金属材料的弹性变形与塑性变形.pptx
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弹性变形和塑性变形ppt课件
材料来说会产生弹性变形、塑性变形，直至断裂。
物体受外力作用产 生了变形，除去外力 后物体发生的变形完 全消失，恢复到原始 状态的变形。
弹性变形示意
材料的弹性变形应用
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。
6
材料的弹性变形应用
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。
7
弹性变形： 变形可逆； 应力应变呈 线性关系。
31
多晶体的塑性变形
1 晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积 应力集中 相邻晶粒位错源开动 相
邻晶粒变形 塑变
2 晶粒之间变形的协调性 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变 化）
本章完
Smith W F. Foundations of Materials
Science and Engineering.
McGRAW.HILL.3/E
28
二 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。
29
30
2 多晶体的塑性变形
C、晶界阻力----Hall—Petch公式：
s 0
k d
2 16
细晶强化
D、固溶强化
溶质原子与位错的： 弹性交互作用 电化学作用 化学作用 几何作用
间隙固溶体的强化效果比置换固溶体的大！
E、第二项强化
聚合型：局部塑性约束导强化
弥散型：质点周围形成应力场对位错 运动产生阻碍----位错弯曲
Gb
2r
2.7 形变强化 1、形变强化指数： n
Hollomon方程： S = K pn
金属材料塑性变形机制与特点ppt课件
也有。
❖ 这种屈服景象还有时效效应。假设在屈服一定的塑性 变形处卸载。随后立刻再拉伸，那么屈服景象不出现。 假设卸载后在室温停留较长时间，或在较高温度留一定 时间后，再拉伸，那么曲线上屈服景象又重新出现，且 新的屈服平台高于卸载时的曲线——应变时效。
docin/sundae_meng
❖ 低碳钢的屈服与时效景象可由cottrell提出的 气团概念来解释。
3.1.1 金属晶体塑性变形的机制
定义 fcc: {111} <110>; bcc: {110} {112}
滑移
{123} <111>
滑移系 hcp: {0001} 1120
定义 孪生 hcp 滑移系少，故常以孪生方式进展
fcc 低温下，高速变形条件下进展 bcc 孪生变形量是很有限的，它的作用改动晶体取
❖ 当SK一定时:
2D
0.2 W
❖ 而W随断裂时其应力SK添加而显著增大。
❖ 许多实验结果阐明,由于资料塑性缺乏而 引起的早期断裂往往和SK较低有关。
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3.4 应力形状对塑性变形的影响
❖ 3.4.1加载方式和应力形状软性系数 ❖ 3.4.2金属静拉伸力学性能——改动
docin/sundae_meng
❖
在双对数坐标上,这一关系表现为不断
线,它的斜率等于n,
nd dlln n ssd d sd d sn•s
❖
ds
❖ 在S/ε一样的条件下,n↑→ ↑d , S-ε曲线
越陡,对n值较小的资料,当S/ε较大时,也可
以有较高的形变强化速率 ds/d
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向，以便启动新的滑移系统，或使难于滑移的取向 改动为易于滑移的取向。
金属材料力学性能测试.pptx
添加实物图
Q235-10mmx10mmx55mmV型缺口试样
五、低温冲击
冷脆转变温度Tk：由于温度 降低造成金属由韧性状态 转变为脆性状态的温度。 测定Tk的方法： （1）能量法：冲击吸收功 降低到某一个具体数值时 的温度定为Tk。 （2）端口形貌法：端口形 貌中纤维区所占面积下降 到50%时所对应的温度。
当l0=10d0 时，伸长率用10 表示； 当l0=5d0 时，伸长率用5 表示。
显然5> 10 ③ < 5%时，无颈缩，为脆性材料表征
>5% 时，有颈缩，为塑性材料表征
弯曲
技术指标： 最大压力:100KN 速率：0-120mm/min
特点： （1）试样形状简单、操作方便。常用 于测定铸铁、铸造合金、工具钢和硬质 合金等脆性和低塑形材料的强度和显示 塑性的差别。 （2）弯曲试样表面应力最大， 可较灵敏地反映材料表面缺陷。
一、金属材料力学性能简介
力学性能
材 料
使用性能
物理性能 化学性能
的
性
铸造性能
能
工艺性能
锻压性能 焊接性能
热处理性能
力学性能
静载时 动载时
——材料抵抗各种外加载荷的能力。 弹性：弹性形变 刚度：产生弹性变形的难易程度 强度：抵抗永久变形和断裂的能力 塑性：塑性变形 硬度：抵抗硬物压入的能力
韧性：塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力
高温电子万能材料试验机
高温拉伸试样-加引伸计
高温拉伸试样-加引伸计பைடு நூலகம்
拉断前
拉断后
四、常温冲击
• 冲击韧性：是指材料抵 抗冲击载荷作用而不破 坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验 测得)。
金属材料的弹性变形与塑性变形
理论上:由于它是金属变形时长程内应力的度
量(可用X光方法测定) ,所以,包辛格效应可用 来研究材料加工硬化的机制.
