大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-塑性变形(4)
塑性变形名词解释
塑性变形名词解释塑性变形是指物质在受外力作用下发生不可逆的形变现象，其过程中原子或分子之间的排列和结构发生变化。
与弹性变形不同，塑性变形一旦发生，物质会永久性地保留其新的形状，无法恢复到原来的状态。
塑性变形广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
塑性变形的机制主要包括滑移、位错、扩散和相变等。
滑移是指晶格中的层状或面状结构在外力作用下沿着特定的晶面滑动，使晶体形成一种新的排列方式。
位错是晶格中原子位置的不连续和错位，是塑性变形的主要因素。
位错可以通过滑移、扩散或界面运动等方式发生移动，从而导致物质发生形变。
扩散是指物质中原子、离子或分子在固态中的移动，可以促使位错发生移动并引起塑性变形。
相变是一种物质由一个物态转变为另一个物态的过程，通过控制相变条件，可以实现塑性变形。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响。
塑性变形可以提高材料的延展性和塑性，降低其脆性和硬度，使其更适合于各种加工工艺。
塑性变形还可以改善材料的强度、硬度和韧性等机械性能，使之更适合于工程设计和制造。
此外，塑性变形还可以提高材料的导电性、导热性和耐腐蚀性等物理性质，扩大其应用领域。
塑性变形可以通过多种方式实现，包括热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等。
热变形是在高温下进行的塑性变形，利用高温使材料的形变性能得以改善。
冷变形是在室温下进行的塑性变形，适用于各种类型的材料加工。
压力变形是通过在材料表面施加压力，使材料在局部区域内发生塑性变形。
拉力变形是通过对材料施加拉力，使其在延伸方向上发生塑性变形。
总之，塑性变形是物质在外力作用下发生不可逆形变的过程，其机制包括滑移、位错、扩散和相变等。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响，可以改善材料的延展性、韧性和均匀性，使之适应不同的工程需求。
塑性变形可以通过热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等方式实现，广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
大连理工材料科学基础精华版第一章
净能 EN
EN FN dr FAdr FR dr EA ER
r
r
r
平衡距离r0 Equilibrium distance； 当 FA+ FR = 0 时的原子间距 当r = r0 时， E0称为结合能（Bonding energy），将2个原子无限分离 所需能量。平衡距离下的作用能 通常r0 0.3nm (3Å)
活泼的金属元素(IA，IIA和IIIA主族金属元素和低价态的过渡金属元素)和 活泼的非金属元素 (VIA，VIIA和N元素)之间。
电负性相差大的原子相互靠近时，成为正负离子，通过库仑静电引力形成。
Cl- Na+
例如：NaCl, MgO
电子转移
A 吸引能：E A r B 排斥能： E R n (n~8) r
Pauling electronegativtiy
1.2 原子的结合方式
原子键合的本质
从作用力角度： 吸引力 attractive force FA
排斥力 repulsive force FR
合力 net force FN FN = FA + FR
FN = 0 平衡位置r0
从能量角度： 吸引能（Attractive energy）EA 排斥能（Repulsive energy）ER 净能 （Net potential energy）EN
物质结构
第一章 原子结构
1. 任何物质由原子组成
结合方式 物质的性能 排列方式
2. 物质的聚集状态：
气态gas、液态liquid和固态solid
3. 工程材料通常是固态物质，是由各种元素通过 原子、离子或分子结合而成
原子、离子、分子之间的结合力称为结合键bond。 它们的具体组合状态称为结构structure。
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案解读
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：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。
材料力学性能大连理工大学课后思考题答案
