第七章 材料的塑性变形17681
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材料的塑性变形PPT课件
G E
2(1 )
：材料泊松比，表示侧向收缩能力 3)弹性变形量随材料的不同而异 。 4)工程上，弹性模量是材料刚度的度量
三、弹性的不完整性
加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力 的变化。
1．包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则 σe升高，反向加载则σe下降。
2. 弹性后效
切过粒子时必然产生一割阶，而割阶会妨碍整个位错 线的移动。
§7－5塑性变形对材料组织与性能的影响
一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带 2.晶粒将逐渐沿其变形方向伸长 ,
纤维组织
二、亚结构的变化
三、性能的变化
1．加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提 高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象
2G
1
( 2W )
eb
2) 位错与位错的交互作用产生的阻力
3) 运动位错交截后形成的扭折和割阶
4) 位错与其他晶体缺陷如点缺陷，其他位错、晶 界和第二相质点等交互作用产生的阻力
1 110 是纯刃型位错，滑
6 移面为（001） Lomer-cottrell位错
（二）孪生
1. 孪生变形过程 晶体的一部分相对另一部分在切应力作用下，沿特 定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变
在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间 有关
3. 弹性滞后
应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线 不重合而形成一封闭回线
4.黏弹性
黏性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便
会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不
能回复。
d
dt
§5－2单晶体的塑性变形
2(1 )
：材料泊松比，表示侧向收缩能力 3)弹性变形量随材料的不同而异 。 4)工程上，弹性模量是材料刚度的度量
三、弹性的不完整性
加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力 的变化。
1．包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则 σe升高，反向加载则σe下降。
2. 弹性后效
切过粒子时必然产生一割阶，而割阶会妨碍整个位错 线的移动。
§7－5塑性变形对材料组织与性能的影响
一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带 2.晶粒将逐渐沿其变形方向伸长 ,
纤维组织
二、亚结构的变化
三、性能的变化
1．加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提 高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象
2G
1
( 2W )
eb
2) 位错与位错的交互作用产生的阻力
3) 运动位错交截后形成的扭折和割阶
4) 位错与其他晶体缺陷如点缺陷，其他位错、晶 界和第二相质点等交互作用产生的阻力
1 110 是纯刃型位错，滑
6 移面为（001） Lomer-cottrell位错
（二）孪生
1. 孪生变形过程 晶体的一部分相对另一部分在切应力作用下，沿特 定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变
在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间 有关
3. 弹性滞后
应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线 不重合而形成一封闭回线
4.黏弹性
黏性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便
会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不
能回复。
d
dt
§5－2单晶体的塑性变形
第七章-塑性变形
l0 F0 Ff 100%
