工程材料及应用第六章塑性变形 ppt课件
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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
《冷塑性变形》课件
详细描述
在冷塑性变形过程中，如何提高变形效率、 降低能耗和成本是亟待解决的问题。未来需 要深入研究提高冷塑性变形效率的方法和技 术，探索新的工艺路线和加工方法，以提高 生产效率和产品质量，降低生产成本，为企
业创造更大的经济效益。
感谢您的观看
THANKS
03
冷塑性变形的工艺参数
应变速率
应变速率
是指单位时间内应变的变化量，通常用ε表示。在冷塑性变形中， 应变速率对变形抗力、加工硬化、流动应力等有显著影响。
高应变速率
高应变速率下，金属变形时间短，位错密度增加，加工硬化速率快 ，流动应力增大。
低应变速率
低应变速率下，金属变形时间长，位错有足够的时间进行攀移和回复 ，加工硬化速率减慢，流动应力减小。
《冷塑性变形》ppt课件
目录
• 冷塑性变形概述 • 冷塑性变形的物理机制 • 冷塑性变形的工艺参数 • 冷塑性变形对材料性能的影响 • 冷塑性变形在工业中的应用 • 未来研究方向与展望
01
冷塑性变形概述
定义与特性
定义
冷塑性变形是指在金属在再结晶温度 以下发生的塑性变形。
特性
冷塑性变形过程中，金属的晶体结构 、内部缺陷和显微组织发生变化，导 致金属的物理和机械性能发生改变。
动态回复和再结晶是冷塑性变形过程中的两个重要现象。动态回复是指在变形过 程中，材料内部组织结构和晶格结构的变化，这种变化可以降低内部应力，提高 材料的塑性和韧性。
再结晶是指在变形过程中，新晶粒的形成和长大过程。再结晶可以改变材料的晶 粒尺寸和分布，从而影响其力学性能和加工硬化行为。再结晶过程通常发生在变 形程度较大时，可以消除加工硬化现象，提高材料的可加工性。
速率增加，流动应力增大。
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。
最新-3塑性变形资料教学讲义ppt
AOB 滑移面
C D
迁移方向
附加半晶面棱上的一个原子O受到原子C和D的吸引 力。这两个原子对原子O水平方向上的吸引力大小相 等，方向相反。
当有剪应力作用，并使原子O有一个小的向右移动， 原子D对原子O的吸引力增加，而原子C对原子O的 吸引力减小。此时原子O受到向右的推力，使位错向 右移动一个距离。
（3）位错的滑移运动
实际晶体中存在许多局部高能区，如位错； 受剪应力作用，并不是晶体内两部分整体错动， 而是位错在滑移面上沿 滑移方向运动； 位错运动所需的力比使晶体两部分整体相互滑动 所需力小得多； 实际晶体的滑动是位错运动的结果。
刃型位错
位错的产生：滑移是由一个有限的小面积畸变区穿 过晶体的运动而产生。
U=d/dt= L /Lt=cnb/Lt=cnbL/L2t=vDbc
D=n/L2
b 讨论：
塑性形变速率取决于位错运动速度、位错密度、 柏格斯矢量、位错的增殖系数，且与其成正比。
柏格斯矢量与位错形成能有关系E=aGb2，柏格斯 矢量影响位错密度，即柏格斯矢量越大，位错形 成越难，位错密度越小。
金属与无机材料的柏格斯矢量比较：
(a)孪晶面与孪生方向 (b)孪生变形时晶面移动情况 图 面心立方晶体孪生变形示意图
孪生-原子的运动
孪生区域产生了均匀切变，即每层（111）面相对其相邻晶面
沿晶向移动了该晶向上原子间距的分数d112/3
孪生变形也是通过位错运动来实现的，但产生孪晶的位错其 柏氏矢量必须小于一个原子间距。孪生可看成是不全位错滑 过切变区中各层晶面而进行的。
•• •• • • • •• •• • • • • ••• • • • • •• • • • • •• • • • • ••••
第六章 多晶体的塑性变形
强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。
意义：
1）是一种材料强化手段—形变强化；
2）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。
28
3.加工硬化的不利
1）影响材料力学性能
不利：使得再变形困难；
使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。 解决办法： 在冷加工之间进行中间热处理——再结晶退火。 2）影响材料物理性能和化学性能 不利：电阻增加，导电、导磁性下降； 化学活性增大；耐腐蚀性下降。
b
式中：
Fb S0
MP a
Fb— 指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上b点所对应的外力（N）。 S0 — 试样原始横截面面积（mm2）
37
二、塑性指标（ δ%；Ψ %）
