第六章金属合金的塑性变形优秀课件
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TFcosFcoscoscoscos
AA
cos
临界分切应力 TKcocsos
coscos取向因子
当 45
时
TK
1 2
S
为最大，→
软取向
900 或者说 90 → s 00 →硬取向
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
滑移的临界分切应力临界
分切力：cos 分正力：F cos 分切应力：TFcAosF Acocsoscocsos
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
三、金属与合金的弹性变形 1、弹性模量
正弹性模量：
切弹性模量：
E．G↑→刚度↑（材料刚度）
将构件产生弹性变形的难易程度称作构件刚度 材料刚度 结构刚度
2、弹性模量是反映原子间结合力大小的性能指标
原子偏离平衡位置，在平衡位置附近，原子间的结合力
与位移的关系为直线关系
屈服极限、屈服点
对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为屈服极 0.2限（条件屈服极限或屈服强度）
加工硬化（形变强化）：随着塑性变形的增大，塑性变形后抗力不断增加的现象
颈缩→ ↓
断裂
断裂后试样的残余总变形量 与原 始长度Lo的百分比称为延伸率
试样的横截面积Ao和断裂时的横截面积Ak之 差与原横面积Ao的百分比称为断面收缩率ψ
分切应力→滑移 分正应力→转动 转动 → 软取向逐渐远离软取的位置→几何硬化
逐渐接近软取的位置→几何软化，非软取向
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
晶体的旋转示意图
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
拉伸作用在中间一层金属上下两面的作用力σ可分 为两个分应力：
A：分正应力（σ1σ2） 垂直于滑移面，构成力偶，使晶块滑移面朝外力轴方向转动。
与 近似于直线关系
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
§6.2 单晶体金属的塑性变形 一、滑移
由大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着 一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制。
滑移的显微观察
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
1、滑移带
晶体的塑性变形是 晶体的一部分相对于另 一部分沿某些晶面和晶 向发生滑动的结果，这 种变形方式叫做滑移
第六章金属合金的 塑性变形
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
主要内容
❖ § 6-1
❖
❖ § 6-2
❖
❖ § 6-3
❖
❖ § 6-4
❖
❖ § 6-5
❖
❖ § 6-6
金属的变形特性 单晶体金属的塑性变形 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属的断裂
金属学与热处理
滑移系↑→ 塑性↑
从晶体结构来看，滑移面是排列最密的晶面，滑移方向也是原则排列最密的 晶面。滑移方向也是原则最密的晶向。这是由于原子密度最大的晶面上，原子间 结合力最强 → 面与面之间的距离最大，其原子间结合力最弱，滑移阻力最小。
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
3、滑移的临界分切应力
晶体发生滑移时，在滑移面内治滑移方向的分切应力达 到某一临界值，该应力称作临界切应力。（使滑移系开动的 最小分切应力）
第六章 金属与合金的塑性变形
§6-1金属的变形特性
金属材料承受静载荷时会发生变形。 在载荷较小时，这种变形是弹性变形，卸载 后材料恢复原状。 当外力超过一定限度后， 材料将发生塑性变形，卸载后材料不能恢复原状。
弹性变形→塑性变形→断裂 载荷增大
试件产生弹性变形
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
几何软化： 经滑移和转动后，一些原来角度远离45º的晶面将
转到接近45º，使滑移变得容易进行。
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
5、多滑移
在两个或更多的滑移系上同时进行的 滑移称为多滑移（与晶体的转动有关）
多滑移 → 加工硬化效果↑
B：分切应力 当外力分解到滑移面上的最大分切应力与滑移方向不一 致时，又可分解为平行于滑移方向和垂直于滑移方向的两个 分力。前一分力是产生滑移的有效分切应力，后一分力将构 成一对作用在晶块上下滑移面上的力偶，力图使滑移方向转 至最大切应力方向。