F0
★ ，均表示金属发生塑性变形的能力。 ★ 前者表示均匀变形能力，后者表示局部变形的能力。 ★ 无论强度或塑性指标，均与微观组织特征及状态有关。
§ 7-1 单晶体的塑性变形
一、弹性变形
1．宏观规律
在工程应力－应变曲线中的oe段， 与e 成线性关系
＝Ee 或 t ＝Gg
当t ＝tk，滑移系启动，位错所受的力为： fk＝tk·b
当t≥tk，则 f ≥fk，位错能够发生滑移。
fk 称为位错滑移的临界推动力。 f 的方向为位错线各点的法矢量方向，指向未滑移区。
tp
2G
1
2a
e (1)b
G为切变模量；为泊松比；a为滑移面间距；b为滑移方向上的原子间距。
P-N力：
tp
2G
1
2a
e (1)b
讨论：
● 若t≥tp，位错滑移。若取 ＝（低碳钢），则tp ≈10-3~10-4G，与实测 tk同数量级。
● 原子面密度越大的晶面，a越大；原子越密排的晶向，b越小。因此最 密排晶面及最密排晶向的tp 最小。
滑移的位错机制
在切应力作用下滑移面上下两部分原子的错动是位错逐步滑移的最终结果。
刃型位错滑移示意图
位 错 的 滑 移 示 意 图
位错滑移规律概括：
♣ 仅牵涉一列原子键的破坏，所需切应力小。 ♣ 刃型位错线运动方向与b平行，螺型位错线运动方向与b垂直。 ♣ 异号位错线运动方向相反；晶体运动方向均与b平行。 ♣ 位错线移出晶体表面形成一个b的变形台阶；n个位错形成n个b的变形台阶。 ♣ 位错较多的晶面才有可能发生较高程度的滑移，因此滑移线分布是不均匀的。 ♣ 螺型位错b的可动性大于刃型位错，可发生交滑移（如fcc晶体的双交滑移）。
F0
★ ，均表示金属发生塑性变形的能力。 ★ 前者表示均匀变形能力，后者表示局部变形的能力。 ★ 无论强度或塑性指标，均与微观组织特征及状态有关。
§ 7-1 单晶体的塑性变形
一、弹性变形
1．宏观规律
在工程应力－应变曲线中的oe段， 与e 成线性关系
＝Ee 或 t ＝Gg
当t ＝tk，滑移系启动，位错所受的力为： fk＝tk·b
当t≥tk，则 f ≥fk，位错能够发生滑移。
fk 称为位错滑移的临界推动力。 f 的方向为位错线各点的法矢量方向，指向未滑移区。
tp
2G
1
2a
e (1)b
G为切变模量；为泊松比；a为滑移面间距；b为滑移方向上的原子间距。
P-N力：
tp
2G
1
2a
e (1)b
讨论：
● 若t≥tp，位错滑移。若取 ＝（低碳钢），则tp ≈10-3~10-4G，与实测 tk同数量级。
● 原子面密度越大的晶面，a越大；原子越密排的晶向，b越小。因此最 密排晶面及最密排晶向的tp 最小。
滑移的位错机制
在切应力作用下滑移面上下两部分原子的错动是位错逐步滑移的最终结果。
刃型位错滑移示意图
位 错 的 滑 移 示 意 图
位错滑移规律概括：
♣ 仅牵涉一列原子键的破坏，所需切应力小。 ♣ 刃型位错线运动方向与b平行，螺型位错线运动方向与b垂直。 ♣ 异号位错线运动方向相反；晶体运动方向均与b平行。 ♣ 位错线移出晶体表面形成一个b的变形台阶；n个位错形成n个b的变形台阶。 ♣ 位错较多的晶面才有可能发生较高程度的滑移，因此滑移线分布是不均匀的。 ♣ 螺型位错b的可动性大于刃型位错，可发生交滑移（如fcc晶体的双交滑移）。
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。
塑性变形课件
产生滑移线、滑移带
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
2015-5-7
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
4
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。
2015-5-7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
24
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
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 25
14
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。
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
2015-5-7
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
4
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。
2015-5-7