第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：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。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(2)
建立符合塑性变形临界条件（屈服）的函数表达
式r=f()，该式对应的图形即代表塑性区边界形状，
其边界值即为塑性区尺寸。
由材料力学可知，通过一点的主应力1、2、 3和x、y、z方向上各应力分量的关系为：
7
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1 x y
2
x
2
y
2
2 xy
1 K cos 1 sin
展。我们将x方向(＝0)的塑
性区尺寸r0定义为塑性区宽 度。
10
图4-2 裂纹尖端附近塑性区 的形状和尺寸
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
r0
1
2
K
ys
2
KI—应力场强度因子
ys—有效屈服应力
s—单向拉伸时的屈服强度 —泊松比
r0
1
2
K
s
2
（平面应力）
r0
(1 2 2
)2
、有效裂纹及KI的修正 由于裂纹尖端塑性区的存在，会降
低裂纹体的刚度，相当于裂纹长度的增
加，因而会影响应力场及KI的计算，所 以要对KI进行修正。最简单和实用的方 法是在计算KI时采用虚拟等效裂纹代替 实际裂纹。
20
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
如图4-5所示，裂纹a前方
区域未屈服前，y的分布曲线
2020年7月30日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
KI≥KI(KIC)是一个很有用的关系式，它将 材料的断裂韧度同机件的工作应力及裂纹尺寸 的关系定量地联系起来了。应用这个关系式可 解决有关裂纹体的断裂问题：如可以估算裂纹
体的最大承载能力、允许裂纹尺寸a及材料断
材料的力学性能课件10_塑性变形
Mechanical Properties of Materials
材料力学行为的机理分析
外加 载荷
弹性
断裂
环境 因素
加载方式
塑性
材料成分 组织结构
损伤
介质
加载速度
黏性
材料力学行为
失效
温度
材料力学行为的机理分析
• 第9章 弹性变形（2学时） • 第10章 塑性变形（2学时） • 第11章 断裂（4学时） • 第11章 损伤（2学时）
塑性变形的物理机制
单晶体应力应变曲线
①易滑移阶段（Ⅰ） 当τ达到晶体的τc后，应力增加不多，便 能产生相当大的变形，近似为线性流变阶 段。在阶段Ⅰ，晶体中位错密度低，分布 均匀，所以应变硬化速率很低，约为104G
②线性硬化阶段（Ⅱ） 位错密度增大到中等程度，滑移可以在几 组相交的滑移面中发生，但由于运动位错 之间的交互作用及其所形成不利于滑移的 结构状态，随应变量的增大，应变硬化十 分显著，应力与应变近似呈线性关系，应 变硬化速率大致为G/300。
塑性变形的影响
组织结构的变化
随着塑性变形程度的增加，各个晶粒的滑移方向逐渐向主形变方向转动，使多晶 体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向逐渐趋向一致，这一现象称为择优取向。 形变金属中的这种组织状态则称为形变织构。随着形变织构的形成，多晶体各向异性 也逐渐显现。 形变织构现象对于工业生产有时可加以利用，有时则要避免。
面心立方晶格 滑移系:4×3＝12
密排六方晶格 滑移系:1×3＝3
塑性变形的物理机制
单晶体的塑性变形
1、滑移
压缩
拉伸
滑移时晶面的转动
晶体发生转动的力偶
塑性变形的物理机制
大连理工考研专业课《816材料力学》大纲
第1章材料力学的基本概念 2、轴向拉伸及压缩 3、剪切 4、扭转 5、弯曲内力6、弯曲应力 7、弯曲变形 8、应力状态理论和强度理论 9、组合变形 10、压杆稳定11、能量法 1 2、静不定系统 13动栽荷 14、疲劳《材料力学》教学大纲（4.5 学分，72 学时。
课堂教学64学时，实验教学8学时）适用专业：过程装备与控制工程（必修）材料力学是过程装备与控制工程专业（即专业目录修订前的化工设备与机械专业）的一门重要技术基础课。
它是机械设计、过程机械、成套装备优化设计、压力容器安全评估、典型过程设备设计等各门后续专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握材料力学的基本概念、基本知识；训练学生对基本变形问题进行力学建模和基本计算的能力；使学生熟悉材料力学分析问题的思路和方法；培养学生自觉运用力学观点看待工程和日常生活中实际事物的意识。
目的在于为学习本专业相关后继课程打好力学基础。
二、课程内容、基本要求与学时分配1．引言。
材料力学基本概念、教学任务、研究方法以及背景知识介绍。
