材料力学性能塑性变形
材料的塑性变形与力学特性分析与模拟
材料的塑性变形与力学特性分析与模拟引言材料的力学特性是工程设计和制造过程中的关键考量因素之一。
而材料的塑性变形则是决定其力学性能的重要因素之一。
本文将从塑性变形的原因、塑性变形的力学特性以及塑性变形的模拟与分析等方面进行探讨，以加深对材料力学特性的理解。
一、塑性变形的原因材料在受到外力作用下发生塑性变形的原因有多种，其中包括晶格滑移、晶格扩散和位错运动等。
晶格滑移是由于材料中的晶体发生位移而导致整体的塑性变形。
晶格扩散则是指材料中原子的自由运动，导致晶体的形变。
而位错运动是材料中晶体之间的错位，通过位错的运动来实现塑性变形。
二、塑性变形的力学特性塑性变形的力学特性表现在材料的应力-应变曲线上。
应力-应变曲线上的弹性区域说明了材料的弹性变形能力，而塑性区域则代表了材料开始发生不可逆的塑性变形。
塑性变形还包括屈服强度、延伸率和冲击韧性等指标，这些指标在工程设计和材料选择过程中起着重要的作用。
1. 屈服强度是指材料在受到外力作用后发生可见的塑性变形所承受的最大应力。
屈服强度的大小可以反映出材料的抗拉强度和抗压强度。
2. 延伸率是指材料在拉伸断裂前能够发生变形的程度。
延伸率的大小与材料的塑性变形能力有关，可以反映材料的韧性。
3. 冲击韧性是指材料在低温高速冲击条件下发生断裂的能力。
冲击韧性的测试可以帮助工程师评估材料在极端条件下的应用可靠性。
三、塑性变形的模拟与分析为了更好地理解材料的塑性变形特性，科学家和工程师经常使用计算机模拟来研究材料的塑性变形过程。
其中比较常用的模拟方法有有限元分析、分子动力学模拟和离散元方法等。
1. 有限元分析是一种将复杂的材料结构划分为许多小块单元并进行力学分析的方法。
通过有限元分析，可以模拟材料在受到外力作用下的应力分布、位错的运动以及塑性变形的行为。
2. 分子动力学模拟则是通过模拟材料中原子之间的相互作用和位移来研究材料的塑性行为。
分子动力学模拟可以提供微观层面上的材料变形行为，对于研究材料塑性变形机制十分有价值。
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
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（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，
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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，
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2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路
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
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
第6章材料的塑性变形
§6.2.2 孪生
晶体塑性变形的另一种常见方式。
指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的 晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀切变的过程。
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§6.4.2 多相合金的塑性变形
塑性变形取决于：
①基体相性质
②第二相的性质、形状、大小、数量和分布等 ——在塑性变形中往往起着决定性作用
常按第二相的尺度大小将其分为两大类： 聚合型:第二相尺寸与基体相尺度属同一数量级，如图1所示； 弥散型:第二相尺寸非常细小，并且弥散分布于基体相中，如图2所示。
①位错运动的阻力首先来自于点阵阻力，派尔斯（Peierls）和纳巴罗（ Nabarro）首先估算了这个力，所以又称为派－纳力（P-N力），它相当于简单立 方晶体中刃型位错运动所需要的临界分切应力：
式中：d为滑移面的面间距，b为滑移方向上的点阵间距，ν为泊松比。 采用上式，我们可以简单推算晶体的切变强度，对于简单立方结构，存在d = b，对 金属，取ν =0.3，可得τP-N＝3.6×10-4G，比刚性模型理论计算值（约G/30）小得多， 接近临界分切应力实验值。
图1 聚合型合金组织－Al青铜
图2 弥散型第二相合金组织－铁黄铜
§6.4.2 多相合金的塑性变形
（1）聚合型两相合金的塑性变形
对聚合型两相合金而言，如果两个相都具有塑性，则合金变形阻力决定 于两相的体积分数。
σ m = f1σ 1 + f2σ 2
ε m = f1ε 1 + f2ε 2
