材科基考点强化(第7讲 塑性形变)
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性材料的塑性变形是指在一定条件下，材料受到外界力作用而产生形状和尺寸的永久性改变的能力。
塑性变形是材料工程中非常重要的概念，我们需要深入了解材料的可塑性特性以便正确选择和应用材料。
本文将详细介绍材料的塑性变形和其可塑性特性。
一、材料的塑性变形概述在材料工程中，塑性变形是指在材料受到外力作用后，材料发生永久性变形的过程。
与之相对应的是弹性变形，即当外力作用消失后，材料恢复到原来的形状和尺寸。
材料的塑性变形主要表现为拉伸、压缩、弯曲、扭转等形式。
二、材料的可塑性特性1. 塑性变形能力：材料的可塑性特性主要体现在其对外力作用下发生塑性变形的能力上。
一般来说，金属材料更具有塑性变形能力，而脆性材料则相对较差。
2. 塑性变形的可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是永久性的，即使外力作用消失，材料也无法完全恢复到原来的形状和尺寸。
这是材料可塑性特性的重要表现。
3. 塑性变形的抗性：材料的抗塑性变形能力与材料的应变硬化特性密切相关。
应变硬化是指材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，抵抗进一步变形的能力也随之增强。
4. 塑性变形的本质：材料的塑性变形是由于材料的晶体结构的滑移和位错运动所致。
在外力的作用下，晶体中的位错沿着晶体结构中的特定平面和方向移动，导致材料的塑性变形。
三、材料塑性变形的影响因素1. 温度：温度对材料的塑性变形有着重要影响。
一般来说，高温下材料的塑性变形能力增强，而低温则相对减弱。
2. 应变速率：应变速率是指材料在受外力作用下形变的速率。
较高的应变速率会导致材料的变形更加集中，容易发生塑性变形。
3. 结晶度：结晶度高的材料具有较好的塑性变形能力，而非晶态材料则相对较差。
4. 化学成分和加工方式：不同化学成分的材料在受力时表现出不同的塑性特性。
此外，材料的加工方式（如冷轧、热轧等）也会对塑性变形产生影响。
四、材料塑性变形实例1. 金属材料的塑性变形：金属材料是最常见的可塑性材料，广泛应用于工程领域。
塑性形变
塑性形变
任何物体在外力作用下都会发生形变，当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变能随之消失，这种形变称为弹性形变。
如果外力较大，当它的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变，称为塑性形变。
弹性形变
固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复原状谓之“弹性形变”。
若撤去外力后，不能恢复原状，则称为“范性形变”。
因物体受力情况不同，在弹性限度内，弹性形变有四种基本类型：即拉伸和压缩形变；切变；弯曲形变和扭转形变。
屈服点
材料受应力时，材料的应力随应变增加而增加，两者呈正比，当应力增大到某一值时，材料发生屈服，其拉应力与应变不再成正比，而是在某一范围内波动，随后，材料发生断裂。
屈服点也是材料发生弹性形变与塑性形变的分界点。
强度
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出
强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。
也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。
强度是机械零部件首先应满足的基本要求。
机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。
强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
材科基考点强化(第7讲 塑性形变)
主要考点考点1：弹性形变考点2：单晶体的塑性变形考点3：施密特定律考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）考点7：塑性变形后材料组织的变化考点8：塑性变形后材料性能的变化考点9：综合题考点1：弹性形变。
例1（名词解释）：弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
考点2：单晶体的塑性变形。
例1（名词解释）：孪晶。
例2：常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？例3（判断题）：金属晶体中，密排六方晶体比面心立方晶体的塑性好，更适宜塑性加工。
考点3：施密特定律。
例1（名词解释）：临界分切应力。
例2（名词解释）：施密特（Schmid ）因子。
例3：单晶体的临界分切应力值与（ ）有关。
A ．外力相对滑移系的取向B ．拉伸时的屈服应力C ．晶体的类型和纯度D ．拉伸时的应变大小例4（判断题）：根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
例5：已知纯铜的{111}[110]滑移系的临界切应力c τ为1Mpa ，考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）。
例1：多晶体塑性变形时，至少需要（ ）独立的滑移系。
A ．3个B ．8个C ．5个例2：实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异，这是因为（ ）。