（2学时）2．轴向拉伸和压缩。
熟练掌握轴向拉伸与压缩的内力计算，截面法，轴力，轴力图。
轴向拉伸（压缩）时横截面及斜截面上的应力。
拉（压）杆的变形计算，胡克定律，叠加原理，杆系结点的位移计算。
了解拉压杆的应变能及应变能密度的概念，材料在拉伸和压缩时的力学性质，掌握拉（压）杆的强度条件。
（6学时）3．剪切。
熟练掌握剪切胡克定律，学会画剪力图。
掌握用剪切强度和挤压强度条件进行简单设计和实用计算。
（3学时）4. 扭转。
熟练掌握薄壁圆筒的扭转，外力偶矩，扭矩，扭矩图，等直圆杆扭转时横截面上的应力，切应力互等定理，等直圆杆扭转时的变形计算，了解斜截面上的应力及应变能计算，掌握强度条件和刚度条件的建立。
（4学时）5．弯曲内力。
熟练掌握平面弯曲的概念，指定截面的剪力和弯矩计算，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图，剪力-弯矩与分布荷载之间的微分关系，叠加法做弯矩图。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第一章-金属断裂(2)
解理面(001) 扩展方向[110]
挛晶面(112) 挛晶方向[111]
27
图1-67 解理舌形成示意图
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 准解理
材料中弥散细小的第二
相影响裂纹的形成与扩展，
使裂纹难于严格按一定晶体
学平面扩展，断裂路径不再 与晶粒位向有关，主要与细 小碳化物质点有关。其微观 特征似解理河流但又非真正 28 解理，故称准解理。
24
图1-64 河流通过大角度 晶界时的扇形花样
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日
当解理裂纹通过扭转晶界时，因晶界两侧晶
体以边界为公共面转动一个角度，使两侧解理裂
纹存在位向差，故裂纹不能直接越过晶界而必须
重新成核，裂纹将沿若干组
新的相互平行的解理面扩展
而使台阶激增，形成为数众
1
m
E s
a0
2
s——表面能；
a0——原子面间距； E——弹性模量
1
1
形成裂纹的力学条件为： (f
i )
d
2
Es 2
2r a0
可得： f i 2Er s
da0
f——形成裂纹所需
的切应力；
7
2020年7月26日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期日 （二）、解理裂纹的扩展 以上所述主要涉及解理裂纹的形成，并不意味 着由此形成的裂纹将迅速扩展而导致材料断裂。解 理断裂过程包括以下三个阶段：塑性变形形成裂 纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向 相邻晶粒扩展。
多的 “河流”，这与通过大角
度晶界的情况类似。
25
图1-65 河流花样通过扭转晶界
大工13秋《建筑材料》辅导资料二
建筑材料辅导资料二主题：第一章建筑材料基本性质的辅导资料学习时间：2013年10月7日－10月13日内容：这周我们将学习本门课的第一章建筑材料基本性质。
一、学习要求1、了解材料的两种组成类型及无机非金属材料化学组成的表示方法；2、了解材料结构的三个层次、六种宏观结构的类型及特征，无定形材料与晶体材料之间性质的差异，微观结构下不同晶体的性质特征；3、了解孔隙形成的原因、类型及其对材料性质的影响；4、重点掌握体积密度、密度及表观密度的定义、公式及其测定方法；5、掌握孔隙率、开口孔隙率与闭口孔隙率的定义、公式及计算方法；6、掌握堆积密度、空隙率的定义与计算公式；7、掌握亲水性、憎水性、吸水性的概念，重点掌握质量吸水率、体积吸水率、水饱和度的定义、计算式及其对材料性质的影响；8、掌握材料耐水性、抗渗性、抗冻性的概念，表示方法及其对材料的影响；9、掌握导热性的概念及表示方法，导热系数的物理意义，影响材料导热系数的因素。
了解热容量与耐热性的概念；10、掌握弹性变形、塑性变形及弹性模量的概念，试验条件对强度试验结果的影响，材料标号的作用及其划分方法。
比强度、理论强度，冲击韧性，硬度、磨损及磨耗仅为一般了解；11、了解材料化学稳定性与耐久性的概念。
重点掌握内容：1．重点：材料的密度、表现密度、堆积密度的定义；材料吸水性、吸湿性的定义、表示方法；材料抗冻性、抗渗性表示方法；材料各强度的确定方法。
2．难点：材料密度、表现密度、堆积密度三者之间的区别与联系；材料密实度与孔隙率间的关系；密实度、孔隙率与实际密度、表现密度之间的关系。
二、主要内容（一）状态物理性质1、材料的状态参数（需要重点掌握的内容）（1）密度——材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为密度。
密度用下式表示：mρ=V式中ρ—密度，3/g cm；m—材料干燥时的质量，g；cm。