Anming Li, Dept of MSE,hpu
24
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
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 25
14
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。
教学课件PPT塑性变形及其性能指标
1、晶体结构： 2、晶界与亚结构：
3、溶质元素 4、第二相：
5、温度 6、应变速率与应力状态
四、应变硬化(形变强化)
0、定义： 随着变形量的增大，形变应力提高的现象。
四、应变硬化(形变强化)
1、应变硬化机理： (1)金属材料： ①多系滑移： 位错交互作用→形成割阶、位错锁和胞状结构等 →位错运动阻力增大→产生应变硬化。 ②交滑移： 刃位错随应变增加→密度增大→产生应变硬化。
§1.4 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理(已学、自学) 二、屈服现象与屈服强度
三、影响金属材料屈服强度的因素(自学) 四、应变硬化
五、抗拉强度与缩颈条件 六、塑性与塑性指标 七、超塑性
二、屈服现象与屈服强度
(2)屈服点(σs): 屈服时对应的应力值；
(3)上屈服点(σsu):
1、屈服现象：
力首次下降前的最大应力值； (4)下屈服点(σsl):
六、塑性与塑性指标
2、断面收缩率： 试样拉断后， 缩颈处横截面积(A1)的最大减缩量; 与原始横截面积(A0)的百分比， 符号ψ表示，即 ψ=(A0-A1)/A0×100％
七、超塑性
1、定义： 在一定条件下， 呈现非常大的伸长率(约1000％)， 而不发生缩颈和断裂的现象。
2、分类： 相变超塑性: 在变形过程中发生相变的超塑性。 结构超塑性： 在纯金属和单相合金的稳定结构中得到的 超塑性。
注：σb=K(n/e)n的推导详见第23页， 结合37页第10参考题将其弄懂。
六、塑性与塑性指标
塑性： 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
意义： 防止偶然过载造成危害； 保证机件正常运行； 有利于塑性加工和修复。
六、塑性与塑性指标
1、伸长率指标：
3、溶质元素 4、第二相：
5、温度 6、应变速率与应力状态
四、应变硬化(形变强化)
0、定义： 随着变形量的增大，形变应力提高的现象。
四、应变硬化(形变强化)
1、应变硬化机理： (1)金属材料： ①多系滑移： 位错交互作用→形成割阶、位错锁和胞状结构等 →位错运动阻力增大→产生应变硬化。 ②交滑移： 刃位错随应变增加→密度增大→产生应变硬化。
§1.4 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理(已学、自学) 二、屈服现象与屈服强度
三、影响金属材料屈服强度的因素(自学) 四、应变硬化
五、抗拉强度与缩颈条件 六、塑性与塑性指标 七、超塑性
二、屈服现象与屈服强度
(2)屈服点(σs): 屈服时对应的应力值；
(3)上屈服点(σsu):
1、屈服现象：
力首次下降前的最大应力值； (4)下屈服点(σsl):
六、塑性与塑性指标
2、断面收缩率： 试样拉断后， 缩颈处横截面积(A1)的最大减缩量; 与原始横截面积(A0)的百分比， 符号ψ表示，即 ψ=(A0-A1)/A0×100％
七、超塑性
1、定义： 在一定条件下， 呈现非常大的伸长率(约1000％)， 而不发生缩颈和断裂的现象。
2、分类： 相变超塑性: 在变形过程中发生相变的超塑性。 结构超塑性： 在纯金属和单相合金的稳定结构中得到的 超塑性。
注：σb=K(n/e)n的推导详见第23页， 结合37页第10参考题将其弄懂。
六、塑性与塑性指标
塑性： 是指材料断裂前产生塑性变形的能力。
意义： 防止偶然过载造成危害； 保证机件正常运行； 有利于塑性加工和修复。
六、塑性与塑性指标
1、伸长率指标：
《材料的塑性变形》课件
A0 φ---滑移面法线与横截面法线间夹角； λ- -轴向拉力与滑移方向间夹角.
A coscosλ称取向因子或Schmid因子。
Schmidt定律：只有当作用在滑移面上沿滑移方 向的分切应力达到某一临界值时，晶体才开始滑 移。
外力在滑移方向的分切应力
τc = σs cosφ cosλ
对于某一滑移系，取向因子越大，分切应力也越大。 当λ= φ= 45 °时，即滑移面和滑移方向与作用力均为45°时， 在该滑移面滑移方向上分切应力最大。
τmax= σ/2 当τmax达到τc时，晶体发生滑移。此时σs 值最小, 且σs = 2τc。 等于、趋近此方位称为有利方位或软取向；远离此方向称为不 利方向或硬取向；处于软取向的滑移系首先发生滑移。
影响临界切应力的因素