工程上:
材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应. 输油管UOE工艺 包辛格效应大的材料，内应力较大。 包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系
清除包辛格效应的方法
预先进行较大的塑性变形,或 在第二次反向受力前先使金属材 料于回复或再结晶温度下退火,如 钢在400-500℃以上.
形时γ→M是形变硬化作用增强的特点，达到推 迟颈缩的目的。
图1-10 贝氏体-奥氏体钢的应力应 变曲线
图1-9 复相钢的应力应变曲线
普通碳钢，控制轧制的SAE950x和980低合 金高强度刚（屈服点分别为345和550MN/m2) 以及临界区淬火SAE980x
（a) 低奥氏体含量 （b)最佳奥氏含量 （c)高奥氏体含量
决于σb 和n，n不能直接测量，可通过σb 和σS 间接了解材 料加工硬化情况。
σb 能和材料的疲劳极限σ-1和材料的硬度H B 建立一定关系
对淬火回火钢：σ-1≈σb
σb≈0.345 H B
因此，σb被列为材料常规力学性能的五大指标之一 五大指标：σS，σb，δ，ψ，a K
1.3.4 塑性的度量及其实际意义
塑性的测量 (有链接)
塑性的定义：指金属材料断裂前发生塑性变形的 能力。工程上常用条件塑性而不是真实塑性，拉 伸时条件塑性以延伸率δ和断面收缩率ψ表示。
条件塑性δ=（l-l0）/l0ⅹ100% δU =ΔlU /l0 (均匀变形延伸率)
δN (局部变形延伸率)=Δln/l0
l—试样断裂后的标距长度 l0—试样原始标距长度
举例
不 锈 钢 ： n=0.5, 因 而 也 有 很 高 的 均 匀 变 形 量 ，
量(可用X光方法测定) ,所以,包辛格效应可用 来研究材料加工硬化的机制.
工程上:
材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应. 输油管UOE工艺 包辛格效应大的材料，内应力较大。 包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系
清除包辛格效应的方法
预先进行较大的塑性变形,或 在第二次反向受力前先使金属材 料于回复或再结晶温度下退火,如 钢在400-500℃以上.
