第六章金属合金的塑性变形优秀课件
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金属塑型变形优秀课件
➢ 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外 力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞 积位错前端的应力达到一定程度，加上 相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处 于不利位向滑移系上的位错开动，从而 使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒， 当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示 出明显的塑性变形。
（三）晶粒大小对金属力学性能的影响
• 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.
（2）滑移系
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。 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。
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
• 晶粒位向的影响 ➢ 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了
保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹 性变形来与之协调。这种弹性变形
便成为塑性变形晶粒 的变形阻力。由于晶 粒间的这种相互约束， 使得多晶体金属的塑 性变形抗力提高。
➢ 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方 晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立 方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在， 这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称 退火孪晶。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、多晶体金属的塑性变形 （一）特点 • 单个晶粒变形与单晶体相似，每
金属塑型变形优秀课件
第一节 金属的塑性变形
一、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
金属及合金的塑性变形与断裂PPT课件
03
02
延性断裂的断口呈纤维状，色泽灰暗，表面 有明显的塑性变形。
04Biblioteka 脆性断裂：材料在断裂前几乎没有塑性变 形，断裂突然发生。
脆性断裂的断口呈结晶状，色泽光亮，没 有明显的塑性变形。
05
06
脆性断裂多发生在脆性材料中，如玻璃、 陶瓷等。
疲劳断裂与环境断裂
疲劳断裂：材料在循环载荷作用下发 生的断裂现象。
THANKS.
塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿一定的晶面和 一定的晶向相对移动的现象。
孪生
金属晶体在切应力作用下，沿一定的 晶面和一定的晶向发生切变的现象。
晶界滑移
在多晶体金属中，晶界在切应力作用 下发生相对移动的现象。
晶界滑移与位错交互作用
晶界滑移与位错运动之间的相互作用， 影响金属的塑性变形行为。
金属及合金的塑性变形与断裂 涉及到材料科学、物理学、力 学等多个学科领域，开展跨学 科研究有助于深入理解其内在 机制，推动相关领域的发展。
通过实验与计算模拟相结合的 方法，可以更全面地揭示金属 及合金的塑性变形与断裂行为 ，为实际应用提供更准确的指 导。
将智能化与自动化技术应用于 金属及合金的塑性变形与断裂 研究中，可以提高研究效率， 降低实验成本，为实际生产提 供有力支持。
屈服准则
描述材料开始进入塑性变形的应力条件 。例如，Tresca和Von Mises屈服准则。
VS
应力-应变关系
描述金属或合金在塑性变形过程中应力与 应变之间的关系，通常呈现非线性特征。
加工硬化与软化现象
加工硬化
随着塑性变形的增加，金属或合金的强度和 硬度提高，但延展性和韧性下降的现象。
金属的塑性变形和断裂分析课件
腐蚀速率
金属腐蚀的速度，通常以单位 时间内腐蚀的深度或质量损失
表示。
腐蚀防护采用涂层、电镀、缓来自剂等措 施来减缓金属的腐蚀速率。
提高金属抗疲劳和抗腐蚀的方法
材料选择
选择具有优异抗疲劳和抗腐蚀 性能的材料，如不锈钢、钛合
金等。
表面处理
采用喷涂、电镀、化学镀等表 面处理技术，提高金属表面的 耐腐蚀性能。
金属的塑性变形和断 裂分析课件
目录
CONTENTS
• 金属的塑性变形 • 金属的断裂分析 • 金属的塑性和韧性 • 金属的强度和硬度 • 金属的疲劳和腐蚀
01 金属的塑性变形
塑性变形的定义
塑性变形：金属在受到外力作用 时，发生的不可逆的形状变化。
塑性变形是一种不可逆的永久变 形，即使外力撤去，也无法恢复
温度
温度对金属的塑性变形有显著影响，温度升高， 金属的塑性增加，更容易发生塑性变形。
应变速率
应变速率越快，金属的塑性越差；应变速率越慢 ，金属的塑性越好。这是因为应变速率快时，金 属内部的应变硬化速度跟不上应变速率，导致金 属容易发生断裂。
02 金属的断裂分析
断裂的定义和分类
总结词
断裂是金属材料在受力过程中发生的永久性结构变化，通常表现为突然的开裂或分离。
强度和硬度在一定程度上可以相互转换，但转换公式因材料和测试方法 而异。
强度和硬度的关系对于材料的选择和应用具有重要的指导意义，例如在 机械零件的设计和制造中，需要根据零件的工作条件和要求合理选择材 料的强度和硬度。
05 金属的疲劳和腐蚀
金属的疲劳
疲劳定义
金属在循环应力作用下 ，经过一段时间后发生
提高金属塑性和韧性的方法
合金化
金属材料的塑性变形课件
热轧工艺
总结词
热轧工艺是一种在高温下对金属材料进行塑性变形的加工方法，通过将金属材料加热至一定温度后进 行轧制，使其发生塑性变形。
详细描述
热轧工艺通常在高温下进行，将金属材料加热至其塑性变形温度范围后进行轧制。在轧制过程中，金 属材料的晶格结构发生变化，导致其形状和尺寸发生改变。热轧工艺可以生产出大尺寸、形状简单的 金属制品，广泛应用于钢铁、铜、铝等金属材料的加工。
金属材料的塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生相对移动
。
孪生
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生较大的相 对移动，但不改变晶体的对称性
的变形方式。
晶界滑移
晶界在切应力的作用下发生相对 移动，使整个晶体发生变形。
形加工，以确保其性能和安全性。
05
金属材料塑性变形的挑战与展 望
金属材料塑性变形的挑战
01
加工硬化
金属在塑性变形过程中，随着 变形程度的增加，材料的强度 和硬度逐渐提高，导致继续变 形所需的应力不断增加。这使 得金属的塑性变形变得困难， 甚至可能导致加工中止。
02
温度影响
金属材料的塑性变形受温度影 响较大。在低温环境下，金属 材料的塑性变形能力会显著降 低，可能导致脆性断裂。而在 高温环境下，金属可能会发生 氧化、腐蚀等反应，影响其力 学性能。
锻造工艺
总结词
锻造工艺是一种通过施加外力使金属材 料发生塑性变形的加工方法，通常在高 温或室温下进行。
VS
详细描述
锻造工艺可以通过多种方式实现，如自由 锻、模锻等。在锻造过程中，金属材料被 施加外力，使其发生塑性变形，以获得所 需的形状和性能。锻造工艺可以生产出高 强度、高韧性的金属制品，广泛应用于航 空、汽车、船舶等领域的金属加工。
《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
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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↑
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。
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
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
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
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 金属与合金的塑性变形
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）
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。
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
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
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
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）
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。
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↑
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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↑
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
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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
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（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。
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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
第六章金属合金的 塑性变形
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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
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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
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第六章 金属与合金的塑性变形
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
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第六章 金属与合金的塑性变形
拉伸时，Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系
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4、滑移时晶体的转动
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。
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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）
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。
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
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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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
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
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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
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）
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。
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↑