上式f1、f2分别为两个相的体积分数，σ 1、σ 2分别为两个相在此应变时
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。
材料力学性能-第一章-塑性变形(5)
S
S e
S dS de
dS e de
开始均匀塑性变形点
eB
e
图1.44 缩颈判据图解
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
但颈缩一旦产生，颈缩区
中心部位的径向收缩受到
约束，单向应力状态就变
1
为三向应力状态，此时，
a
要继续塑性变形就必须提
高轴向应力，因而颈缩处
t r
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二
十三、韧性和韧度
韧性是金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂 功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力。而韧度 是衡量材料韧性的力学性能指标，又分为静力韧度、 冲击韧度、断裂韧度，如静力韧度是指静拉伸时单 位体积材料断裂前所吸收的功，是强度和韧性的综 合指标，可理解为应力-应变曲线下所包围的面积：
e L dl ln L ln(1 )
L L 0
L0
同理可得真实断面收缩率＝－e，即真实
的应变和断面收缩率在绝对值上是相等的。
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 OP段：弹性变形阶段； PB段：均匀塑性变形阶段， S =ken，n为应变 硬化指数。 BK段：不均匀塑性变形阶段，至K点断裂。
dF d(SA) AdS SdA 0 (1)
2021年11月16日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期二 材料塑性变形时体积不变dV=0，可得：
dV d(AL) AdL LdA 0
dA dL de d(ln(1 )) d (2)
AL
1
联立(1)和(2)，可得：S dS （ 3） de
部区域的塑性变形量对总伸长实际上没有什么影 响。
材料的塑性指标有哪些
材料的塑性指标有哪些塑性是材料力学性能中的一个重要指标，它反映了材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
塑性指标是衡量材料塑性变形能力的重要参数，不同材料的塑性指标也各有特点。
在工程设计和材料选用中，了解材料的塑性指标对于保证工程结构的安全性和可靠性至关重要。
本文将对材料的塑性指标进行介绍和分析。
首先，材料的屈服强度是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
屈服强度是指材料在拉伸或压缩过程中开始发生塑性变形的应力值。
通常情况下，材料的屈服强度越高，其抗拉抗压能力就越强，具有较好的塑性变形能力。
因此，在工程设计中，需要根据实际使用情况选择具有合适屈服强度的材料，以保证工程结构的安全性。
其次，材料的延伸率也是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
延伸率是指材料在拉伸过程中发生塑性变形后的伸长量与原始长度的比值。
通常情况下，延伸率越大，说明材料具有较好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生较大的塑性变形而不断裂。
因此，在一些需要承受较大变形的工程结构中，需要选择具有较高延伸率的材料，以保证其在受力作用下不会过早断裂。
此外，材料的冷加工硬化指数也是衡量材料塑性变形能力的重要指标之一。
冷加工硬化指数是指材料在冷加工过程中硬度的增加量与应变的比值。
通常情况下，冷加工硬化指数越大，说明材料具有较好的塑性变形能力，能够在受力作用下发生较大的塑性变形而不断裂。
因此，在一些需要进行冷加工加工的工程结构中，需要选择具有较高冷加工硬化指数的材料，以保证其在加工过程中不会发生断裂。
综上所述，材料的塑性指标包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数等。
这些指标是衡量材料塑性变形能力的重要参数，对于工程设计和材料选用具有重要意义。
在实际应用中，需要根据工程结构的使用情况和要求选择合适的材料，以保证工程结构的安全性和可靠性。
同时，也需要在材料的生产和加工过程中对这些塑性指标进行严格控制，以保证材料具有良好的塑性变形能力。
材料的变形和塑性应变
材料的变形和塑性应变材料的变形是指受到外力作用后，其形状、尺寸或结构发生改变的过程。
而塑性应变则是变形过程中材料发生可逆形变的能力。
本文将探讨材料的变形机制、塑性应变的特点以及对工程实践的重要性。
一、材料的变形机制材料的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。
