材料塑性变形-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
课件塑性加工原理塑性与变形总课件参考.ppt
1．镦粗时组合件的变形特点 2．基本应力的分布特点 3．第一类附加应力的分布特点
*
上课课件
3. 4. 2 平辊轧制时金属的应力及变形特点
1．基本应力特点 2．变形区内金属质点流动特点 3．平辊轧制时，第一类附加应力的分布特点
*
上课课件
3. 4. 3 棒材挤压时的应力及变形特点
1．棒材挤压时的基本应力状态 2 ．棒材挤压时的金属流动规律 3 ．棒材挤压时的附加应力
变形程度ε
应力σ
σsb
σsn
图3-25 拉伸时真应力与变形程度的关系 1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线 2）有缺口样拉伸的真应力曲线
*
上课课件
3. 3. 4 残余应力
1．残余应力的来源 2．变形条件对残余应力的影响 3．残余应力所引起的后果 4．减小或消除残余应力的措施 5．研究残余应力的主要方法
*
上课课件
2．最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即： = k 3．摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为： =m·k 式中，m为摩擦因子
第3章 金属塑性加工的宏观规律
§3. 1 塑性流动规律（最小阻力定律） §3. 2 影响金属塑性流动和变形的因素 §3. 3 不均匀变形、附加应力和残余应力 §3. 4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点 §3. 5 塑性加工过程的断裂与可加工性
*
上课课件
§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
上课课件
3. 2. 2 变形区的几何因素的影响
变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。
材料的力学性能课件10_塑性变形
材料的力学性能
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
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
金属材料的塑性变形与再结晶课件
ONE
KEEP VIEW
金属材料的塑性变形 与再结晶课件
目 录
• 金属材料的塑性变形 • 金属材料的再结晶 • 金属材料塑性变形与再结晶的应用 • 金属材料塑性变形与再结晶的实验研究方法 • 金属材料塑性变形与再结晶的理论模型
PART 01
金属材料的塑性变形
塑性变形的基本概念
塑性变形
金属材料在受到外力作用时发生的不可逆的形状变化。
END
THANKS
感谢观看
KEEP VIEW
再结晶的定义
再结晶是指在金属加工过程中，由于温度变化或外力作用，使得 金属内部发生晶格重构的过程。
再结晶的基本类型
包括静态再结晶、动态再结晶等，不同类型的再结晶过程对金属的 性能有不同的影响。
再结晶过程的驱动力
理论模型能够解释再结晶过程的驱动力，从而预测再结晶发生的条 件和过程，指导金属的加工和热处理过程。
石油化工设备如压力容器、管道等需 要承受高压和腐蚀介质，因此需要使 用经过塑性变形和再结晶处理的金属 材料。
航空航天
飞机和火箭等航空航天器的制造过程 中，需要使用经过塑性变形和再结晶 处理的金属材料，以确保其轻量化和 高强度。
金属材料塑性变形与再结晶的发展趋势
新材料的研发
随着科技的发展，新型金属材料 不断涌现，如高强度轻质合金、 纳米材料等，为金属材料的塑性 变形和再结晶提供了更多可能性。
实验原理
基于金属材料的物理和化学性质，利用各种实验手段观察和分析 金属材料在塑性变形和再结晶过程中的行为。
实验步骤
选择合适的金属材料，进行塑性变形和再结晶实验，收集实验数 据，进行结果分析和解释。
金属材料塑性变形的实验研究方法
拉伸实验 通过拉伸实验可以测量金属材料的屈服强度、抗拉强度和 延伸率等力学性能指标，同时观察金属材料在拉伸过程中 的变形行为。
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金属材料的塑性变形 与再结晶课件
目 录
• 金属材料的塑性变形 • 金属材料的再结晶 • 金属材料塑性变形与再结晶的应用 • 金属材料塑性变形与再结晶的实验研究方法 • 金属材料塑性变形与再结晶的理论模型
PART 01
金属材料的塑性变形
塑性变形的基本概念
塑性变形
金属材料在受到外力作用时发生的不可逆的形状变化。
END
THANKS
感谢观看
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再结晶的定义
再结晶是指在金属加工过程中，由于温度变化或外力作用，使得 金属内部发生晶格重构的过程。
再结晶的基本类型
包括静态再结晶、动态再结晶等，不同类型的再结晶过程对金属的 性能有不同的影响。
再结晶过程的驱动力
理论模型能够解释再结晶过程的驱动力，从而预测再结晶发生的条 件和过程，指导金属的加工和热处理过程。
石油化工设备如压力容器、管道等需 要承受高压和腐蚀介质，因此需要使 用经过塑性变形和再结晶处理的金属 材料。
航空航天
飞机和火箭等航空航天器的制造过程 中，需要使用经过塑性变形和再结晶 处理的金属材料，以确保其轻量化和 高强度。
金属材料塑性变形与再结晶的发展趋势
新材料的研发
随着科技的发展，新型金属材料 不断涌现，如高强度轻质合金、 纳米材料等，为金属材料的塑性 变形和再结晶提供了更多可能性。
实验原理
基于金属材料的物理和化学性质，利用各种实验手段观察和分析 金属材料在塑性变形和再结晶过程中的行为。
实验步骤
选择合适的金属材料，进行塑性变形和再结晶实验，收集实验数 据，进行结果分析和解释。
金属材料塑性变形的实验研究方法
拉伸实验 通过拉伸实验可以测量金属材料的屈服强度、抗拉强度和 延伸率等力学性能指标，同时观察金属材料在拉伸过程中 的变形行为。
《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）。
材料的塑性变形机理 ppt课件
4
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
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
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。
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）
材料科学基础——塑性变形PPT课件
沿晶断裂
断裂 （fracture）
a
b
c
d
内容回顾
碳 钢 标 准 试 样
应力-应变曲线
冲击功Ak 冲击韧性ak
工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵 抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消 耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。
而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料 的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为 kJ/m2或J/cm2。
试件在弹性极限(Elastic limit)范围内的变 形将完全恢复到原来的形状。
Pe
e
弹性变形 6.1.1
Elastic deformation
对超过弹性极限载荷的金属金属试件卸载，
卸载曲线近似于弹性曲线。
P
Pe
e
弹性变形
弹性变形
Elastic deformation
(Elastic deformation)
断裂 （fracture）
实际中，部件断裂时，所承受的外力往往远低于材 料的屈服强度或弹性极限。 即使是“塑性”材料，断裂前也没有明显的塑性变 形。
断裂 （fracture）
微孔聚集型断裂 （塑性）
断裂 （fracture）
微孔聚集型断裂——夹杂物、第二相粒子的作用
断裂 （fracture）
解理断裂（脆性）
以极快速率沿一定晶体学平面，产生的穿晶断裂。 解理面一般是指低指数晶面或表面能量低的晶面。 fcc金属一般不发生解理断裂。 解理断裂总是脆性断裂。
滞弹性
现象：弹性范围 内加载或去载， 非瞬时达到，通 过一种驰豫过程 来完成。
弹性变形 6.1.1
Elastic deformation
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20