A ．晶体不同方向性能相同B ．晶体的各向异性现在测量不出来C ．金属材料结构不是晶体D ．大量晶粒随机取向掩盖了各向异性例3：解析Hall-Petch （霍尔-佩奇）公式。
例4：有两块相同成分的固溶体合金，其区别仅为一块晶粒较粗大，另一块晶粒较细小。
试回答下列问题：（1）哪块合金的塑性更好，为什么？（2）在冷塑性变形量相同的情况下，哪一块合金变形所消耗的变形功更大，为什么？（3）当加热这两块经冷塑性变形的合金时，哪一块合金更易发生再结晶，为什么？例5：已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/2mm 时，屈服强度s σ=100MPa ；当晶粒大小为4096个/2mm 时，s σ=250MPa ，试求晶粒大小为256个/2mm 时，屈服强度s σ的值。
塑性成形原理知识点总结
塑性成形原理知识点总结一、塑性成形的基本原理1. 塑性成形的基本原理是通过施加外部应力使材料受力，发生形变，从而改变其形状和尺寸。
外部应力可以是拉伸、压缩、弯曲等形式，材料受到应力后发生塑性变形，达到所需的形状和尺寸。
2. 塑性成形的基本原理还包括在一定的温度条件下进行成形。
材料在一定温度范围内会发生晶粒的滑移和再结晶等变化，使材料更容易流动和变形，这对于塑性成形的效果非常重要。
3. 塑性成形的基本原理还涉及到应变硬化和材料流动等方面的知识。
应变硬化是指材料在形变过程中发生的一种增加抗力的现象，材料流动则是指材料在应力作用下发生的形变过程，通过流动来实现所需的成形效果。
二、材料在塑性成形过程中的变形规律1. 材料在塑性成形过程中会发生各种形式的变形，包括平面应变变形、轴向应变变形、弯曲应变变形、扭曲应变变形等。
不同的成形方式会引起不同形式的变形，需要根据具体情况进行分析和处理。
2. 材料在塑性成形过程中的变形还受到横向压缩和减薄等因素的影响。
横向压缩会导致材料沿其厚度方向出现侧向膨胀的现象，减薄则是指材料在成形过程中产生的减小尺寸和厚度的现象。
3. 材料在塑性成形过程中还会出现显著的硬化现象。
随着形变量的增加，材料的硬度和抗力会逐渐增加，这对于成形过程的控制和调整非常重要。
三、材料在塑性成形过程中的流变规律1. 材料在塑性成形过程中会发生流变，即在应力的作用下发生形变的过程。
材料的流变规律是指在应力条件下材料的变形规律和流动规律，这对于塑性成形技术的研究和应用非常重要。
2. 材料在塑性成形过程中还会出现应力和应变的分布不均匀、表面变形、壁厚变化等现象。
这些现象会导致成形件质量的不稳定性和变形过程的复杂性，需要进行合理的控制和调整。
3. 材料在塑性成形过程中还会受到局部热和化学变化的影响。
局部热和化学变化会影响材料的微观结构和性能，对于成形过程的控制和调整也具有重要的参考意义。
四、塑性成形的热变形和冷变形1. 塑性成形通常分为热变形和冷变形两种方式。
材料科学基础重点总结 材料形变和再结晶
5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。
材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。
本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形塑性变形对材料组织与性能的影响二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶5.1 晶体的塑性变形塑性加工金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。
塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。
金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。
5.1.1 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移 : 滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动。
滑移线：为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移线.滑移带：在宏观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行的更细的线所组成的，称为滑移带。
滑移系：塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。
一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。
滑移的临界分切应力τk晶体的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。
滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。
（滑移面为原子排列最密的面）单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动。
塑性变形课件
滑移时，晶体的一部分相对于另一部分 沿滑移方向位移的距离为原子间距的整
数倍。滑移结果在晶体表面造成台阶。
铜中的滑移带
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500×
Anming Li, Dept of MSE,hpu 6
材料科学与工程学院
