金属及合金的塑性变形与断裂

S与原始横截面积S0之比。 S0 - S 1
ψ = ——-—× 100% S0
•(2)伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与原
始标距L 0之比。 l 1 - l0
δ = ——-—× 100%
Βιβλιοθήκη Baidul0
塑性指标不直接用于计算，但 任何零件都需要一定塑性，
防止过载断裂；塑性变形可以 缓解应力集中、削减应力峰值。
第一章 金属的塑性变形与 断裂
塑性变形及随后的加热对金 属材料组织和性能有显著的 影响. 了解塑性变形的本质, 塑性变形及加热时组织的变 化，有助于发挥金属的性能 潜力，正确确定加工工艺.
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第一节 金属的变形特性
金属在外力的作用下的变形过程可分为弹 性变形、弹塑性变形和断裂三个连续阶 段。
刃位错的运动
（五）多滑移系
在两个或更多的滑移系上进行的滑移系 称为多滑移系，简称多滑移。
（六）交滑移
两个或多个滑移面沿共同的滑移方向同时或 交替地滑移，称为交滑移。两个或多个滑移 面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移，称 为交滑移。
1.位错的运动与晶体的滑移 刃型位错的滑移
螺型位错的滑移：
⑴ 滑移只能在切应力的作
用下发生。产生滑移的最
小切应力称临界切应力.
⑵ 滑移常沿晶体中原 子密度最大的晶面和 晶向发生。因原子密 度最大的晶面和晶向 之间原子间距最大， 结合力最弱，产生滑 移所需切应力最小。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移 方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。
一、 滑移 （一）滑移及滑移带 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶
向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
滑移时，晶体两部分的相对位 移量是原子间距的整数倍.
滑移的结果在晶体表面形成台 阶，称滑移线，若干条滑移线 组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
1、滑移变形的特点 ： 正应力作
用.swf
几何软化
几何硬化
压缩时的 晶面转 动.swf
韧性断口
2、滑移的机理 把滑移设想为刚性整体滑动所需的
理论临界切应力值比实际测量临界 切应力值大3-4个数量级。滑移是 通过滑移面上位错的运动来实现的。
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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，它们移动的距 离远小于一个原子间距，因 而所需临界切应力小，这种 现象称作位错的易动性。
在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有 使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中 有一螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移 动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
（三）滑移的临界分切应力
在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面 形成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移 带的本质。那麽在拉伸外力作用下，如何能导 致位错线滑移？
图给出了拉伸外力P与任一晶面上的剪切应
力大小的关系。外力P作用在面积为A的圆柱体
二、真应力-真应变曲线
三、金属的弹性变形
1）.弹性:金属材料受外力作用时产生 变形,当外力去掉后能恢复到原来形状 及尺寸的性能。
弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形。 2）.弹性极限:
Fe 弹性极限载荷( N )
σe =
( M pa )
(mm2 )
S0 试样原始横截面
E=σ / ε
2）刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
一、应力应变曲线
屈服点（强度）
(1) 屈服点 试样屈服时的应力为材料的屈服点 产生明显塑性变形的最低应力值.
σs
Fs
σs =
S0
试样屈服时的载荷( N ) ( M Pa )
试样原始横截面积( mm2)
（2）屈服强度( 塑性变形量为0.2%，微量塑性变形)
F0.2
= σ0.2
试样产生0.2%残余塑性变 形时的载荷(N)
单晶体金属的塑性变形 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 解理断裂。只有在切应 力的作用下金属晶体才 能产生塑性变形。
外
切
锌
力
应
单
在
力
晶
晶
作
的
面
用
拉
上
下
伸
的
的
照
分
变
片
解
形
韧性断口
脆性解理断口
塑性变形的形式：滑移和孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。
（二）滑移系
一个滑移面 和其上的一
个滑移方向
构成一个滑
移系。
三种典型金属晶格的滑移系单晶
晶格
体心立方晶格
体滑面移心系立方.s晶w格f
密排六方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也 越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
滑移方向向最大切应力方向转动。
自由滑移 变形.swf
转动的原因：晶体滑移后使正应
力分量和切应力分量组成了力偶.
A0
当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45°角时，滑
移方向上切应力 最大，因而最
F A0
容易发生滑移.
A1
滑移后, 滑移
面两侧晶体的
位向关系未发
生变化。
F
自由滑移变形.swf 受夹具限制时代变形.swf 压缩时的晶面转动.swf
( M Pa )
S0
试样原始横截面( mm2)
σ0.2：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力
试样产生0.2%残余塑性变形
屈服点 σs 、屈服强度σ0.2是零件设计的主要依据； 也是评定金属强度的重要指标之一。
塑性指标
塑性：指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
•评定塑性的指标：
• (1)断面收缩率: 指试样拉断处横截面积的收缩量Δ
上，在滑移面上产生的分切应力
F在滑移方向上的分切应力为
只有τ值大于和等于某一个 临界值，柱体的上下两部 分才会相对的滑移，产生 宏观的塑性变形。这个分 切应力就称为临界分切应 力τc。
（四）切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动
滑移的同时伴随着晶体的转动 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上
弹性模量：弹性下应力与应变的比值，表示材料 抵抗弹性变形的能力。
即： E=σ / ε 切变模量：G＝τ/γ
材料的E越大，刚度越大； E对组织不敏感； 零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有
关ε 、 γ分别是正应变和切应变 E、 G是表征材料抵抗弹性变形能力和衡量材
料“刚度”的指标。
第二节 单晶体的塑性变形