1)金属的种类： 原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑，τc↑。
2)化学成分： 溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻。
扭折带的作用 1)协调变形：适应变形条件的约束,能引起应力松弛，使晶体不致断裂。 2)促进变形：改变取向,有可能处于软取向,促进滑移,进一步激发变形。
（a)孪生的作用使试样端部趋于产生相对位移； （b)协调扭折带的形成容许试样适应试验条件的约束
伴随孪晶的形成而产生的协调扭折带
形变带(Deformation Band)
3)变形温度： 温度↑， τc↓ 4)变形速度：
速度↑，τc↑
2 孪生
孪生(Twinning): 形成孪晶的过程：晶体在切应力的作用下,一
部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分 发生的均匀切变。
例：面心立方晶体的孪生变形
（a）孪晶面和孪生方向 （b）孪生变形时原子的移动源自孪生和滑移比较滑移
孪生
● 材料为整体，需要有协调机制（扩散蠕变或位错滑移）。
A coscosλ称取向因子或Schmid因子。
Schmidt定律：只有当作用在滑移面上沿滑移方 向的分切应力达到某一临界值时，晶体才开始滑 移。
外力在滑移方向的分切应力
τc = σs cosφ cosλ
对于某一滑移系，取向因子越大，分切应力也越大。 当λ= φ= 45 °时，即滑移面和滑移方向与作用力均为45°时， 在该滑移面滑移方向上分切应力最大。
τmax= σ/2 当τmax达到τc时，晶体发生滑移。此时σs 值最小, 且σs = 2τc。 等于、趋近此方位称为有利方位或软取向；远离此方向称为不 利方向或硬取向；处于软取向的滑移系首先发生滑移。
影响临界切应力的因素
1)金属的种类： 原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑，τc↑。
2)化学成分： 溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻。
扭折带的作用 1)协调变形：适应变形条件的约束,能引起应力松弛，使晶体不致断裂。 2)促进变形：改变取向,有可能处于软取向,促进滑移,进一步激发变形。
（a)孪生的作用使试样端部趋于产生相对位移； （b)协调扭折带的形成容许试样适应试验条件的约束
伴随孪晶的形成而产生的协调扭折带
形变带(Deformation Band)
3)变形温度： 温度↑， τc↓ 4)变形速度：
速度↑，τc↑
2 孪生
孪生(Twinning): 形成孪晶的过程：晶体在切应力的作用下,一
部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分 发生的均匀切变。
例：面心立方晶体的孪生变形
（a）孪晶面和孪生方向 （b）孪生变形时原子的移动源自孪生和滑移比较滑移
孪生
● 材料为整体，需要有协调机制（扩散蠕变或位错滑移）。
材料的塑性变形
材料的塑性变形材料的塑性变形是材料力学学科中的一个重要概念，指的是材料在受力作用下发生的可逆性变形过程。
塑性变形是材料的一种特性，表现为材料在一定温度和应力情况下，发生塑性变形后不会恢复到原状态。
本文将从塑性变形的定义、性质、影响因素和应用领域等方面展开探讨。
材料的塑性变形是指材料在外力的作用下，呈现出形状的变化，这种变化是可逆的。
与弹性变形不同的是，塑性变形是在超过材料的屈服点后发生的，且发生塑性变形后，材料不会完全恢复到原来的形状。
塑性变形是材料内部晶格结构发生改变的结果，通过滑移、重结晶等机制实现。
塑性变形是材料力学中一个重要的研究对象，它与材料的性能密切相关。
在工程实践中，我们常常需要考虑材料在受力状态下的塑性变形性能，以确保材料在服役过程中不会发生意外事故。
此外，塑性变形还与材料的加工性能、成形性能等密切相关，因此对塑性变形的研究具有重要的理论和实际意义。
塑性变形的性质主要包括以下几个方面：1. 可逆性：塑性变形是可逆的，并且不会引起材料的永久形变。
2. 体积不变性：塑性变形并不改变材料的体积。
3. 定向性：塑性变形是有方向性的，取决于材料的晶体结构和加载方向。
塑性变形的影响因素主要包括应力、温度和变形速率等。
在一定温度条件下，应力越大，材料的塑性变形越明显；温度越高，材料发生塑性变形的能力越强；变形速率对于塑性变形的影响也非常显著，通常情况下，变形速率越大，材料的塑性变形越明显。
材料的塑性变形在工程实践中有着广泛的应用。
例如，金属材料的塑性变形性能直接影响着金属制品的成形性能；塑料制品的塑性变形特性决定了其在加工过程中的可塑性等。
因此，通过研究材料的塑性变形特性，可以指导工程实践中材料加工的选择和工艺优化，提高材料的利用率和产品质量。