3、滑移沿原子密度最大的晶面、晶向发生。 滑移系： 滑移系的个数:
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu
移
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材料科学与工程学院
滑移四要点：
1、滑移只能在切应 力作用下发生
晶格在正应力作用下的变化
晶格在切应力作用下的变化
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 5
材料科学与工程学院
滑移带
2、滑移使晶体表面形成台阶
第一类残余应力（Ⅰ）：宏观内应力，
利： 预应力处理，如汽车板簧的生产。
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Anming Li, Dept of MSE,hpu
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材料科学与工程学院
弊： 引起变形、开裂，如工件的变形。 消除：去应力退火。
工件加工后的变形
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材料科学与工程学院
晶粒大小与力学性能的关系：
晶粒越细，强度越高(细晶强化)
s=0+kd-1/2
（Hall-Petch)
晶粒越细，单位体积中晶界面积越大，位错运动的阻
力越大。同
时，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便多。对塑性变形的抗力增大， 金属的强度愈高。
晶粒越细，塑韧性提高
晶粒越多，变形均匀，由应力集中导致的开裂机会减少，表现出高 塑性。细晶材料应力集中小，裂纹不易萌生和传播，断裂过程中可吸 收较多能量,表现高韧性。
《材料科学基础》材料塑性变形剖析
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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7.滑移的表面痕迹
单滑移：单一方向 的滑移带； 多滑移：相互交叉 的滑移带； 交滑移：波纹状的 滑移带。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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二、孪晶变形
孪晶变形是在切应力作用下，晶体的一部 分相对于另一部分沿一定的晶面（孪晶面）和 晶向（孪晶方向）发生均匀切变，并形成晶体 取向的镜面对称关系。
夹头的地方，晶体发生转动，转动的方向是使滑
移方向转向力轴。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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几何硬化：，远离45，滑移变得困难； 几何软化：，接近45，滑移变得容易。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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位错移动引起永久变形的示意图
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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2. 滑移的观察 光镜下：滑移带。 电镜下：滑移线。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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3. 滑移的晶体学 （1）几何要素：滑移面 （密排面）、滑移方向 （密排方向）
原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力 最小，因而容易沿着这些面发生滑移。
coscos（取向因子）：
软取向，值大；硬取向，值小。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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4. 滑移时晶体的转动
若晶体在拉伸时不受约束，滑移时各滑移层 会像推开扑克牌一样一层层滑开，每一层和力轴 的夹角φ保持不变。
塑性形变
610-4m2，抗压强度＝17107N/m2，求：受压负荷多
大时骨骼碎裂？假定碎裂前应力与应变是线性关系， 则碎裂时应变为多少？ 解：抗压强度即碎裂时的应力
F S
F S 17 107 6 104 N 1.02 105 ( N )
E
医学物理学
17 10 7 0.019 1.9% 10 E 0.9 10
医学物理学
二、应力与应变
• “a”为正比例极限；
弹性区
• “b”为弹性极限，
ab为弹性区；
• “c”为断裂点。
“bc”为塑性形变区；
医学物理学
三、弹性模量 外力作用使物体形变，力与形变之间关系， 可用应力与应变之间函数关系表示。 在正比极限范围内，应力与应变的比值叫该 材料的弹性模量。 1.杨氏模量 2.切变模量 3.体变模量
1.骨组织在拉伸载荷作用下的断裂机制主要是骨单位
间结合线的分离和骨单位的脱离。 临床上：拉伸骨折多见于松质骨。
医学物理学
2.骨骼最常承受的载荷是压缩载荷。压缩载荷能够