V—材料的绝对密实体积，3（2）表观密度——材料在自然状态下单位体积的质量，称为表观密度。
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第二章-缺口静载荷试验
强度bn与光滑试样的抗拉强度b的比值来衡量，
称为缺口敏感度NSR(Notch Sentivity Ratio)，N
SR＝bn/b， NSR越大，缺口敏感性越小。脆
性材料的NSR总是小于1，表明缺口根部尚未 发生明显塑性变形时就已经断裂了。高强度材 料NSR一般也小于1，塑性材料的 NSR大于1。 NSR也是安全性的力学性能指标。 21
下的应力分布
5
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三 纵向伸长将引起横向收缩。若在缺口附近不 同距离内取若干同样大小的微单元，离缺口最近 的微单元y最大，产生的纵向伸长也最大，相应 的横向收缩也最大，与其相邻的微单元y相对较 小，横向收缩也较小，即这些微单元在x方向的收 缩量各不相等。横向收缩将引起相邻微单元间的 分离，但材料的变形是连续的，各微单元被联系 在一个整体内，不能自由收缩，受到约束，这样 6 就在x方向存在一个拉应力x。
态下，尽管应变是二向的，应力却是三向的。
11
2020年8月5日星 第二章 其他静载荷下材料的力学性能 期三
按Tresca 判据：1＝s/(1-2)。 按Mises判据： 1＝s/(1-2)。 这表明在平面应变且1＝2的情况下，屈服条件 可写成： 1＝ys＝s/(1-2)，以金属材料为例，取 ＝0.3，则ys＝2.5s。可见一旦出现三向拉伸的应
(1－2)2+ (2－3)2+ (3－1)2=2s2，认为在三向应力作用
下，形状改变比能达到材料在单向拉伸屈服时的形状改变
比能时，材料就会屈服。同样可得：1＝s。这个结果表 明，在平面应力且1＝2的情况下，如果把屈服时的最大 主应力叫做有效屈服应力ys，则屈服条件可写成： 1＝ ys ＝s，即有效屈服应力与单向拉伸时的屈服应力相同。 ❖平面应变状态：此时1≠0，2≠0，3＝0。我们同样设定 1＝2，由广义胡克定律：3＝21。可见在平面应变状
大连理工大学精品课程-材料力学性能-第三章-冲击韧性
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三
毡座上除了两端的支承块外，中心部分还有一挠度终止 块，以限制试样产生过大的塑性变形。落锤的能量、支承块 的跨距和挠度终止块的厚度应根据材料的屈服强度及板厚选 择。试样一面堆焊一层脆性合金用于诱发裂纹，中间留一缺 口。试样冷却到一定温度后放在毡座上，然后落下重锤。随 试样温度下降，其力学行为将发生如下变化：不裂拉伸侧 表面部分形成裂纹，但未发展到边缘拉伸侧表面裂纹发展 到一侧边或两侧边试样断裂。一般取拉伸表面裂纹发展到 一侧边或两侧边的最高温度为NDT。
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三
冲击功AK
重结晶脆性： 在A1~A3温度区
间，钢中为、
冷脆
蓝脆
重结晶脆性
两相混和组织，
O
冲击值较低，这
525~550℃ A1 温度℃
图3-15 钢的常见脆性温度范围
种脆性称为重结
晶脆性。
17
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三
8
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三
晶体结构：fcc金 属及其合金一般不
存在低温脆性，bcc 金属及其合金存在
明显的低温脆性。
图3-11所示为不同 材料的冷脆倾向。
9
图2-11 不同材料的冷脆倾向
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三
显微组织：细化晶粒使钢的 韧性增加。主要原因是：晶 界是裂纹扩展的阻力；晶界 前塞积的位错数减少，有利 于降低应力集中；晶面总面 积增加，使晶界上杂质浓度 减少。
4
2020年7月29日 第三章 冲击载荷下材料的力学性能 星期三 第五节 影响冲击韧性的因素
材料的塑性变形机理 ppt课件
什么是塑性变形 ？
纳米铜的温室超塑性
纳米层状金属塑性变形
5
目录
CONTENTS
1 单晶体的塑性变形 2 多晶体塑性变形的特点 3 陶瓷材料塑性变形特点 4 高分子材料的塑性变形特点
6
塑 形 变 形 机 理
7
1）滑移
单晶体的塑性变形
8
2）孪生
• 图中带浅咖啡色的部分为原子移动 后形成的孪晶。可以看出，孪晶与 未变形的基体间以孪晶面为对称面 成镜面对称关系。如把孪晶以孪晶 面上的[]为轴旋转180度，孪晶将与 基体重合。其他晶体结构也存在孪 生关系，但各有其孪晶面和孪晶方 向。
12