总之，材料的塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，具有重要的理论和实际意义。
通过深入研究材料的塑性变形特性，可以有效地指导工程实践中材料的选择和制造过程，为优化材料性能和提高产品质量提供理论支持。
塑性变形
经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现 新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起 的加工硬化、残余应力等都会完全消除。
再结晶温度
通常以经一小时保温完成再结晶的温度为金属的再结晶温度。各种金属的再结晶温度，按绝对温度(K)计大 约相当于该金属熔点的40～50%。低碳钢的再结晶温度约460℃。当变形程度较小时，在再结晶过程中，尤其是当 温度偏高时，再结晶的晶粒特别粗大。因此如要晶粒细小，金属材料在再结晶处理前会有较大的变形量。
再结晶温度对金属材料的塑性加工非常重要。在再结晶温度以上进行的塑性加工和变形称为热加工和热变形； 在再结晶温度以下进行的塑性加工和变形称为冷加工和冷变形。热变形时，金属材料在变形过程中不断地发生再 结晶，不引起加工硬化，假如缓慢地冷却，也不出现内应力。
回复
冷变形后的金属，当加热到稍低于再结晶温度时，通过原子的扩散会减少晶体的缺陷，降低晶体的畸变能， 从而减小内应力；但是不出现新的晶粒，金属仍保留加工硬化和各向异性，这就是金属的回复。这样的热处理称 为去应力退火。
影响
1
加工硬化
2
内应力
3
各向异性
4
再结晶和回复
5
变形量和塑性
塑性变形力学原理塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发生交割，位错的运动受到阻碍， 使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大 （如70%或更大）而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿 变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热 态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金 属仍有各向异性。
塑性变形物理本质
热效应与温度效应
总结词
热效应与温度效应是塑性变形过程中的两个重要物理 现象，它们对材料的变形行为和性能有显著影响。
详细描述
热效应是指在塑性变形过程中，由于机械功转化为热能 ，导致材料温度升高的现象。温度效应是指由于温度的 变化对材料的力学性能和变形行为的影响。在高温下， 材料的屈服极限和强度极限通常会降低，而塑性和韧性 则会增加。这主要是由于高温下原子活动能力增强，扩 散速度加快，促进了动态回复和再结晶过程。同时，温 度变化还会影响材料的热膨胀和热传导性能，进一步影 响材料的变形行为和性能。
作用。
在变形过程中，原子或分子的扩 散可以促进位错的运动和攀移，
从而影响塑性变形的行为。
扩散还可以导致晶体内部显微组 织的演变，如动态再结晶和晶粒 长大等，这些过程对塑性变形具
有重要影响。
微观结构的演变
塑性变形过程中，微观结构会发生变化，如晶粒尺寸、晶界形态和位错密度等。
这些微观结构的变化会影响材料的力学性能和塑性变形行为。
03
可以通过热处理、机械加工或振动等方法消除或减小残余应力
。
微观结构的损伤与演化
微观结构损伤的表现形式
塑性变形过程中，材料的微观结构会发生损伤，表现为晶 粒的变形、位错的增殖和缠结、相变以及新相的形成等。
微观结构演化规律
随着塑性变形的进行，微观结构会不断演化，材料的物理 和化学性质也会发生变化。
微观结构损伤与性能关系
加工硬化与软化
总结词
加工硬化与软化是塑性变形过程中的一对重要物理现象，它们共同决定了材料的变形行 为和最终性能。
详细描述
加工硬化是指随着塑性变形的增加，材料的屈服极限和强度极限逐渐提高，即材料逐渐 变硬、变强。这主要是由于位错密度的增加和晶界的强化作用。软化则是指材料在变形 过程中发生结构变化，导致屈服极限和强度极限降低的现象。它通常发生在高温或长时
《塑性变形》ppt课件
用金相法或硬度法测定:
再结晶温度
以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度
以硬度下降50％所对应的温度再结晶温度
工业消费中那么通常以经过大变形量(70％以上)冷 变形金属，经1h退火能完成再结晶(＞95％)所对
〔1〕变形程度的影响
变形程度添加 储存能增多 再结晶驱动力增大 再结
晶温度降低，再结晶速度加 快，形核率添加，
长时间回复时激活能与自分散激活能相近
12/11