弹性变形发生在加载结束后，材料可以恢复到原来的形状，没有发生永久性变化。
而塑性变形则是加载结束后，材料发生了永久性的形状变化。
材料的变形主要通过原子之间的相对位移来实现。
在弹性变形中，原子之间发生的相对位移只是暂时的，当外力撤离后，原子会重新回到初始的相对位形。
而在塑性变形中，原子之间的相对位移是永久性的，这导致了材料的形状和结构发生了变化。
二、塑性应变的特点1. 可逆性：塑性应变是可逆的，即在加载和卸载过程中，材料的形状可以恢复到初始状态。
这与弹性变形不同，弹性变形是完全可逆的，而塑性变形是部分可逆的。
2. 体积不变：塑性应变发生时，材料的体积保持不变。
这是由于材料的原子之间的相对位移不会改变材料的体积，只是改变了材料的形状和结构。
3. 局部应变：塑性应变主要发生在材料的局部区域，这与弹性应变相对应。
在弹性变形中，应变是均匀分布的，而在塑性变形中，应变主要集中在局部区域。
三、塑性应变在工程实践中的重要性塑性应变在工程实践中具有重要的意义和应用价值。
1. 材料加工：塑性应变是材料加工的基础。
通过塑性变形，材料可以被加工成各种形状和尺寸的零部件，满足不同工程需求。
例如，在金属加工中，通过塑性变形可以制造出各种精密零件和复杂结构。
2. 结构设计：塑性应变的控制可以提高结构的承载能力和抗变形能力。
工程结构中的材料常常需要承受大的外力作用，通过合理控制塑性应变，可以保证结构的稳定性和安全性。
3. 优化设计：塑性应变的分布对于材料性能的优化设计起着重要的作用。
通过调整材料中的塑性应变分布，可以改善材料的力学性能和耐久性。
四、总结本文介绍了材料的变形和塑性应变的相关概念，探讨了塑性应变的特点以及在工程实践中的重要性。
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。
塑性变形对材料力学性能的影响研究
塑性变形对材料力学性能的影响研究引言：材料力学性能的研究是材料科学领域中的重要课题之一。
在材料力学性能的研究中，塑性变形被认为是一个重要的影响因素。
塑性变形是材料在外力作用下发生的可逆形变，它对材料的力学性能具有重要影响。
本文旨在探讨塑性变形对材料力学性能的影响，并分析其中的机制。
一、塑性变形对材料硬度的影响塑性变形会增强材料的硬度。
在塑性变形过程中，由于晶粒在外力作用下发生滑移和位错运动，原子之间的结构发生改变，从而增强了材料的硬度。
特别是当晶粒的尺寸较小时，由于晶界对滑移的阻碍作用较小，塑性变形对硬度的增加更为显著。
二、塑性变形对材料强度的影响塑性变形能够显著提高材料的强度。
在塑性变形过程中，材料的晶粒发生滑移和位错运动，并形成分布均匀的位错密集区，进而增强了材料的内应力和内聚力。
这些位错密集区能够吸收外力并分散应力，从而使材料的强度得到提高。
三、塑性变形对材料韧性的影响塑性变形对材料的韧性具有一定影响。
塑性变形会导致晶界的滑移和位错运动，从而引起材料的内应力分布不均匀。
这种应力集中往往会导致晶界的裂纹形成，从而降低了材料的韧性。
然而，适量的塑性变形可以形成细小的晶粒和位错密集区，有利于阻止裂纹扩展，提高材料的韧性。
四、塑性变形对材料耐疲劳性能的影响塑性变形对材料的耐疲劳性能也具有一定的影响。
在塑性变形过程中，材料的位错和晶粒会发生运动和重组，从而改变材料的内部结构。
这种结构变化使得疲劳过程中的裂纹扩展速度减缓，提高了材料的耐疲劳性能。
五、塑性变形对材料的变形行为的影响塑性变形对材料的变形行为也产生了重要影响。
在塑性变形过程中，材料会发生塑性流动，即材料中的晶体按一定方向和纹理发生滑移和转动，从而形成宏观上可观测到的变形。
塑性变形使得材料的变形更加均匀，从而改善了材料的变形性能。
结论：综上所述，塑性变形对材料力学性能有着重要的影响。
塑性变形能够提高材料的硬度、强度和耐疲劳性能，但对材料的韧性也会产生一定的影响。
塑性变形文档
塑性变形引言塑性变形是一种材料的力学特性，指的是材料在应力作用下发生形状改变而不恢复原状的现象。
相比于弹性变形，塑性变形更具有永久性和不可逆性。
塑性变形在材料的加工和制造过程中起着非常重要的作用，同时也是材料力学研究的重要领域。
塑性变形的特点塑性变形的主要特点如下：1.永久性：塑性变形一旦发生，材料的形状将永久改变，不能通过去除外力来恢复原状。
2.不可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是不可逆的，即一旦变形发生，材料无法自然地回到未变形的状态。
3.应力松弛：在塑性变形过程中，材料内部的应力会随着时间的推移而逐渐松弛，这是塑性变形的一个重要特征。
4.变形行为：塑性变形具有明显的屈服阶段、流变阶段和稳定阶段。
屈服阶段表现为应力与应变之间的非线性关系，流变阶段则表现为应力基本保持恒定，应变继续增加。
稳定阶段则表现为应力和应变逐渐趋于平衡。
