第07章材料的变形与断裂优秀课件
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第07章材料的变形 与断裂
塑性变形引言
塑性变形是塑性材料的一个极其重要的性能，也 是材料成型的一种重要加工方法。大多数金属均具有 良好的塑性变形能力，这也是金属材料获得广泛应用 的重要原因之一。塑性变形可以改变金属的外形，也 是塑性材料成形的主要方法之一。同时塑性变形也会 改变材料的内部组织和结构，从而影响到它的宏观性 能，可使材料的某些性能如强度等得到显著的提高。 但在塑性变形的同时，也会给材料的组织和性能带来 某些不利的影响，为了消除塑性变形(冷加工)这些不 利的影响，在加工之后或加工过程中，通常还对材料 进行加热，使其内部发生回复和再结晶过程。所以， 塑性变形和再结晶是材料研究中的重要问题。
2. 原因：维持材料均匀变形的原因是材料发生 了加工硬化。 已经发生变形处的强度提高， 进一步变形困难，即变形要在更大的应力作 用下才能进行。下一步的变形发生在未变形 或变形相对较小的位置，达到同样变形后， 在更大的应力作用下发生变形。
塑性变形过程－－颈缩
ห้องสมุดไป่ตู้1. 颈缩：试样将开始发生不均匀的塑性变形， 产生了颈缩，即塑性变形集中在一局部区域 进行。
第一节 变形概述
• 名词概念 • 变形过程 • 弹性变形 • 塑性变形 • 塑性变形的方式
变形过程中的名词概念
1. 变形：物体在外力的作用下，其形状和尺寸的改变。
2. 应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。 同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同 截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。
2. 塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸 长率(δ%)或断面减缩率(ψ%)表示。
3. 实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原 子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。
塑性变形过程－－屈服
1. 屈服：材料开始发生塑性变形。
2. 屈服现象：即使外力不再增加，试样也会继续变形， 这种变形属于塑性变形，在拉伸曲线上会出现锯齿 状的平台。这是部分材料所具有的特征。
2. 特点：颈缩发生后，宏观表现为外力在下降， 工程应力在减小，但颈缩区的材料承受的真 实应力依然在上升。
3. 极限强度：材料开始发生颈缩时对应的工程
应力σb ，这时试样出现失稳，颈缩真实应
力依然在上升，但能承受的总外力在下降。
塑性变形过程－－断裂
1. 断裂：变形量大至K点，试样发生断裂。
2. 实质：断裂的实质原子间承受的力超出最大吸引力， 原子间的结合破坏而分离。
3. 应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。物体内部 某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之比 值称为“线应变”；物体内两互相垂直的平面在变 形后夹角的改变值称为“剪应变”或“角应变”； 变形后物体内任一微小单元体体积的改变同原单位 体积之比值称为“体积应变”。
变形过程
低碳钢的拉伸曲线如 图所示。
在应力低于弹性极限 σe时，材料发生的 变形为弹性变形；应 力在σe到σb之间将 发生的变形为均匀塑 性变形；在σb之后 将发生颈缩；在K点 发生断裂。
弹性变形
1. 定义：变形是可逆的，在外力去除后它便可以完全 恢复，变形消失。
2. 特点：服从虎克定律，及应力与应变成正比
3. 比例系数E称为弹性模量G称为切变模量，它反映材 料对弹性变形的抗力，代表材料的“刚度” 。
3. 屈服强度：表示材料对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表示；对屈服 现象不明显的材料，则以所产生的塑性应变答0.2% 时的应力值表示。
塑性变形过程－－均匀变形
1. 均匀变形：在屈服后的变形阶段，试样整体 进行均匀的塑性变形。如果不再增加外力， 材料的变形将不能继续下去。
3. 韧性断裂：在断裂前有明显塑性变形后发生的断裂 叫“韧性断裂”。在晶体构成的材料中，内部的晶 粒都被拉长成为细条状，断口呈纤维状，灰暗无光。
4. 脆性断裂：断裂前因并未经过明显塑性变形，故其 断口常具有闪烁的光泽，这种断裂叫“脆性断裂”。 脆性断裂可沿晶界发生，称为“晶间断裂”，断口 凹凸不平；脆性断裂也可穿过各个晶粒发生，称为 “穿间断裂”，断口比较平坦。
塑性变形的方式
材料在外力作用下发生塑性变形，依材料 的性质、外界环境和受力方式不同，进行塑性 变形的方式也不相同，通常发生塑性变形的方 式有：滑移、孪生、蠕变、流动。
其中滑移是晶体材料塑性变形的基本方式。 而非晶体材料原子为无规则堆积，像液体一样 只能以流动方式来进行，衡量变形的难易程度 的参数为粘度。在重力作用下能发生流动的为 液体，可以维持自己形状的位固体、
第二节 单晶体的滑移
• 滑移概念 • 过程说明 • 滑移系 • 施密特定律 • 临界分切应力 • 滑移变形的主要特点
滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
滑移过程说明
在切应力的作用下，先使晶格发生弹性外扭，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。
4. 实质： 弹性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子间距就偏离了平衡位置，但未超过其原子间 的结合力。晶体材料反应为晶格发生了伸长(缩短) 或歪扭。原子的相邻关系还未发生改变，故外力去 除后，原子间结合力便可以使变形完全恢复。
塑性变形
1. 定义：不能恢复的永久性变形叫塑性变形。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，而具有残留变形或永久变形。
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不 能使原子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产 生塑性变形；正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分 离，材料则出现断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑 性变形，但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶 格沿另外的方向上发生滑移。