∴拉伸时，在产生滑移的过程中，晶体的位向在不断改 变，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也改变位向。
一、应力－应变曲线
材料受力后的受力状态和变形特征 可用应力－应变曲线来描述。材料受外
力P作用后产生的应力: ( P－载荷,Ao试样原始面积)
应变：
( l0－试样的原始长度， l－试样变形后的长度)
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
工程应力－应变曲线
曲线：
→弹性变形阶段 弹性极限：
弹塑性变形阶段
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
（2）压缩
压缩时晶体的滑移面， 力图转至与压力方向 垂直的位置。
压缩时晶体的转动示意图
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
（3）几何硬化与几何软化
几何硬化： 如果晶体滑移面原来是处于其法线与外力轴夹角
接近45º的位向，经滑移和转动后，就会转到此夹角 越来越远离45º的位向，从而使滑移变得越来越困难。
cos
分切应力 TKScoc sos coscos ——取向因子
当45时T ， K1 2S达最软大 取向
而当 9o0 或 90 时， 30硬 0 取向
金属学与热处理
第六章 金பைடு நூலகம்与合金的塑性变形
拉伸时，Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
4、滑移时晶体的转动
滑移 → 滑移台阶 → 滑移带
（一组小台阶在宏观上的反映大台阶）
根据滑移线间、滑移带间的原子距
→ 滑移集中发生一些晶面上
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
2、滑移系
晶体滑移沿一定晶面进行，这种晶面称为滑移面。晶体滑移在滑移面上沿 一定的晶向进行，该方向称为滑移方向一个滑移面和此面上的一低频滑移方向 即组成一个滑移系。（表示晶体在发生滑移时滑移动作可能采取的空间位向）
ψ
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
二、真应力一直应变曲线 真应力（S）： 瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A）
真应变（de）：瞬时伸长量（dl）除以瞬时长度 总应变：
均匀塑性变形阶段（从屈服点至最大载荷点）的真应力一真应变曲线称为流变曲线
K：常数 n：形变强化指数 表征金属在均匀变形阶段的形变强化能力，n↑→形变强化能力↑
AA
cos
临界分切应力 TKcocsos
coscos取向因子
当 45
时
TK
1 2
S
为最大，→
软取向
900 或者说 90 → s 00 →硬取向
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第六章 金属与合金的塑性变形
滑移的临界分切应力临界
分切力：cos 分正力：F cos 分切应力：TFcAosF Acocsoscocsos
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第六章 金属与合金的塑性变形
三、金属与合金的弹性变形 1、弹性模量
正弹性模量：
切弹性模量：
E．G↑→刚度↑（材料刚度）
将构件产生弹性变形的难易程度称作构件刚度 材料刚度 结构刚度
2、弹性模量是反映原子间结合力大小的性能指标
原子偏离平衡位置，在平衡位置附近，原子间的结合力
与位移的关系为直线关系
屈服极限、屈服点
对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为屈服极 0.2限（条件屈服极限或屈服强度）
加工硬化（形变强化）：随着塑性变形的增大，塑性变形后抗力不断增加的现象
颈缩→ ↓
断裂
断裂后试样的残余总变形量 与原 始长度Lo的百分比称为延伸率
试样的横截面积Ao和断裂时的横截面积Ak之 差与原横面积Ao的百分比称为断面收缩率ψ
分切应力→滑移 分正应力→转动 转动 → 软取向逐渐远离软取的位置→几何硬化
逐渐接近软取的位置→几何软化，非软取向
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
晶体的旋转示意图
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第六章 金属与合金的塑性变形
拉伸作用在中间一层金属上下两面的作用力σ可分 为两个分应力：
A：分正应力（σ1σ2） 垂直于滑移面，构成力偶，使晶块滑移面朝外力轴方向转动。
与 近似于直线关系
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第六章 金属与合金的塑性变形
§6.2 单晶体金属的塑性变形 一、滑移
由大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着 一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制。