形时γ→M是形变硬化作用增强的特点，达到推 迟颈缩的目的。
图1-10 贝氏体-奥氏体钢的应力应 变曲线
图1-9 复相钢的应力应变曲线
普通碳钢，控制轧制的SAE950x和980低合 金高强度刚（屈服点分别为345和550MN/m2) 以及临界区淬火SAE980x
（a) 低奥氏体含量 （b)最佳奥氏含量 （c)高奥氏体含量
决于σb 和n，n不能直接测量，可通过σb 和σS 间接了解材 料加工硬化情况。
σb 能和材料的疲劳极限σ-1和材料的硬度H B 建立一定关系
对淬火回火钢：σ-1≈σb
σb≈0.345 H B
因此，σb被列为材料常规力学性能的五大指标之一 五大指标：σS，σb，δ，ψ，a K
1.3.4 塑性的度量及其实际意义
塑性的测量 (有链接)
塑性的定义：指金属材料断裂前发生塑性变形的 能力。工程上常用条件塑性而不是真实塑性，拉 伸时条件塑性以延伸率δ和断面收缩率ψ表示。
条件塑性δ=（l-l0）/l0ⅹ100% δU =ΔlU /l0 (均匀变形延伸率)
δN (局部变形延伸率)=Δln/l0
l—试样断裂后的标距长度 l0—试样原始标距长度
举例
不 锈 钢 ： n=0.5, 因 而 也 有 很 高 的 均 匀 变 形 量 ，
金属及合金的塑性变形综述PPT课件
本章重点： （1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标； （2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制； （3）加工硬化的本质及实际意义； （4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响： （5）金属材料的强化机制。
第1页/共58页
§5-1 金属的变形特性
一 金属变形的方式及研究方法
1 方式：弹性变形 塑性变形 断裂
〔111〕 (110)
第27页/共58页
面心立方 (f.c.c)
滑移面：｛111｝
(111), (111), (111), (111); (111)
滑移方向：〈110〉 滑移系数: 4×3=12
〔110〕
第28页/共58页
密排六方： 滑移面｛0001｝ 滑移方向〈1120〉 滑移系数目：
1×3=3
第6页/共58页
三 弹性模量与刚度
σ=E·ε；τ=G·γ；----弹性模量 意义： ⑴ 拉伸曲线上，斜率； ⑵ 弹性变形难易； ⑶ 组织不敏感：取决于原子间结合力
材料种类；晶格常数；原子间距 刚度
构件刚度：A·E ——弹性变形难易 材料刚度：E
第7页/共58页
§5-2 单晶体的塑性变形
F
塑性变形研究思路： ① 基本单元——单晶体变形特性 ② 晶界影响——多晶体变形特性 ③ 相界——合金变形特性
意义： 晶界强化——金属材料强化机制之一 霍耳—配奇公式： σs ＝ σ0＋Kd-1/2
第43页/共58页
二 合金塑性变形特点
⑴ 溶质原子阻碍变形：
——固溶强化
⑵ 第二相： 与第二相的强塑性、大小、形 态、分布等有关。
连续网状
脆性相 塑性相
第44页/共58页
① 第二相塑性优于基体，则：↑δ而↓σ； ② 硬脆相：
第1页/共58页
§5-1 金属的变形特性
一 金属变形的方式及研究方法
1 方式：弹性变形 塑性变形 断裂
〔111〕 (110)
第27页/共58页
面心立方 (f.c.c)
滑移面：｛111｝
(111), (111), (111), (111); (111)
滑移方向：〈110〉 滑移系数: 4×3=12
〔110〕
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密排六方： 滑移面｛0001｝ 滑移方向〈1120〉 滑移系数目：
1×3=3
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三 弹性模量与刚度
σ=E·ε；τ=G·γ；----弹性模量 意义： ⑴ 拉伸曲线上，斜率； ⑵ 弹性变形难易； ⑶ 组织不敏感：取决于原子间结合力
材料种类；晶格常数；原子间距 刚度
构件刚度：A·E ——弹性变形难易 材料刚度：E
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§5-2 单晶体的塑性变形