刺激骨的生长，促进骨折愈合，较大压缩载荷作
用能够使骨缩短和变粗。
骨组织在压缩载荷作用下的破坏表现，主要是 骨单位的斜行劈裂。人湿骨破坏的极限应力大于拉 伸极限应力。
切应变
医学物理学
3、体积弹性模量K 压强与体应变的比值 体应力
P P K V V0
医学物理学
体应变
医学物理学
医学物理学
4、应力、应变、弹性模量公式小结一览表 应力分类 应力 应变 模量（名称)
张/压应力 F S
l l0
l0 F E杨 S l
切应力
张应变
材料科学：金属材料塑性成形考点巩固(最新版)_1.doc
材料科学：金属材料塑性成形考点巩固（最新版） 考试时间：120分钟 考试总分：100分遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。
1、判断题 热加工是在充分进行再结晶的温度以上进行的加工。
本题答案： 2、单项选择题 闭式与开式模膛相比有什么特点（ ）。
A.闭式模锻可以得到几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近产品零件的锻件 B.降低材料的利用率 C.闭式模锻时形成飞边 D.开式模锻时不形成飞边 本题答案： 3、单项选择题 为了避免设置外部接头，冷却管道之间可采用（ ）钻孔的方法沟通。
A.外部 B.内部 C.一侧 D.两侧 本题答案： 4、单项选择题 螺旋压力机是介于机械压力机和锤锻之间的锻压设备，由于它的滑块速度与机械压力机（ ），所以它具有机械压力机的特点。
A.相差大 B.相差小 C.较接近姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________--------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线----------------------D.没有关系本题答案：5、单项选择题圆筒形件拉深时，靠近凹模圆角处的毛坯，其径向主应变为（）。
A.拉应变B.压应变C.有时受拉应变，有时受压应变D.以上都错本题答案：6、填空题拉深模具的（）、（）对拉深过程影响很大。
本题答案：7、填空题注射成型机按外型特征大致可分为（）注射成型机、（）注射成型机、（）注射成型机。
本题答案：8、判断题辅助结构零件不直接参与完成工艺过程。
本题答案：9、单项选择题成形工序中，毛坯可以分成变形区和不变形区，各种成形的变形性质主要是以毛坯的（）的受力情况和变形特点作为依据的。
A.变形区B.不变形区C.两者都是D.两者都不是本题答案：10、单项选择题电液换向阀由（）和液控换向阀组成。
《塑性变形》课件
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
材料塑性形变机理研究
材料塑性形变机理研究材料塑性形变机理研究是材料科学领域中的重要研究方向之一。
塑性形变是指材料在外力作用下发生的可逆性变形现象，广泛应用于工程领域中的金属加工、塑料成型等工艺过程中。
了解材料塑性形变机理有助于优化材料的力学性能和改进加工工艺。
在材料塑性形变机理研究中，一种常见的方法是通过应力-应变曲线来分析材料的塑性变形行为。
应力-应变曲线是材料在外力作用下应力随应变的变化关系图。
通过分析曲线的特征，可以得到材料的屈服强度、延伸性等力学性能参数。
材料的塑性形变机理主要包括滑移、孪晶形成和再结晶等过程。
滑移是材料中晶格的移动过程，当外力作用下超过材料的屈服强度时，晶格开始发生滑移，导致材料的塑性变形。
滑移过程中，晶体中的原子沿着滑移面和滑移方向发生位错的运动，从而引起材料的变形。
滑移的发生会导致材料的晶粒变形，增强材料的塑性。
孪晶形成是一种特殊的塑性形变机制，它发生在晶体中的孪晶界面上。
孪晶是由两个或多个晶格方向不同的晶体区域组成的。
当材料受到外力作用时，晶体中的位错会在孪晶界面上聚集，从而形成孪晶。
孪晶的形成可以提高材料的强度和延伸性，改善材料的塑性。
再结晶是材料在高温下发生的一种塑性形变机制。
当材料受到高温作用时，晶体中的位错会重新排列，形成新的晶粒结构。
再结晶可以消除材料中的位错和孪晶，提高材料的力学性能和延展性。
再结晶过程中，晶体中的原子重新排列，形成新的晶粒结构，从而改变材料的微观结构。
除了滑移、孪晶形成和再结晶，材料的塑性形变机理还涉及到晶体的位错运动、晶界的滑移和变形等过程。
这些过程相互作用，共同决定材料的塑性特性。
通过研究材料的塑性形变机理，可以为材料的设计和加工提供理论依据，优化材料的性能和加工工艺。
总之，材料塑性形变机理研究是材料科学领域中的重要研究方向。
通过分析材料的应力-应变曲线和研究滑移、孪晶形成和再结晶等过程，可以深入了解材料的塑性变形行为。
这对于优化材料的力学性能和改进加工工艺具有重要意义。
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材料科学：金属材料塑性成形考点巩固（最新版） 考试时间：120分钟 考试总分：100分遵守考场纪律，维护知识尊严，杜绝违纪行为，确保考试结果公正。
1、单项选择题 冲压零件主要通过（ ）冲压方式获得。
A.材料分离 B.材料变形 C.两者都是 D.两者都不是 本题答案： 2、单项选择题 装模高度是指滑块在下止点时，滑块下表面到（ ）的距离。
A.工作台垫板下表面 B.垫板上表面 C.工作台上表面 D.工作台下表面 本题答案： 3、单项选择题 流道截面（ ）和正方形效率最高。
A.O 形 B.圆形 C.T 形 D.V 形 本题答案： 4、单项选择题 在塑料中应尽可能的（ ）增塑剂的含量。