定义： 塑性—材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。 (1)断后伸长率
公式： δ% = （Lu- L0）/L0 ×100%
自由锻
模锻
19
5）冷冲压
（低碳钢、合金钢板材）
20
一、塑性变形的基本概念
1.载荷
（1）定义
金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
（2）类型
根据载荷作用性质不同：
a）静载荷 b）动载荷 —没有变化； —瞬间变化；
c）交变载荷—不断变化。
21
根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力
b）压缩载荷 —压力
塑性变形前 塑性变形后
3、形变织构产生
金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向 趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。
6.4.2. 塑性变形对金属性能的影响
• （1）形变强化 金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属 的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。 • （2）产生各向异性 由于纤维组织和形变织构的形成, 使 金属的性能产生各向异性。
《塑性变形》课件
详细描述
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
弹性变形与塑性变形
2.4 弹性不完整性 2、弹性滞后（滞弹性）
2.4 弹性不完整性 2、弹性滞后（滞弹性）
弹性滞后环面积: 表示被金属不可逆方式吸收的能量 （即内耗）大小
加载时试样储存的变形功为ABCE，卸载 时释放的弹性变形能为ADCE，这样在加 载与卸载的循环中，试样储存的弹性能 为ABCDA，即图中阴影线面积。
3）温度
一般结构件： ±50℃的工作温度范围内， E变化很小，视为常数。 精密件： E随T的微小变化造成较大 使用误差。
2.2 弹性变形 6、影响弹性模量的因素
4）加载速率
弹性变形速度远超一般加载速率
2.2 弹性变形 6、影响弹性模量的因素
5）冷变形
冷加工塑性变形后，E值略降低（4%-6%）。 大变形产生的变形织构将引起E的各向异性， 沿变形方向E值最大。
弹性变形与塑性变形
材料受力造成：
弹塑性变形 断裂
弹性变形
ｅ
2.1 引言
➢ 弹性变形涉及构件刚度——构件抵抗弹性变形
的能力。 与两个因素相关：
构件的几何尺寸 材料弹性模量
➢ 塑性变形的不同工程要求： 加工过程中降低塑变抗力 服役过程中提高塑变抗力
2.1 引言
➢ 弹性与塑性在工程上的应用准则：
服役中构件的应力不能超过弹性极限或屈服强度 加工中的材料应降低弹性极限或屈服强度
2.3 弹性极限与弹性比功 1、比例极限 p
2.3 弹性极限与弹性比功
2、弹性极限 e
表示材料发生弹性变性的极限抗力
2.3 弹性极限与弹性比功
2、弹性比功 We（弹性应变能密度）
材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功。
We = e e e / 2 = e2 / (2E)
塑性力学基础知识ppt课件
• 由于材料的屈服极限是唯一 的，所以 应该用应力或应力的组合作为判断材 料是否进入了塑性状态的准则。
• 根据不同应力路径所进行的实验，可 以定出从弹性阶段进入塑性阶段的各 个界限。这个分界面即称为屈服面， 而描述这个屈服面的数学表达式称为 屈服函数或称为屈服条件。
12
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
19
简单弹塑性力学问题 本标准适用于已投入商业运行的火力发电厂纯凝式汽轮发电机组和供热汽轮发电机组的技术经济指标的统计和评价。燃机机组、余热锅炉以及联合循环机组可参照本标准执行，并增补指标。
• 梁的弯曲 • 圆柱体的扭转 • 旋转圆盘 • 受内压或外压作用的厚壁筒和
厚壁球体
20
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
塑性力学的任务
• 当作用在物体上的外力取消后，物 体的变形不完全恢复，而产生一部 分永久变形时，我们称这种变形为 塑性变形，研究这种变形和作用力 之间的关系，以及在塑性变形后物 体内部应力分布规律的学科称为塑 性力学。
2
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
屈服条件的概念，
• 屈服条件又称塑性条件，它是判断 材料处于弹性阶段还是处于塑性阶 段的准则。.
