象不明显的材料，以产生0.2%残余 变形时的应力值表示。
塑性变形过程－均匀变形
在屈服后的变形阶段，试
样整体进行明显而均匀的
的工程应力σb ，表示材料对最 大均匀塑性变形的抗力，称为抗
拉强度或强度极限。此后试样出
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现失稳，能承受的总应力下降，
其实颈缩处真实应力依然在上升。
断裂
1. 变形量大至K点，试样 发生断裂。
2. 断裂的实质是原子间承 受的应力超出最大吸引 力，原子间的结合受到 破坏而分离开来。
y e
弹性变形
变形可逆，去除外力变形即 消失，试样尺寸完全恢复。
特点：服从胡克定律，即 应力与应变成正比。
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• σ为正应力，ε为正应变， E称为弹性模量； • τ为切应力，γ 为切应变，G称为切变模量。 • E、G反映材料对弹性变形的抗力，代表着材
料的“刚度” 。
塑性变形
塑性变形
bcc的a-Fe与fcc的Al或Cu，虽然都有12个滑移系， 但bcc滑移方向较少，所以塑性不如铜及铝。
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6.2 单晶体的塑性变形
• 单晶体变形的基本形式——弹性变形、 塑性变形。
• 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可 分解为正应力和切应力。正应力只能引 起弹性变形及断裂。在切应力的作用下， 金属晶体产生塑性变形。
正应力作用下的变形和开裂
切应力作用下，单晶体 塑性变形的基本形式： 滑移和孪生。