F
塑性变形研究思路： ① 基本单元——单晶体变形特性 ② 晶界影响——多晶体变形特性 ③ 相界——合金变形特性
意义： 晶界强化——金属材料强化机制之一 霍耳—配奇公式： σs ＝ σ0＋Kd-1/2
第43页/共58页
二 合金塑性变形特点
⑴ 溶质原子阻碍变形：
——固溶强化
⑵ 第二相： 与第二相的强塑性、大小、形 态、分布等有关。
连续网状
脆性相 塑性相
第44页/共58页
① 第二相塑性优于基体，则：↑δ而↓σ； ② 硬脆相：
【知识】金属材料的塑性变形（免费下载ppt）
【知识】金属材料的塑性变形（免费下载ppt）
塑性变形是一种不可自行恢复的变形。
工程材料及构件受载超过弹性变形范围之后将发生永久的变形，即卸除载荷后将出现不可恢复的变形，或称残余变形，这就是塑性变形。
不是任何工程材料都具有塑性变形的能力。
金属、塑料等都具有不同程度的塑性变形能力，故可称为塑性材料。
玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料则无塑性变形能力。
工程构件设计吋一般不允许出现明显的塑性变形，否则构件将不能维持原先的形状甚至发生断裂。
为此，小编收集了一份塑性变形的105页PPT，希望对大家有用！下面是部分内容：
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《金属的塑性变形》课件
疲劳性能：塑性变 形可以提高金属的 疲劳性能，使其更 加耐久使用
金属的硬化现象
硬化现象：金属在塑性变形过程中，其硬度和强度增加的现象
原因：金属在塑性变形过程中，晶粒被拉长、压扁，晶粒内部的位错密度增加，导致硬度和 强度增加
影响：硬化现象对金属的塑性变形和性能产生影响，如提高金属的耐磨性、耐腐蚀性等
轧制：通过轧辊将金属材料轧制成所需 的形状和尺寸
拉伸：通过拉伸设备将金属材料拉伸成 所需的形状和尺寸
弯曲：通过弯曲设备将金属材料弯曲成 所需的形状和尺寸
焊接：通过焊接设备将金属材料焊接成 所需的形状和尺寸
切割：通过切割设备将金属材料切割成 所需的形状和尺寸
金属的成形工艺
锻造：通过锤击、压力机等工具将金属材料塑性变形，形 成所需的形状和尺寸
塑性变形的影响因素
应力：应力是引起塑性变形的主要因素， 应力越大，塑性变形越大
温度：温度对塑性变形有重要影响，温 度越高，塑性变形越大
材料性质：材料的塑性、韧性、硬度等 性质对塑性变形有重要影响
变形速度：变形速度越快，塑性变形越 大
变形方式：拉伸、压缩、弯曲、扭转等 不同变形方式对塑性变形的影响不同
金属的强化机制
冷加工强化： 通过塑性变形 提高金属的强
度和硬度
热处理强化： 通过加热和冷 却过程改变金 属的微观结构， 提高强度和硬
度
合金强化：通 过添加其他元 素形成合金， 提高金属的强
度和硬度
复合强化：通 过将两种或多 种材料复合， 提高金属的强
度和硬度
06
金属塑性变形的未来发 展
新材料的开发与应用
塑性变形的定义
塑性变形是指金 属在外力作用下 产生的永久变形
塑性变形可以分 为弹性变形和塑 性变形两种类型
第五章 金属材料的塑性变形(共26张PPT)
1。回复阶段：在再结晶温度〔T再一般大于0.4Tm 〕以下的温度。 只发生晶格内部的变化，变形晶粒外形不变，加工硬化保存，但内应
力下降。 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。
2。再结晶阶段：在再结晶温度〔T再〕以上的温度。 逐渐形成与原始变形晶粒晶格相同的等轴晶粒，加工硬化、内应力完
多晶体的塑性变按形过加程热温度的不同，可分为三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大
冷加工(35%变形)后晶粒 再结晶过程中显微组织的变化 580C加热8秒后,再结晶晶粒全部取代了变形晶粒 只发生晶格内部的变化，变形晶粒外形不变，加工硬化保存，但内应力下降。 塑性变形对性能的影响： 按加热温度的不同，可分为三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大 滑移与孪生后外表形貌的差异 580C加热3秒钟后出现非常细小的晶粒 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。 第二节 多晶体金属的塑性变形