高分子材料的塑性变形
1）结晶态高分子 塑变过程－薄晶转变为 沿应力方向排列的微纤维束。 2）非晶态高分子 塑变过程－正应力作用 下形成银纹，切应力作用下无取向分子链 转变为排列的纤维束。
13
纳米铜的温室超塑性纳米层状金属塑性变形单晶体的塑性变形1多晶体塑性变形的特点2陶瓷材料塑性变形特点3高分子材料的塑性变形特点4目录contents塑形变形机理单晶体的塑性变形1滑移2孪生?图中带浅咖啡色的部分为原子移动后形成的孪晶
材料的塑性变形机理
材料的塑性变形机理
组长: 组员:黄雨熙 蔡静杰
杜光锡 蓝杰 江永强 王热旭
9
滑移与孪生的异同点
相同点：孪生是原子的相对切变距离小于孪生方向上一 个原子间距。孪生也是通过位错运动来实现的。 不同点：
1）变形距离
2）变形方向
3）所需临界切应力
4）变形速度
5）变形量
6) 变形种类
7）孪生使一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的，
只集中在一些滑移面上进行。
10
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。
塑性变形知识点总结
塑性变形（3）1.冷变形金属在退火过程中显微组织的变化：在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状,从光学显微组织上几乎看不出变化。
在再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心,然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。
最后，在晶界表面能的驱动下,新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸,这称为晶粒长大阶段。
2.回复：是指冷变形后金属在加热温度较低时，原子活动能力不在,金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使得晶格畸变逐渐减少，内应力逐渐降低的过程。
回复的驱动力：弹性畸变能（特征：1.金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化，因而其强度，硬度和塑性等机械性能变化不大；2.内应力及电阻率等物理性能显著不为降低。
（宏观内应力））3.回复机制：a.低温回复：回复主要与点缺陷的迁移有关。
b.中温回复：温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。
机制主要与位错滑移和位错密度降低有关。
c.高温回复（～0.3Tm）,刃型位错可获得足够能量产生攀移，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态----亚晶结构。
4.再结晶：将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。
再结晶的驱动力：是变形金属经回复后未被释放的储存能（相当于变形总储能的90%）5.储存能：塑性变形中外力所作的功除去大部分转化为热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部，这部分能量叫做储存能。
6．残余应力：一种内应力。
它在工件中处于自相平衡状态，其产生是由于工件内部各区域变形不均匀性，以及相互间的牵制作用所致。
7.再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。
》》通常，把对应于再结晶后得到特别粗大晶粒的变形程度称为“临界变形度”,一般金属的临界变形度约为2%~10%。
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）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6
系数），是真实应变等于1.0时的真实应力
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
这几个公式的相关系数都在0.99以上。 ★Swift公式中的e0相当于预应变值，用于描述同 一材料或相同形变硬化特性材料经过不同预应变 的流变曲线。 ★ Lüdwick公式中的S0相当于屈服应力，用于描 述具有相似形变硬化特性但有不同屈服应力时的 流变曲线。 ★ Hollomon公式最简单，目前被广泛采用。 7
工程应力-应变曲线
e
4
图1-41 真实应力-应变曲线和工程应力-应变曲线比较
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