• 根据不同应力路径所进行的实验，可 以定出从弹性阶段进入塑性阶段的各 个界限。这个分界面即称为屈服面， 而描述这个屈服面的数学表达式称为 屈服函数或称为屈服条件。
12
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
19
简单弹塑性力学问题 本标准适用于已投入商业运行的火力发电厂纯凝式汽轮发电机组和供热汽轮发电机组的技术经济指标的统计和评价。燃机机组、余热锅炉以及联合循环机组可参照本标准执行，并增补指标。
• 梁的弯曲 • 圆柱体的扭转 • 旋转圆盘 • 受内压或外压作用的厚壁筒和
厚壁球体
20
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
塑性力学的任务
• 当作用在物体上的外力取消后，物 体的变形不完全恢复，而产生一部 分永久变形时，我们称这种变形为 塑性变形，研究这种变形和作用力 之间的关系，以及在塑性变形后物 体内部应力分布规律的学科称为塑 性力学。
2
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ，并增 补指标 。
屈服条件的概念，
• 屈服条件又称塑性条件，它是判断 材料处于弹性阶段还是处于塑性阶 段的准则。.
《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）
工程材料及应用第六章塑性变形 PPT
塑性金属材料在拉伸过程中会经历四个明显的变形阶段。首先是弹性变形阶段，此时材料在应力作用下发生变形，但应力与应变成正比，符合虎克定律。这一阶段的实质是材料内部原子间距偏离了平衡位置，但并未当外力去除后，原子间结合力可以使变形完全恢复。随着应力的增加，材料进入均匀塑性变形阶段。此时应力超过弹性极限，材料发生不可恢复的永久性变形。这是因为材料内部原子相邻关系已经发生改变，即使外力去除，原子也只能回到另一平衡位置，导致物体留下永久变形。进一步增加应力，材料会进入颈缩阶段。在这一阶段，材料局部区域的截面面积减小，导致应力集中和进一步的局部变形。最终，在达到材料的断裂强度时，会发生断裂现象，标志着材料拉伸过程的结束。
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近的极少量的原子作微量的位移即可，需要的临界切
应力便远远小于整工体程材刚料及性应用滑第六移章塑。性变形
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第三节 多晶体的塑性变形
一、多晶体的塑性变形协调性
多晶体的变形中要保持晶界处的连续性，即晶界 处的原子既不能堆积也不能出现空隙或裂缝，晶界两 边的变形需要达到互相协调。
为满足协调性，每个晶粒内位错在外力作用下发
典型晶格的滑移系
FCC
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晶格类型 BCC
滑移面 ｛110｝6
滑移方向 <111>2
滑移系数
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FCC
CHP
｛111｝4 ｛0001｝1
<110>3 <1000>3
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第二节 单晶体的滑移
四、滑移与外力方向的关系
滑移方向上的分切应力为：
变形；应力在σe到σb之间 将发生的变形为均匀塑性变
形；在σb之后将发生颈缩； 在K点发生断裂。
弹性变形
特点 服从虎克定律，及应 力与应变成正比
实质 在应力的作用下，材料内部原子间距偏离平衡位置，但
未超过其原子间的结合力。晶格发生了伸长(缩短)或歪扭。
原子的相邻关系未发生改变，故外力去除后，原子间结合力
称为施密特定律，τc是一 常数，等于或者大于一定 的临界值（临界切应力） 时，滑移才能发生。
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第二节 单晶体的滑移
五、滑移变形的特点
1. 滑移只能在切应力的作用下发生。 2. 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
在最密晶面之间的面间距最大，原子面之间的结 合力最弱，沿最密晶向滑移的步长最小，因此这 种滑移所需要的外加切应力最小。 3. 滑动的距离为原子间距的整数倍，滑移的结果会 在晶体的表面上造成台阶。
第六章 金属材料的塑性变形
➢概述
➢单晶体的塑性变形
➢多晶体的塑性变形
➢塑性变形对材料组织性能的影响
➢变形后金属的加热变化
➢金属的热塑性变形
工程材料及应用第六章塑性变形
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第一节 概述
一、变形过程中的名词概念
1. 变形 物体在外力的作用下,其形状和尺寸的改变。
2. 应力 物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。 同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同 截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。