塑性变形的影响因素塑性变形的发生受到多种因素的影响，主要包括：1.硬度：硬度是材料抵抗塑性变形的能力，硬度越高，材料越难发生塑性变形。
2.温度：温度对材料的塑性变形有重要影响。
通常来说，低温下材料的塑性变形能力较低，而高温下材料的塑性变形能力较高。
3.应变速率：应变速率是指材料在受力下的变形速度，高应变速率下材料更容易发生塑性变形。
4.晶界：晶界是晶体内部各个晶粒之间的边界。
晶界对材料的塑性变形有着重要影响，晶界的存在增加了材料的塑性，使其更容易发生变形。
塑性变形与材料加工塑性变形在材料加工和制造过程中发挥着重要作用。
下面以常见的金属材料加工为例来说明：1.铸造：在铸造过程中，液态金属会通过凝固而形成固态材料。
然而，在凝固过程中，金属会发生塑性变形，产生一定的应力和应变，这会导致铸件的几何尺寸和形状发生变化。
2.锻造：锻造是一种常见的金属加工方法，它是通过对金属材料施加一定的压力和变形，使其发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
锻造可以改变金属的晶粒结构和机械性能。
3.压延：压延是一种常见的金属加工方法，通过对金属材料施加轴向力和横向变形，使其发生塑性变形，从而得到所需的薄板或线材。
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。
塑性变形对材料性能的影响研究
塑性变形对材料性能的影响研究引言：材料工程的发展离不开对材料性能的深入研究和了解。
其中，塑性变形是一个重要的研究方向。
塑性变形是材料受到外力作用后，在不断应力增大的情况下发生的形变现象。
本文将探讨塑性变形对材料性能的影响，并分析其机制和应用前景。
一、塑性变形与材料力学性能材料的塑性变形是由于结晶体内部的原子移动和位错滑移所引起的。
位错是材料内部的微观缺陷，可以看作是构成晶体的原子排列的错位。
塑性变形对材料的力学性能有着显著的影响。
首先，塑性变形能够提高材料的延展性和塑性，使其具有更好的韧性和可塑性。
相比于脆性材料，经过塑性变形的材料在受力时能更好地承受应力，并且具有更好的抗断裂性能。
其次，塑性变形还可以改善材料的力学强度。
塑性变形过程中，原子滑移受到应力的作用，位错在晶体内移动，从而引起材料内部晶粒的重新排列。
这样，材料中的晶粒得到细化，晶界的面积增加，从而有效地提高材料的强度。
此外，塑性变形还可以消除材料中的一些缺陷和内部应力，提高材料的耐腐蚀性能和疲劳寿命。
综上所述，塑性变形对材料的力学性能有着积极的影响。
二、塑性变形与材料电子性能材料的电子性能是指在电子的传导和非传导过程中，材料所表现出的特性。
而塑性变形对材料的电子性能同样有着重要的影响。
塑性变形使材料内部发生变形和位错产生，从而改变了材料的晶体结构和电子分布。
对于金属材料来说，塑性变形会导致电子云的重新分布以及电子与原子排列之间的相互作用发生变化。
这些变化会影响金属的导电性、电阻率和磁性等电子性能。
一些研究表明，在塑性变形后，金属材料的电导率会有所改善，从而提高其导电性能。
此外，塑性变形还可以增加材料表面的电子密度，并增强电子在材料内部的传输。
这些变化不仅对金属材料的电子性能有着积极的影响，也为材料在电子器件方面的应用提供了新的可能性。
三、塑性变形与材料化学性能除了对材料的力学性能和电子性能有影响外，塑性变形也可以对材料的化学性能产生一定的影响。
材料的力学性能强度、塑性
如何选用材料
温度和环境
需要在工作温度和环境下选择材 料。例如，高温或腐蚀性环境会 影响材料性能。
载荷和应力
材料的承受载荷和应力与其强度 及塑性相关。正确选择材料将更 符合工程要求。
性质和可靠性
材料的物理和化学性质以及可靠 性同样需要考虑。
总结
材料的力学性能强度
包括屈服强度和抗拉强度。材料力学性能塑性包括延伸率和可塑性。
材料的力学性能韧性
韧性和延展性之间的平衡是影 响材料可用性的关键因素。
材料的力学性能塑性
延伸率
指材料在受力下可继续拉伸的长度与原先长度之比， 代表着金属的韧性。
可塑性
是指材料在加工过程中能够重新塑性变形，产生新 的形状和结构。
材料的力学性能韧性
高韧性材料
在致动应力下表现出较大塑性变形和较高断裂韧性的材料，如陶瓷。
低韧性材料
在应力和应变较低时断裂，如脆性材料。
材料的应力应变曲线
材料受外界作用力时，会随着外力的增加发生应力和应变的变化。材料应力应变曲线反映了材料应力和应变的 关系以及力学性能的表现。
材料的应力应变曲线
1
线性区
应力与应变成正比关系，材料具有线性弹性。
2
塑性区
应力大时，在比例限以外标志着材料出现塑性变形，不可逆转。
3
极限点
应力达到极限时，材料发生断裂。极限点之前也是周期的疲劳寿命。
材料的力学性能强度、塑 性
欢迎来到本次关于材料力学性能讲座。在这里我们将讨论材料性能方面的知 识，包括强度、塑性、韧性等方面的内容，并介绍材料力学性能曲线及相关 数据。
材料的力学性能强度
1 屈服强度
是材料在弯曲、拉伸等载荷下，超出线性场后的应力值。夹杂物越多，屈服强度越低。