8.2.2.2 回复机制
低温回复 点缺陷迁移、点缺陷密度降低；
点缺陷迁移至外表或晶界 空位与间隙原子结合 点缺陷与位错交互作用，使位错攀移 空位聚集成空位片并崩塌成位错环 中温回复 位错滑移运动和重新分布，亚构造变化； 同一滑移面上异号位错相互吸引而抵消 位错偶极子的两根位错线相消
造、性能变化
取代变形组织过程
再结晶后晶粒 长大
8.2.1.2 性能的变化
(1)强度与硬度：回复时变形金 属位错密度很高，再结晶后位错 密度显著降低。 (2)电阻：点缺陷所引起的点阵 畸变会使传导电子产生散射，提 高电阻率。退火使缺陷密度降低， 那么电阻率下降。 (3)内应力：回复阶段消除大部 或全部的宏观内应力，而微观内 应力那么只需经过再结晶方可消 除。 (4)亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸在 回复前期变化不大，接近再结晶 时显著增大。 (5)密度：密度在再结晶阶段急 剧增高，除与前期点缺陷数目减 小有关外，主要是在再结晶阶段 中位错密度显著降低所致。 (6)储能的释放：回复时释放的 储存能较小，再结晶晶粒出现的 温度对应于储能释放曲线的顶峰
b 长大
再结晶晶核长大方式：界面迁移 界面迁移推进力：无畸变的新晶粒与周围畸变的母体(即
旧晶拉)之间的应变能差 界面迁移方向：背叛其曲率中心，向畸变区推进 二维晶粒的稳定外形：正六边形
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）
材料的塑性变形
金属材料在受到外力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用时，会先发生弹性变形，即外力去除后能够完全恢复的变形。但当应力超过弹性极限后，材料会发生塑性变形，这是一种不可逆的永久变形。塑性变形与材料中位错的移动相关，是金属加工制备过程中如轧制、锻造、挤压、拉拔等的重要变形能力体现。虽然文档主要讨论了金属材料的塑性变形机制和相关概念，如弹性模量、包申格效应、弹性后效和弹性滞后等，并未直接提及生活中具体的塑性形变例子。然而，我们可以推断，在日常生活中，塑性形变常见于金属材料的弯曲、拉伸或压缩等过程，如金属丝被弯曲后保持形状不变，或金属薄片被拉伸后出现永久性的形变等。
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章
塑
性
变
形
第 三 节 多 晶 体 塑 变
20
第 七
第三节 多晶体的塑性变形
章
塑 1 晶粒之间变形的传播
性 变 形
位错在晶界塞积 粒变形 塑变
应力集中
相邻晶粒位错源开动
相邻晶
第 2 晶粒之间变形的协调性-晶粒取向的影响
三 节
（1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。
多 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导
性 变
（3）滑移的临界分切应力（c）
形
c取决于金属的本性，不受，的影响；
第 二
或＝90时，s ；
节 c＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体易滑移；
单
软取向：值大；
晶
取向因子：coscos 硬取向：值小。
体
塑
变
12
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 4 滑移时晶体的转动
塑 （1）位向和晶面的变化
章 二 孪生
塑 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分
性 变
沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取
形
向的镜面对称关系。
第 二 节
孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012}
（2）孪生的晶体学
孪生
A1<112>,A2<111>,A3<1011>
方
向
单
孪晶区
晶
体
塑
变
17
第 第二节 单晶体的塑性变形
第 二 节 单 晶 体 塑 变
7
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章
3 滑移的晶体学
塑
（2）滑移系
性
滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。
变
滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向
形
的个数）
第 二 节 单 晶 体 塑 变
8
第 七 章 塑 性 变 形
第
二
节
单
晶
体
塑
Smith W F.