第五章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体的塑性变形 一、滑移
• 其特征是： • 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍， • 滑移后滑移面两侧的晶体位向保持不变，
• 滑移的结果使晶体产生台阶。
1、单晶体的滑移
铜单晶塑性变形后外表的滑 移带
单晶体塑性变形时滑移带的形成过程
2、晶体中的孪生：
2、பைடு நூலகம்生
晶体孪生示意图
一、多晶体塑性变形的特点
多晶体受外力作用时，各晶粒的滑移系上均受到分切应力的作用，但 1。
再结晶过程中显微组织的变化
塑性变1形、对性再能的结影晶响：温度： T = 0.4Tm
晶体的取向不同，虽然试样开始屈服时〔即开始滑移时〕的屈服强度变化很大，但是计算出的分切应力总是一个定值，这个值称为临界分 切应力，这个规律叫临界分切应力定律。 (c)316℃加热1小时的组织，可见再结晶的晶粒及未发生再结晶的晶粒。 ⑵ 因变形不均匀，残留内应力，易变形开裂，且耐蚀性下降。 故当φ=45°时m有最大值1/2。 4 滑移的临界分切应力 加热促使原子运动，使以下转变得以进行。 首先“开动〞的是“软取向〞，同时这些晶粒发生转动，而变成“硬取向〞。 塑性变形对性能的影响： 在这张照片中,“菱型〞为位错在样品中的位置. 2、晶粒间位向差阻碍滑移进行 塑性变形对性能的影响： 应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。 三、塑性变形对金属组织性能的影响
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1.2.5 包辛格（Baushinger）效应 —弹性不完整性
定义：指原先经过变形， 然后反向加载时弹性极 限或屈服强度降低的现 象。 β值度量包辛格效应的 大小。
单循环或多循环后，都 有包辛格效应
包辛格效应示意图(有链接)
T10钢的包辛格效应
条 件 ： T10 钢 淬 火
350℃回火 拉伸时，曲线1 σ0.2=1130M Pa 曲线2事先经过预压变 形再拉伸时, σ0. 2 =880M Pa
第一章 材料在静载下的力学性能
1.1 材料在静拉伸时的力学行为概述 静拉伸：是材料力学性能实验中最基本的
试验方法。 拉伸曲线：应力-应变曲线，可求出许多主
要性能指标。 如：弹性模量E：零件刚度设计。
屈 服 强 度 σs， 抗 拉 强 度 σb: 强 度 设 计，交变载荷
塑性δ，断裂前的应变量： 冷热变形时 的工艺性能。
应力应－力应变－曲应线变(F曲0不线变）
①弹性变形
②屈服变形
③均匀塑性变形
④局部塑性变形
真应力-应变曲线（-----代表）
σp:比例极限
σE:弹性极限 σLY:屈服强度（下） σUY：屈服强度（上） σB：强度极限 σb: 抗拉强度 σp: 应力与应变成正比关系的最大应力。
σp=FP/F0 σE :由弹性变形过渡到弹-塑性变形时的应力。
1.3 金属材料的塑性变形
塑性变形的方式和特点
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 ↑
孪晶是金属材料在切应力作用下的一种塑性变形
方式,孪晶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)
比弹性模量= 弹性模量 /
只要已知E和υ，就可求出G和K ， 由于E易测，因此用的最多。
密度
1.2.2 弹性模量的技术意义
技术意义： E，G称为材料的刚度，它表示
材料在外载荷下抵抗弹性变形的能力
影响E的特征因素：
与原子序数有周期性关系 E=K/γm K，m>1特征常数，γ原子半径
γ↑E↓ 温度T： T↑ 原子结合力下降，E↓ ε加载速度：对E 影响不明显 合金化（加入某种金属），热处理对E影响不
弹性比功
理论上：弹性极限的测 定应该是通过不断加 载与卸载，直到能使 变形完全恢复的极限 载荷。
实际上：弹性极限的测 定是以规定某一少量 的残留变形（如 0.01%）为标准，对 应此残留变形的应力 即为弹性极限。