通过流变曲线的拟合表达式（经验方程 式），可以找出表征形变强化能力的参量。在 拉伸试验中，对塑性较好的材料，一般会在均 匀塑性变形终结且承力水平达到极值以后出现 颈缩，使试样进入非均匀的集中塑性变形阶段， 所以，上述拟合分析既可针对均匀塑性变形阶 段，也可针对非均匀塑性变形阶段或全过程进 行，只需进行修正即可。 5
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
2.应变硬化和塑性变形适当配合，可使金属进行 均匀塑性变形，从而保证冷变形工艺顺利实施。
金属的塑性变形是不均匀的，时间上也有先 后，由于金属具有应变硬化能力，哪里有变形， 它就在哪里阻止变形的继续发展，从而使变形转 移到别处去，变形和硬化交替进行就构成了均匀 塑性变形，从而获得合格的冷变形加工的金属制 品。 21
是需要不断增加外力才能继续进行，这说明金属有
一种阻止继续塑性变形的抗力，这种随着塑性变形
的增大形变抗力不断增大的现象叫形变硬化。
❖位错交割——形成割阶
❖位错反应——形成固定位错 2 ❖位错增值——提高位错密度
阻碍位错运动
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
•随变形量增加，位错密度增加，其原因是晶体内 部存在位错源，变形时发生了位错增殖，并且由 于位错之间的交互作用使变形抗力增加。 •随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动 有阻碍作用。 •随变形量增加，空位密度增加。 •由于晶粒由有利位向转到不利位向而发生几何硬 化使变形抗力增加。 3
出现层错时仅表现在原子的次近邻关系改变， 几乎不产生点阵畸变。所以，层错能相对于晶界能 而言是比较小的。 14
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
层错能越小的金属，层错出现的几率越 大。在层错能较高的金属如铝及铝合金、纯 铁、铁素体钢(bcc)等热加工时，易发生动态 回复，因为这些金属中易发生位错的交滑移 及攀移。而奥氏体钢(fcc)、镁及其合金等由 于层错能低，不发生位错的交滑移，所以动 态再结晶成为动态软化的主要方式。
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
抛物线硬化阶段：塑性变形是通过交滑移实现的。 线性硬化阶段受阻的螺型位错在应力作用下产生交 滑移，并有可能通过双交滑移返回原始滑移面，所 以，受阻位错在其滑移面内可以躲开障碍，彼此之 间不能产生强交互作用，从而增加了滑移距离，使 έ 降低。在此阶段中，硬化是由于原滑移面中的螺 型位错引起的，因为刃型位错不能产生交滑移。随 应变增加，刃型位错密度增加而产生硬化。 10
n ≈0.45 ≈0.30 ≈0.2 ≈0.15
滑移特征 平面状 平面状/波纹状 波纹状 波纹状
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
n值对金属材料的冷热变形十分敏感。 通常，退火态金属的n值比较大，而在冷 加工状态时则比较小。一般地说，材料强 度增大，n值减小。从实验中得知，n与材
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 实践表明，幂乘关系拟合的线性相关性最好。 几种幂乘关系的公式分别是：
S
S
S
S0
S K (e0 e)n
e0 Swift公式 e
S S 0 Ken
e Lüdwick公式
S Ken
e Hollomon公式
S-真实应力；e-真实应变；n-应变硬化指数；K-硬化系数（强度
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
一般把初始塑性变形抗力称之为屈服应力，而把继续变 形并随之升高的抗力（相当于经过一定预应变后材料的屈服 应力）称之为流变应力。准确全面描述材料的应变硬化行为 要使用真实的应力-应变曲线(流变曲线），如图1-41所示。
S
真实应力-应变曲线(流变曲线) 因缩颈修正后的真实应力-应变曲线
材料力学性能
Mechanical properties of materials
第一章：塑性变形（4）
材料科学与工程学院
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 八、形变强化(应变硬化、加工硬化) 金属变形过程中，当外力超过屈服强度后，塑
性变形并不是象屈服阶段那样持续地进行下去，而
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
4.应变硬化可以降低塑性，改善 低碳钢的切削加工性能。低碳钢 切削时易产生粘刀现象，表面加 工质量差。此时可利用冷变形降 低塑性，使切屑容易脆离，从而 改善切削性能。