A.减少姓名：________________ 班级：________________ 学号：________________--------------------密----------------------------------封 ----------------------------------------------线----------------------B.增加C.看情况而定D.一上都不对本题答案：5、判断题确定分模位置的最基本原则是保证锻件容易脱模。
本题答案：6、单项选择题各种注射机的开模行程是（）限制的，取出制品所需的开模距离（）注射机的最大开模距离。
A.无，小于B.无，大于C.有，小于D.有，大于本题答案：7、填空题将各种金属毛坯弯成具有一定角度、曲率和形状的加工方法称为（）。
本题答案：8、单项选择题l15、名词解释应力状态本题答案：16、单项选择题润滑系统属于（）。
A.操纵与控制系统B.传动系统C.辅助系统与附属装置D.工作系统机构本题答案：17、填空题凸耳一般需要增加（）工序去除。
本题答案：18、单项选择题成形工序中，毛坯可以分成变形区和不变形区，各种成形的变形性质主要是以毛坯的（）的受力情况和变形特点作为依据的。
塑性成形重要知识点总结
塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。
塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。
滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。
滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。
滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。
孪生：晶体在切应力作用下，晶体一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。
张量：由若干个当坐标改变时，满足转换关系的分量所组成的集合。
晶粒度：金属材料晶粒大小的程度。
变形织构：在塑性变形时，当变形量很大，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。
这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。
动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。
主应力：切应力为0的微分面上的正应力。
主方向：主应力方向，主平面法线方向。
主应力空间：由三个主方向组成的空间主切应力：切应力达到极值的平面上作用得切应力。
主切应力平面：切应力达到极值的平面。
主平面:应力空间中，可以找到三个互相垂直的面，其上均只有正应力，无切应力，此面就称为主平面。
平面应力状态：变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关的应力状态。
平面应变状态：物体内所有质点都只在同一个坐平面内发生变形，而该平面的法线方向没有变形的变形状态。
理想刚塑性材料：研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。
理想弹塑性材料：塑性变形时，需考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料。
弹塑性硬化材料：塑性变形时，既要考虑塑性变形前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料。
刚塑性硬化材料：研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，需考虑变形过程中的加工硬化的材料。
屈服轨迹：两相应力状态下屈服准则的表达式在主应力坐标平面上的几何图形，一条封闭的曲线。
屈服表面：屈服准则的数学表达式在主应力空间中的几何图形是一个封闭的空间曲面称为屈服表面。
塑性变形与强化
5
（一）塑性变形机制
二金属的塑性变形
塑性变形：当外加应力超过屈服极限时，应力和应变不再 呈线性关系，卸载后变形也不能完全消失。 塑性变形有两个基本方式：滑移和孪生。
第Ⅲ阶段滑移线变成滑移带，且滑移带发生碎化。螺位错 发生交滑移，使塞积位错得以松弛，加工硬化程度减弱。
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位错相互作用可能机制 ① 平行位错间交互作用 ② 与林位错的相互作用 a) 绕过林位错 b) 与林位错弹性交互作用（发生位错反应）
c) 形成割阶
d) 割阶的非保守运动（拖曳固定割阶，形成点缺陷） ③ 胞壁的长程应力 目前还未能确立完整而统一的理论体系。最有影 响两个流派是：
/
4 E p
（其中：γp铁素体、碳化物比表面能之和） 裂纹形成后立即扩展至断裂。 ③ 当外加切应力分量处于τc与τ/时，碳化物中形成裂纹尚 需通过裂纹扩展阶段才能通过铁素体，这是一种裂纹 扩展所控制的断裂。 采用柯垂尔模型类似推导过程，可以得到裂纹扩展 控制的断裂判据：
4 E c f [ ]1/ 2 2 (1 )c0
冷塑性变形E一般下降3~5%；温度升高E值下降；加载 速度影响不大。
4
（三） 金属弹性不完整性
包申格（Bauschinger)效应 金属经预先加载产生微量塑性变形，然后同向加载弹性 极限升高；反向加载弹性极限降低。 弹性后效
加载时除产生瞬时应变ε0外，随时间延长还有一个缓慢 增加的应变，称滞弹性应变。
26