材料力学中的塑性变形与材料强度研究
材料力学中的塑性变形与材料强度研究引言：材料力学是研究固体材料的力学性质和变形行为的科学，塑性变形是材料力学中一个重要的课题，对材料强度研究起着重要的作用。
本文将从塑性变形和材料强度两方面讨论材料力学的研究现状和未来发展。
一、塑性变形塑性变形是指材料在受力作用下发生形变，并保留形变后的状态。
与弹性变形不同，塑性变形是不可逆的，并且在材料中产生永久的形变。
塑性变形的研究对于材料工程、金属材料的精炼和半导体材料的制备等领域具有重要意义。
1.1 塑性变形的机制塑性变形的机制主要有滑移、位错和相变等。
滑移是材料中原子或离子的重新排列，使晶体产生形变。
位错是晶格中的缺陷，通过位错的运动产生塑性变形。
相变是材料结构由一种形式转变为另一种形式，从而实现形变。
这些机制相互作用，共同参与塑性变形的发展。
1.2 塑性变形的影响因素塑性变形的发生和发展受到多方面因素的影响，包括温度、应变速率、晶体结构等。
温度的升高会增大材料的晶粒尺寸，从而降低材料的塑性变形能力。
应变速率的增加会导致材料的形变出现快速而剧烈的滑移，增大应变硬化，使材料更难发生塑性变形。
晶体结构的不规则性也会影响材料的塑性变形，如晶界、孪晶等。
二、材料强度研究材料强度是指材料在承受外力时能够维持其形状和抵抗破坏的能力。
材料强度的研究是材料力学研究的一个重要分支，对于工程设计和材料选择具有重要意义。
2.1 强度的分类材料强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等多个方向上的强度。
不同方向上的强度反映了材料在受力时的变形特征和抗破坏能力。
不同形状和组成的材料强度也会有差别，这需要经过实验和理论分析来研究和确定。
2.2 强度的测定材料强度的测定是材料力学研究中的一项关键工作。
常用的测定方法有拉伸试验、压缩试验、剪切试验等。
通过实验数据的收集和分析，可以确定材料的强度和断裂性能。
这些数据对于工程设计和评估材料性能具有指导意义。
三、材料力学研究的展望材料力学研究具有重要的科学意义和应用价值，随着科学技术的不断进步，材料力学的研究也在不断发展。
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
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S S (1 2 R a)[ln( 1 a 2 R)]
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.3.3 形变强化的实际意义
• 金属的加工硬化，对冷加工成型工艺是很重要 的。
• 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工 硬化能力，零件具有抵抗偶然超载的能力，是 安全使用的可靠保证。
• 形变强化是提高材料强度的重要手段，尤其对 不能进行热处理强化的材料。
§3.3 真应力－应变曲线及形变强化规律
真应力—真应变加线可用Hollomon方程来表示：
S K
n
K－－强化系数；n－－应变强化指数。 由上式可知，n值越大，材料对继续塑性变形得抗力愈高。 大多数金属材料的应变硬化系数为0.05～0.5之间。 应变强化速率与n意义的区别：
S K
n
Mb 条件抗扭强度 b W
真实抗扭强度
4 dM k 3 [3M k k ( )k ] d0 d
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
扭转切应变
k d0
2l0
100%
对于塑性材料，因塑性变形很大，弹性变形可忽略， 上式求出的总应变看作残余切应变；对于脆性材料和 低塑性材料，弹性变形不能忽略，残余切应变还应减 去弹性切应变γy。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.2.3 应变时效 如果在屈服后一定塑性变 形处卸载，随即再拉伸加 载，则屈服现象不再出现， 若在卸载后在室温或较高 温度停留较长时间后再拉 伸，即物理屈服现象重现、 且新的屈服平台高于卸载 时应力—应变曲线。这种 现象称为应变时效。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.4.3 弯曲试验
1、弯曲试验分为三点弯曲和四点弯曲，试样主要有矩形 截面和圆形截面。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
试验时，在试件跨距的中心测定绕度，绘成P～fmax关系 曲线，即弯曲图。
由左图可知，塑性材料的 力学性能由拉伸试验测定， 而不采用弯曲试验；脆性 材料根据弯曲图求得：
Mb bb ; M b Pb L 4 , Pb K 2 W 3 W d 0 32, bh2 6
max
S max
1 3 2( 1 ( 2 3 ))