理想的弹簧材料：应有高的弹性
极限和低的弹性模量。
成分与热处理对弹性极限影响大，
对弹性模量影响不大。
包辛格效应理论解释
原先加载变形时,位错源在滑移面上产生 的位错遇到障碍,塞积后产生了背应力, 当反向加载时,位错运动的方向与原来方 向相反,背应力帮助位错运动,塑性变形 容易,导致屈服强度↓,另外,反向加载时, 滑移面上产生的位错与预变形的位错异 号,异号位错抵销,引起材料软化,屈服强 度↓。
包辛格效应的应用
熔点高，E↑ E W =2EFe EFe=3EAl
零件的刚度与材料的刚度不同，它除了决定于材料 的刚度外还与零件的截面尺寸与形状，以及截面积 作用的方式有关。
1.2.3 弹性比功
弹性比功：为应力-应变曲线下弹性范 围所吸收的变形功的能力,又称弹性 比能，应变比能。 即弹性比功=σe2/2E =σeεe/2 其中σe为材料的弹性极限，它表示 材料发生弹性变形的极限抗力
1.3.1 屈服强度及其影响因素
屈服标准
σS定义: 材料开始塑性变形的应力. 工程上常用的屈服标准有三种
比例极限σP: 应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力.σS≥σP 弹性极限σel: 材料能够完全弹性恢复的最高应力. σel≥σP
工程上用途FE /F0
不同材料，其应力－应变曲线不同，如：
1.2 金属材料的弹性变形
1.2.1 广义虎克定律
弹性模量 E
轴方向， 同轴
=
，
描σ写X
材/ε料正X
X 应
力条件
对完全各向同性材料 υ= 0.25 对金属υ值约为0.33（或1/3）
虎位应克力定（律单：向单应位力应）变,物产理生意的义单：当 当υ υ==00..2353时 时，，GG==00..437E5；E
表示原子之间的结合力，它是组 弹性常数4个： E，G，υ，K
织不敏感元素
描写材料切应力：切变模
KΔ=-σ--m-/-Δ-单=位E/体3(积1变-2形υ)
量G = τXY / γXY 泊桑比：υ= —εXX /εXY 关系式：G = E/2（1+υ）
K——体弹性模量
σm= (σx+σy+σz)/3
若υ=0.33，则K≈E
明显。
机械设计中，刚度是第一位的，它保证精度，曲轴 的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。
不同类型的材料，其弹性模量差别很大。
材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的 结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可 以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材 料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。
屈服强度σ0. 2或σys : 以规定发生一定的残留变形为标准,通常为0.2%
残留变形的应力作为屈服强度.
比例极限σP,弹性极限σel,屈服强度σ0. 2或σys 这三种标准在测量上实际上都是以残留变形为依据,
仪表弹簧因要求无磁性，铍青铜，
磷青铜等软弹簧材料。σe↑E↓→a e
1.2.4 滞弹性
— 应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性。
弹性滞后环(链接)
优点：滞后环面积，它 可以减少振动，使振动 幅度很快衰减下来。
缺点：精密仪器不希望 有滞后现象
高分子滞弹性表现为粘 弹性并成为普遍特性， 高分子弹性与时间有关。
理论上:由于它是金属变形时长程内应力的度
量(可用X光方法测定) ,所以,包辛格效应可用 来研究材料加工硬化的机制.
工程上:
材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应. 输油管UOE工艺 包辛格效应大的材料，内应力较大。 包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系
清除包辛格效应的方法
预先进行较大的塑性变形,或 在第二次反向受力前先使金属材 料于回复或再结晶温度下退火,如 钢在400-500℃以上.