塑性变形引言
塑性变形是塑性材料的一个极其重要的性能，也 是材料成型的一种重要加工方法。大多数金属均具有 良好的塑性变形能力，这也是金属材料获得广泛应用 的重要原因之一。塑性变形可以改变金属的外形，也 是塑性材料成形的主要方法之一。同时塑性变形也会 改变材料的内部组织和结构，从而影响到它的宏观性 能，可使材料的某些性能如强度等得到显著的提高。 但在塑性变形的同时，也会给材料的组织和性能带来 某些不利的影响，为了消除塑性变形(冷加工)这些不 利的影响，在加工之后或加工过程中，通常还对材料 进行加热，使其内部发生回复和再结晶过程。所以， 塑性变形和再结晶是材料研究中的重要问题。
2. 原因：维持材料均匀变形的原因是材料发生 了加工硬化。 已经发生变形处的强度提高， 进一步变形困难，即变形要在更大的应力作 用下才能进行。下一步的变形发生在未变形 或变形相对较小的位置，达到同样变形后， 在更大的应力作用下发生变形。
塑性变形过程－－颈缩
ห้องสมุดไป่ตู้1. 颈缩：试样将开始发生不均匀的塑性变形， 产生了颈缩，即塑性变形集中在一局部区域 进行。
第一节 变形概述
• 名词概念 • 变形过程 • 弹性变形 • 塑性变形 • 塑性变形的方式
变形过程中的名词概念
1. 变形：物体在外力的作用下，其形状和尺寸的改变。
2. 应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。 同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同 截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。
2. 塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸 长率(δ%)或断面减缩率(ψ%)表示。
3. 实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原 子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。
塑性变形过程－－屈服
1. 屈服：材料开始发生塑性变形。
2. 屈服现象：即使外力不再增加，试样也会继续变形， 这种变形属于塑性变形，在拉伸曲线上会出现锯齿 状的平台。这是部分材料所具有的特征。
2. 特点：颈缩发生后，宏观表现为外力在下降， 工程应力在减小，但颈缩区的材料承受的真 实应力依然在上升。
3. 极限强度：材料开始发生颈缩时对应的工程
应力σb ，这时试样出现失稳，颈缩真实应
力依然在上升，但能承受的总外力在下降。
塑性变形过程－－断裂
1. 断裂：变形量大至K点，试样发生断裂。
2. 实质：断裂的实质原子间承受的力超出最大吸引力， 原子间的结合破坏而分离。
3. 应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。物体内部 某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之比 值称为“线应变”；物体内两互相垂直的平面在变 形后夹角的改变值称为“剪应变”或“角应变”； 变形后物体内任一微小单元体体积的改变同原单位 体积之比值称为“体积应变”。
变形过程
低碳钢的拉伸曲线如 图所示。
在应力低于弹性极限 σe时，材料发生的 变形为弹性变形；应 力在σe到σb之间将 发生的变形为均匀塑 性变形；在σb之后 将发生颈缩；在K点 发生断裂。
弹性变形
1. 定义：变形是可逆的，在外力去除后它便可以完全 恢复，变形消失。
2. 特点：服从虎克定律，及应力与应变成正比
3. 比例系数E称为弹性模量G称为切变模量，它反映材 料对弹性变形的抗力，代表材料的“刚度” 。
3. 屈服强度：表示材料对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表示；对屈服 现象不明显的材料，则以所产生的塑性应变答0.2% 时的应力值表示。
塑性变形过程－－均匀变形
1. 均匀变形：在屈服后的变形阶段，试样整体 进行均匀的塑性变形。如果不再增加外力， 材料的变形将不能继续下去。
3. 韧性断裂：在断裂前有明显塑性变形后发生的断裂 叫“韧性断裂”。在晶体构成的材料中，内部的晶 粒都被拉长成为细条状，断口呈纤维状，灰暗无光。
4. 脆性断裂：断裂前因并未经过明显塑性变形，故其 断口常具有闪烁的光泽，这种断裂叫“脆性断裂”。 脆性断裂可沿晶界发生，称为“晶间断裂”，断口 凹凸不平；脆性断裂也可穿过各个晶粒发生，称为 “穿间断裂”，断口比较平坦。
塑性变形的方式
材料在外力作用下发生塑性变形，依材料 的性质、外界环境和受力方式不同，进行塑性 变形的方式也不相同，通常发生塑性变形的方 式有：滑移、孪生、蠕变、流动。
其中滑移是晶体材料塑性变形的基本方式。 而非晶体材料原子为无规则堆积，像液体一样 只能以流动方式来进行，衡量变形的难易程度 的参数为粘度。在重力作用下能发生流动的为 液体，可以维持自己形状的位固体、
第二节 单晶体的滑移
• 滑移概念 • 过程说明 • 滑移系 • 施密特定律 • 临界分切应力 • 滑移变形的主要特点
滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
滑移过程说明
在切应力的作用下，先使晶格发生弹性外扭，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。
4. 实质： 弹性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子间距就偏离了平衡位置，但未超过其原子间 的结合力。晶体材料反应为晶格发生了伸长(缩短) 或歪扭。原子的相邻关系还未发生改变，故外力去 除后，原子间结合力便可以使变形完全恢复。
塑性变形
1. 定义：不能恢复的永久性变形叫塑性变形。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，而具有残留变形或永久变形。
作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不 能使原子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产 生塑性变形；正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分 离，材料则出现断裂。
材料在正应力作用下，在应力方向虽然不能发生塑 性变形，但应力的分解在另一方向就有切应力，可使晶 格沿另外的方向上发生滑移。