性 变 形
拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；（2）取
第 向因子的变化
二 节
几何软化；，接近45，滑移变得容易。
单
晶
体
塑
变
13
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 5 多滑移
塑 （1）滑移的分类
性
多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。
单
（滑移方向）产生相对位移，
晶
且不破坏晶体内部原子排列
体
规律性的塑变方式。
塑
变
Smith W F. Foundations of Materials
Science and Engineering.
McGRAW.HILL.3/E
5
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章
塑 性
一 滑移
变
光镜下：滑移带（无重现性）。
与同时开动滑移系数目有关（c）。
晶
体
塑
变
10
第 七
第二节 单晶体的塑性变形
章 塑 性
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
变 c：在滑移面上沿滑移方向开始
形
滑移的最小分切应力。
第
(外力在滑移方向上的分解)
二
节 单
c＝scoscos
晶
体
塑
变
11
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章
塑 3 滑移的晶体学
3
第
第一节 金属变形概述
七
章
塑
弹性变形：
性
变形可逆；
变
形
应力应变呈线
性关系。
第
一
节
弹性模量：原
金
子间结合力的
属
反映和度量。
变
形
概
述 4
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章
塑
性
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。
变
形
一 滑移
第
1 滑移：在切应力作用下，晶体的一
二
部分相对于另一部分沿着一
节
定的晶面（滑移面）和晶向
晶
致晶体分裂）
体 （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变化）
塑
晶粒自由变形-6个分量-体积不变-5个分量-5个独立滑移系
变
21
第 七
第三节 多晶体的塑性变形
章
塑
性 3 晶界对变形的阻碍作用-晶界的影响
变 形
（1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少
变
双滑移：
形
单滑移：
第 （2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相
二
等的一组滑移系。
节
单
晶
体
塑
变
2h
14
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 6 交滑移
塑 （1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的
性
滑移。
变 （2）机制
形 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑
节
位移量
单不
滑移方向上原子间距的整 小于孪生方向上的原子间距，
数倍，较大。
较小。
晶
同 对塑变的贡献
很大，总变形量大。
有限，总变形量小。
体 塑
点
变形应力
有一定的临界分切压力
所需临界分切应力远高于 滑移
变
变形条件
一般先发生滑移
滑移困难时发生
变形机制
全位错运动的结果
分位错运动的结果
19
第 七
第三节 多晶体的塑性变形
第
移面的过程；
二 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。
节
单
晶
体
塑
变
15
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 7 滑移的表面痕迹
塑 单滑移：单一方向的滑移带；
性 变
多滑移：相互交叉的滑移带；
形 交滑移：波纹状的滑移带。
第 二 节 单 晶 体 塑 变
16
第 七
第二节 单晶体的塑性变形
Foundations of
变
Materials Science and
Байду номын сангаас
Engineering.
McGRAW.HILL.3/E
9
第 七
第二节 单晶体的塑性变形
章 塑 3 滑移的晶体学
性 （2）滑移系 变
形
滑移系数目与材料塑性的关系
第
一般滑移系越多，塑性越好；
二
与滑移面密排程度和滑移方向个数有关；
节 单
形 2 滑移的表象学
第
电境下：滑移线。
二
节
单
晶
体
塑
变
Smith W F. Foundations of Materials
6
Science and Engineering.
McGRAW.HILL.3/E
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 塑 3 滑移的晶体学
性
滑移面 （密排面）
变 （1）几何要素
形
滑移方向（密排方向）
七 章 二 孪生 塑 性 变 形
第 二 节 单 晶 体 塑 变
18
第 第二节 单晶体的塑性变形
七
章 二 孪生
塑 （3）孪生变形的特点
性
变
滑移
孪生
形
相同点
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
第
二
晶体位向
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）
第七章 材料的塑性变形17681
第七章 材料的塑性变形
纳米铜的室温超塑性
2
第
第一节 金属变形概述
七
章
塑
性
变
形
第
一
节
金
属
变
形
概
述
弹性变形－塑性变形－断裂
Smith W F. Foundations of Materials
Science and Engineering.
McGRAW.HILL.3/E