23
11
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
应变硬化指数n反映了材料抵抗均匀塑性 变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为 的性能指标。若n=1，表示材料为完全理想的 弹性体，S与e成正比关系。若n=0，表示材料 没有应变硬化能力，如室温下产生再结晶的 软金属及已受到强烈应变硬化的材料。大多 数材料的n值在0.1~0.5之间，如表1-5所示。
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 可把应变硬化曲线分为三个阶段：
易滑移阶段， έ很小，约百分之几。 线形硬化阶段， έ很大且为常数。 抛物源自硬化阶段， έ逐渐减小。S
曲线的斜
率dS/de称为应
变硬化速率έ。
8
0 图1-42 fcc金属的应力-应变曲线 e
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
料的屈服应力大致成反比，即n·=常数。
随溶质原子含量增加，n值下降。而随着 材料晶粒变大，n值增加。
17
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 n可用实验方法测得，也可用直线作图法求得。
由Hollomon 公式S Ken lg S lg K n lg e
在应力-应变曲线上确
三个阶段的塑性变形机理和硬化机理是不同的：
易滑移阶段：塑性变形是单系滑移的贡献，此时， 金属晶体中不均匀地分布着低密度位错，它们的运 动不受其它位错的阻碍，故έ很小，hcp金属由于不 能产生多系滑移，所以易滑移阶段很长。 线性硬化阶段：塑性变形是多系滑移，由于位错的 交互作用形成割阶、位错锁和胞状结构等障碍，使 9 位错运动的阻力增大，故έ较高。
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
由于交滑移在第三阶段起主要作 用，所以对于那些易于产生交滑移的金 属，如bcc金属和层错能较高的fcc金 属，其线性硬化阶段很短。多晶体金属 一开始就是多系滑移，所以在其应力应 变曲线上没有易滑移阶段，主要是第三 阶段，且έ较单晶体为大。
19
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 应变硬化能力在生产实际中具有重要意义：
1.应变硬化可使机件有一定的抗偶然过载能力， 保证机件安全。机件在使用过程中，某些薄弱部 位会因偶然过载而产生局部的塑性变形，如果金 属没有应变硬化能力，变形就会一直进行下去， 使承载应力越来越高，从而导致断裂。由于应变 硬化能力的存在，会阻止变形继续进行，保证机 件的安全运行。 20
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
3.应变硬化是强化金属的重要工艺手段 之一。这种手段既可以单独使用，也可 以和其它方法联合使用对多种金属进行 强化，尤其对那些不能进行热处理强化 的材料。强化手段包括轧制、喷丸、滚 压等。可以有效提高屈服强度、抗拉强 度、疲劳强度等。
22
15
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六 表1-6列出了几种金属材料的层错能和n值。 可见，n随层错能的降低而增加，且滑移特征由 波纹状变成平面状。
表1-6 几种金属材料的层错能和n值
材 料 晶格类型
18-8不锈钢 fcc
铜
fcc
-Fe
fcc
16
铝
fcc
层错能/mJ·m-2 ＜10 ≈90 ≈250 ≈250
0.237
575.3
调质
0.229
920.7
正火
0.221
1043.5
调质
0.209
1018
退火
0.204
996.4
退火
0.170
1103.3
淬火+500℃回火
0.10
1570
☆fcc金属的n值高；低碳钢的n值高。 13
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
n与层错能有关。金属结构在堆垛时，没有严 格的按照堆垛顺序，从而形成堆垛层错。层错是一 种晶格缺陷，它破坏了晶体的周期完整性，引起能 量升高，通常把单位面积层错所增加的能量称为层 错能。
12
2020年7月25日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期六
表1-5 几种金属材料在室温下的n和K值
材料 纯铜 黄铜 纯铝 纯铁 40钢 40钢 T8钢 T8钢 T12钢 60钢
状态
应变硬化指数n 硬化系数K/MPa
退火
0.443
448.3
退火
0.423
745.8
退火
0.250
157.5
退火