影响因素 ① 晶体类型影响 ② 晶体位相 ③ 杂质及实验温度
材料科学基础_材料的塑形变形
第三节
• • • • •
滑移的位错理论分析Fra bibliotek滑移的实质是位错的运动 位错的增殖 位错的交割 位错的塞积 加工硬化
滑移的实质是位错的运动
大量的理论研究证明，滑移原来是由于滑移面上 的位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在切 应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错 从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的 滑移。
例如
位错的增殖
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，扩展到晶体外的产生滑移台阶 可为柏氏矢量的整数倍。
位错的交割
不在同一个滑移面 上的两位错运动的过程 中可发生交割。图示例 子表示如果位错AB向下 运动扫过位错CD，由于 扫过区间的晶体两边发 生了柏氏矢量大小的滑 移，在位错CD上产生了 EF转折，EF长度为AB的 柏氏矢量，EF位错的柏 氏矢量不发生变化，位 错的性质和原来可能不 一样。
滑移系
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； 一种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”。
典型晶格的滑移系
FCC
滑移系对性能的影响
晶体中滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性便愈大， 材料的塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的 滑移方向数目比滑移面数目的作用更大。 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝，而具有密排六方晶格的镁 及锌等，因其滑移系仅有3个，故其塑性远较具有立 方晶格的金属差。
材料的塑性变形ppt课件
修正：m’≈ G - G 或m’≈ G 。
10 50
30
14
2.3 晶格缺陷——位错
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
（1）定义：线状缺陷。
实际晶体在结晶时，受到杂质、温度变化或振动产 生的应力作用或晶体由于受到打击、切割等机械应力作 用，使晶体内部原子排列变形，原子行列间相互滑移， 不再符合理想晶体的有序排列，形成线状缺陷，即为位 错。
作用在晶体上的切应力与原子位移之间的关系：=msin 2π x b
τm——完整晶体屈服强度，晶 体受到的切应力超过τm后产生永久 变形，即为晶体的塑性变形。
a.E-x变化曲线； b. τ-x变化曲线
12
2.2 理想晶体的强度
在原子位移很小的情况下，-x曲线的斜率为/x, 故m 2π =
如果半个原子面在滑移面上方，称为正刃位错，以符 号“⊥”表示；反之称为负刃位错，以符号“┬”表示。 符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。
正刃位错
负刃位错
22
（2）位错的类型
b.螺位错——螺位错的产生
23
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
4
2.1 概述
2. 度量塑性的指标
延伸率：
L L0 100 %
L0
断面收缩率： A A0 100%
A0
工程上： 5% （塑性/韧性材料）
5% （脆性材料）
5
2.1 概述
3. 影响因素
①温度；（MgO高温下表现一定的塑性）。 ②加载方式；（拉应力、压应力）——铸铁施加压力表 现为塑性变形；受拉伸应力表现为脆性变形。
15
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
材科基考点精讲(第7讲 塑性形变)
加工硬化率非常小。主要是单滑 移。 Ⅱ阶段—线性硬化阶段：加工硬
化十分显著 ，θⅡ很大。主要是复
滑移。
Ⅲ阶段——抛物线型硬化阶段：随应变增加，应力上升缓慢，
呈抛物线型， θⅢ↓。交滑移。
fcc和bcc都有三个阶段，但是fcc比bcc第一阶段短，第二阶段 长，并且bcc存在屈服现象（当有杂质的时候）；hcp有两阶 段，第一阶段很长，第二阶段开始没多久就发生断裂。
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2. 孪生 孪生是塑性变形的另一种重要形式，它常 作为滑移不易进行时的补充。 产生孪生情况： ◆ 密排六方结构的金属：Mg、Cd、Be ◆ 变形温度低（面心立方、体心立方金 属） ◆ 变形速度快（面心立方、体心立方金 属）
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τk cosϕ cos λ
影响τk因素：材料的本性（纯
度）、试验温度、加载速度。
cos ϕ cosλ——取向因子
● 软位向：ϕ =45°,λ=45° 当滑移面法线、滑移方向、外力轴处于 滑移面 同一平面，且ϕ =45°，λ=45°时取 向因子有最大值0.5，此时σs最小，最 有利于滑移。
● 硬位向：ϕ =90°或λ=90° 当滑移面∥外力（ ϕ =90°）或滑移方向⊥外力（λ=90°） 时，取向因子cos ϕ cosλ=0，σs=∞，滑移无法进行。
（4）滑移时晶面的转动
（a）原试样；（b）自由滑移变形；（c）受夹头限制时的变形