对纯金属、单相合金或低碳钢都发现室温屈服强 度和晶粒大小有以下关系：
d 晶粒的平均直径，k为比例常数。即霍尔-佩奇
(Hall-Petch)关系。
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第一节 概述
四、塑性变形的方式
按照材料的性质、外界环境和受力方式不同，塑性变 形的方式有：滑移、孪生、蠕变、流动。
滑移 晶体材料塑性变形的基本方式。
非晶体材料 原子为无规则堆积，像液体一样只能以 流动方式来进行，衡量变形难易程度的参数为粘度。 在重力作用下能发生流动的为液体，可以维持自己形 状的为固体。
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第二节 单晶体的滑移
三、滑移与晶体结构的关系
滑移面 滑移发生的晶面，通常为晶体的最密排晶 面；
滑移方向 滑移滑动的方向，通常也为晶体的最密 排方向；
滑移系 一种滑移面和该面上的一个滑移方向构成 一个可以滑移的方式。
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第二节 单晶体的滑移
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第二节 单晶体的滑移
六、滑移的实质是位错的运动
说明
滑移过程，只需要位错中心 上面的两列原子（实际为两 个半原子面）向右作微量的 位移，位错中心下面的一列 原子向左作微量的位移，位 错中心便会发生一个原子间 距的右移。
通过位错运动方式的滑移，并不需要整个晶体上半部
的原子相对于其下半部一起位移，而仅需位错中心附
生运动，即以滑移方式产生塑性变形效果，需要临近
晶粒作出相应的变形。晶界两边的晶粒取向不一样，
靠单一的滑移系的动作将不能保证这种协调，要求邻
近晶粒的晶界附近区域有几个滑移系动作，加上自身
晶粒除了变形的主滑移系统外，也要有几个滑移系统
同时动作才行。所以晶粒的取向不同对滑移起到阻碍
作用，增加了滑移要工求程材的料及外应用力第六。章塑性变形
3. 应变 物体形状尺寸所发生的相对改变。
线应变 物体内部某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之 比值；
剪应变(角应变) 物体内两互相垂直的平面在变形后夹角的改变 值;
体积应变 变形后物体内任一微小单元体体积的改变同原单位体
积之比值。
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第一节 概述
二、变形宏观过程
在应力低于弹性极限σe 时，材料发生的变形为弹性
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第二节 单晶体的滑移
一、滑移概念
滑移 滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定
的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的
另一部分发生的相工对程材滑料及动应用。第六章塑性变形
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第二节 单晶体的滑移
二、滑移过程说明
在切应力的作用下，晶格发生弹性歪扭，进一步将使 晶格发生滑移； 外力去除后，原子到了新的平衡位置，晶体不能恢复 到原来的形状，保留永久的变形。 大量晶面的滑移将得到宏观变形效果，在晶体的表面 将出现滑移台阶。
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第三节 多晶体的塑性变形
二、晶界对滑移的影响
位错的塞积 一个晶粒在某一滑移系发生滑移动作， 位错发生运动，位错遇到晶界时，由于各个晶粒的位 向不同，不能直接从一个晶粒移动到另一晶粒，便塞 积起来；
加之晶界处的杂质原子也往往较多，增大其晶格畸 变，在滑移时位错运动的阻力较大，难以发生变形。 晶界的存在可以提高材料的强度。
便可以使变形完全恢工程复材。料及应用第六章塑性变形
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第一节 概述
三、塑性变形
塑性变形定义
不能恢复的永久性变形叫塑 性变形。
当应力大于弹性极限时，弹 性变形－塑性变形同时发生； 外力去除，变形不能得到完 全的恢复，有残留变形或永 久变形。
实质 在应力的作用下，材料内部原子相邻关系已经发生改变， 外力去除后，原子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。
4. 滑移的同时必然伴随有晶体的转动。
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第二节 单晶体的滑移
六、滑移的实质是位错的运动
大量的理论研究证明，滑移原来是由于滑移面上
的位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在切
应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错
从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的
滑移。