滑移的显微观察
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
1、滑移带
晶体的塑性变形是 晶体的一部分相对于另 一部分沿某些晶面和晶 向发生滑动的结果，这 种变形方式叫做滑移
第六章金属合金的 塑性变形
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
主要内容
❖ § 6-1
❖
❖ § 6-2
❖
❖ § 6-3
❖
❖ § 6-4
❖
❖ § 6-5
❖
❖ § 6-6
金属的变形特性 单晶体金属的塑性变形 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对金属组织和性能的影响 金属的断裂
金属学与热处理
滑移系↑→ 塑性↑
从晶体结构来看，滑移面是排列最密的晶面，滑移方向也是原则排列最密的 晶面。滑移方向也是原则最密的晶向。这是由于原子密度最大的晶面上，原子间 结合力最强 → 面与面之间的距离最大，其原子间结合力最弱，滑移阻力最小。
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
3、滑移的临界分切应力
晶体发生滑移时，在滑移面内治滑移方向的分切应力达 到某一临界值，该应力称作临界切应力。（使滑移系开动的 最小分切应力）
第六章 金属与合金的塑性变形
§6-1金属的变形特性
金属材料承受静载荷时会发生变形。 在载荷较小时，这种变形是弹性变形，卸载 后材料恢复原状。 当外力超过一定限度后， 材料将发生塑性变形，卸载后材料不能恢复原状。
弹性变形→塑性变形→断裂 载荷增大
试件产生弹性变形
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
几何软化： 经滑移和转动后，一些原来角度远离45º的晶面将
转到接近45º，使滑移变得容易进行。
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
5、多滑移
在两个或更多的滑移系上同时进行的 滑移称为多滑移（与晶体的转动有关）
多滑移 → 加工硬化效果↑
B：分切应力 当外力分解到滑移面上的最大分切应力与滑移方向不一 致时，又可分解为平行于滑移方向和垂直于滑移方向的两个 分力。前一分力是产生滑移的有效分切应力，后一分力将构 成一对作用在晶块上下滑移面上的力偶，力图使滑移方向转 至最大切应力方向。
∴拉伸时，在产生滑移的过程中，晶体的位向在不断改 变，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也改变位向。
一、应力－应变曲线
材料受力后的受力状态和变形特征 可用应力－应变曲线来描述。材料受外
力P作用后产生的应力: ( P－载荷,Ao试样原始面积)
应变：
( l0－试样的原始长度， l－试样变形后的长度)
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工程应力－应变曲线
曲线：
→弹性变形阶段 弹性极限：
弹塑性变形阶段
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（2）压缩
压缩时晶体的滑移面， 力图转至与压力方向 垂直的位置。
压缩时晶体的转动示意图
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
（3）几何硬化与几何软化
几何硬化： 如果晶体滑移面原来是处于其法线与外力轴夹角
接近45º的位向，经滑移和转动后，就会转到此夹角 越来越远离45º的位向，从而使滑移变得越来越困难。
cos
分切应力 TKScoc sos coscos ——取向因子
当45时T ， K1 2S达最软大 取向
而当 9o0 或 90 时， 30硬 0 取向
金属学与热处理
第六章 金பைடு நூலகம்与合金的塑性变形
拉伸时，Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
4、滑移时晶体的转动
滑移 → 滑移台阶 → 滑移带
（一组小台阶在宏观上的反映大台阶）
根据滑移线间、滑移带间的原子距
→ 滑移集中发生一些晶面上
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
2、滑移系
晶体滑移沿一定晶面进行，这种晶面称为滑移面。晶体滑移在滑移面上沿 一定的晶向进行，该方向称为滑移方向一个滑移面和此面上的一低频滑移方向 即组成一个滑移系。（表示晶体在发生滑移时滑移动作可能采取的空间位向）
ψ
金属学与热处理
第六章 金属与合金的塑性变形
二、真应力一直应变曲线 真应力（S）： 瞬时载荷（P）除以试样的瞬时截面积（A）
真应变（de）：瞬时伸长量（dl）除以瞬时长度 总应变：
均匀塑性变形阶段（从屈服点至最大载荷点）的真应力一真应变曲线称为流变曲线
K：常数 n：形变强化指数 表征金属在均匀变形阶段的形变强化能力，n↑→形变强化能力↑