应力状态柔度系数a，表征应力状态的软硬。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.4.2 扭转试验
1、 应力－应变分析
max 1 1 3 tg d 0 2l 100%
y
p
G
100%
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3、扭转试验的特点及应用
• 测定拉伸时表现为脆性材料的 有关塑性变形抗力指标。
• 精确测定高塑性材料的变形能 力和抗力指标。 • 不能显示材料的体积缺陷，对 表面缺陷及硬化层的性能敏感。 • 明确区分金属材料最终断裂方 式。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
ln S ln K n ln
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
应变硬 化速率
d ln S nd ln d ln S dS n d ln Sd dS S n d
在相同变形量ε的情况下，n越大， 加工硬化速率也高。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.3.2 颈缩条件分析
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
§3.1 金属材料塑性变形机制及特点
3.1.1 金属塑性变形的机制
常见的塑性变形方式为滑移和孪生
滑移是金属材料在切应力作用下,沿滑移面和滑移方向 进行的切变过程。
滑移面ⅹ滑移方向=滑移系 滑移系越多,塑性↑
孪生是金属材料在切应力作用下的一种塑性变形方式, 孪生变形可以调整滑移面的方向,使新的滑移系开动,间 接对塑性变形有贡献。(滑移受阻→孪生,变形速度加快)
故有：
dS S d
当加工硬化速率等 于该处的真应力时， 就开始颈缩。
上式就是颈缩条件。 dS/dε>S时，硬化作 用明显；
dS/dε<S时，加工硬 化能力微弱，颈缩 开始。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
又：
dS S dS n ; S d d
得
n
说明颈缩开始时的真应变在数值上等于应变强化系数n。 当出现颈缩后，材料的受力状态从单向拉伸变成三向 拉伸，Bridgman对颈部应力状态及分布放心后，得到 了一个修正式：
颈缩是预示材料断裂的危险信号。 出现颈缩时正是负荷－－变形曲线上的最大载荷处。 应有：
dF 0
dF d ( S A) AdS SdA 0 dA dS A S
lA V Adl ldA 0 dA dl d A l
又按体积不变定理：
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
0
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
2、扭转试验及测定的力学性能
根据扭转图，利用材料力学公式, 可以计算出:
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
切变模量
32Ml0 G 4 d 0
p
Mp W ;W
3 d 0
截面系数
扭转比例极限
16
扭转屈服强度
0 .3
M 0 .3 W
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.3.4 韧性的概念及静力韧度分析
定义：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗 的功叫做静力韧度。
W Sd
0
f
静力韧度表示静 载下材料强度与 塑性的最佳配合。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
W
0. 2 S k
2 S k 0. 2 k D
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.1.2 多晶体材料塑性变形的特点
1、各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性
2、各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
§3.2 屈服现象及其本质 3.2.1 物理屈服现象
3.2.2 屈服现象的本质 位错增殖理论
低碳钢的物理屈服点及屈服传播
k
计算得：
2 S k2 0 .2 W 2D
提高屈服强度将导致材料韧性降低，材料强度得 提高是以牺牲韧性为代价。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
§3.4 应力状态对塑性变形的影响
3.4.1 应力状态柔度系数
为了表示应力状态对材料塑性变形的影响，引入 了应力状态柔度系数a，它的定义为：