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● 晶体在滑移过程中不仅滑移面发 生转动，而且滑移方向也在旋转。
最大分切应力方向 滑移方向
滑移面
● 转动的结果，有时会使软位向偏向于硬位向， 滑移变困难—“几何硬化”。
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主要考点
考点1：弹性形变
考点2：单晶体的塑性变形
考点3：施密特定律
考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）
考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）
考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）
考点7：塑性变形后材料组织的变化
考点8：塑性变形后材料性能的变化
考点9：综合题
考点1：弹性形变。
例1（名词解释）：弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
考点2：单晶体的塑性变形。
例1（名词解释）：孪晶。
例2：常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？
例3（判断题）：金属晶体中，密排六方晶体比面心立方晶体的塑性好，更适宜塑性加工。
考点3：施密特定律。
例1（名词解释）：临界分切应力。
例2（名词解释）：施密特（Schmid ）因子。
例3：单晶体的临界分切应力值与（ ）有关。
A ．外力相对滑移系的取向
B ．拉伸时的屈服应力
C ．晶体的类型和纯度
D ．拉伸时的应变大小
例4（判断题）：根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
例5：已知纯铜的{111}[110]滑移系的临界切应力c τ为1Mpa ，
考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）。
例1：多晶体塑性变形时，至少需要（ ）独立的滑移系。
A ．3个
B ．8个
C ．5个
例2：实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异，这是因为（ ）。
A ．晶体不同方向性能相同
B ．晶体的各向异性现在测量不出来
C ．金属材料结构不是晶体
D ．大量晶粒随机取向掩盖了各向异性
例3：解析Hall-Petch （霍尔-佩奇）公式。
例4：有两块相同成分的固溶体合金，其区别仅为一块晶粒较粗大，另一块晶粒较细小。
试回答下列问题：（1）哪块合金的塑性更好，为什么？（2）在冷塑性变形量相同的情况下，哪一块合金变形所消耗的变形功更大，为什么？（3）当加热这两块经冷塑性变形的合金时，哪一块合金更易发生再结晶，为什么？
例5：已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/2mm 时，屈服强度s σ=100MPa ；当晶粒大小为4096个
/2mm 时，s σ=250MPa ，试求晶粒大小为256个/2mm 时，屈服强度s σ的值。
考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）。
例1（名词解释）：屈服强度、断裂强度。
例2：为什么低碳钢在拉伸时表现出上下屈服点，而纯金属却没有？
例3：何为固溶强化？请简述其强化机制。
考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）。
例1：请论述第二相弥散粒子对合金塑性变形的影响。
例2：用位错理论分析纯金属与两相合金在冷形变加工时，在产生加工硬化机理上有何区别？
考点7：塑性变形后材料组织的变化。
例1：简述单向压缩条件下，形变量、形变温度对金属组织及性能的影响（包括晶粒形状和位错亚结构的变化）？可用示意图表示。
例2：什么是变形织构？材料冷变形时为什么会产生变形织构？对要求变形量大的材料怎么样防止产生变形织构。
考点8：塑性变形后材料性能的变化。
例1：金属材料经冷塑性变形后________密度增加，其机械性能是________升高，________降低，内应力________，但其显微组织和机械性能________。
例2：请画出金属单晶体的典型应力-应变曲线，并标明各阶段。
铝（层错能约为200mJ/m2）和不锈钢（层错能约为10mJ/m2），哪一种材料的形变第Ⅲ阶段开始得更早？这两种材料滑移特征有什么区别？
例3：工业生产中，为防止深冲用的低碳薄钢板在冲压成型后所制得的工件表面粗糙不平，通常采用何种工艺？说明理由。
例4：金属材料经过冷塑性变形后，其力学性能将出现（）。
A．硬度上升塑性上升B．硬度上升塑性下降
C．硬度下降塑性上升D．硬度下降塑性下降
例5：什么是时效处理？通过时效处理产生强化的原因？实际应用过程中，为消除时效强化可采用什么处理方法？为什么？
例6：以低碳钢的拉伸曲线为例，运用位错理论说明屈服现象及加工硬化现象。
例7：论述冷变形后材料的组织和性能特点。
例8：试比较单晶锌与多晶锌的塑性变形特性。
考点9：综合题。
例1：叙述你所熟悉的某一类材料的变形行为及其特点。
例2：分析位错对金属材料性能的影响。
例3：就你所学所有知识，谈谈如何控制和改善金属材料中的组织。
例4：铜是工业上常用的一种金属材料，具有电导率高和耐腐蚀性好等优点，但是纯铜的强度较低，经常难以满足要求，根据你所学的知识，提出几种强化铜合金的方法，并说明其强化机理。