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用 （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 穿过。
21
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用
（3）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制）
14
第二节 单晶体的塑性变形
7 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
15
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。 孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012} （ 2 ） 孪 生 的 晶 体 学 孪 生 方 向 A1<112>,A2<111>,A3<1011> 孪晶区
改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）
不 同 点
位移量
对塑变的贡献 变形应力 变形条件
小于孪生方向上的原子间距， 较小。 有限，总变形量小。 所需临界分切应力远高于 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
18
第三节 多晶体的塑性变形
19
第三节 多晶体的塑性变形
1 晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积 应力集中 相邻晶粒位错源开动 相邻晶 粒变形 塑变 2 晶粒之间变形的协调性 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变 化）
8
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学
（2）滑移系
滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（c）。
9
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
16
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生
17
第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生
（3）孪生变形的特点
滑移
孪生
相同点
晶体位向
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。 很大，总变形量大。 有一定的临界分切压力 一般先发生滑移
11
第二节 单晶体的塑性变形
4 滑移时晶体的转动 （1）位向和晶面的变化
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。
向因子的变化
几何硬化： ， 远离 45 ，滑移变得困难 ；（ 2 ）取 几何软化；，接近45，滑移变得容易。
12
第二节 单晶体的塑性变形
晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。
22
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （ 1 ）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬 度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动； （2）强化机制 柯氏气团强化。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
4
第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。 2 滑移的表象学 电境下：滑移线。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
5 多滑移
（1）滑移的分类 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移： 单滑移： （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等 的一组滑移系。
2h
13
第二节 单晶体的塑性变形
6 交滑移
（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 滑移。 （2）机制 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 移面的过程； 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。
第八章 材料的塑性变形
纳米铜的室温超塑性
1
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一 节 金 属 变 形 概 述
5
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 滑移面 （密排面） （1）几何要素 滑移方向（密排方向）
6
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学
（2）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向 的个数）
7
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第一节 金属变形概述
弹性变形： 变形可逆； 应力应变呈 线性关系。 弹性模量： 原子间结合 力的反映和 度量。
3
第二节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。 一 滑移
1 滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列 规律性的塑变方式。
(外力在滑移方向上的分解)
c＝scoscos
10
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
c＝scoscos s的取值
，＝45时，s最小，晶体易滑移；
软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用 （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 穿过。
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第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用
（3）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制）
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第二节 单晶体的塑性变形
7 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。
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第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。 孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012} （ 2 ） 孪 生 的 晶 体 学 孪 生 方 向 A1<112>,A2<111>,A3<1011> 孪晶区
改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）
不 同 点
位移量
对塑变的贡献 变形应力 变形条件
小于孪生方向上的原子间距， 较小。 有限，总变形量小。 所需临界分切应力远高于 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
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第三节 多晶体的塑性变形
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第三节 多晶体的塑性变形
1 晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积 应力集中 相邻晶粒位错源开动 相邻晶 粒变形 塑变 2 晶粒之间变形的协调性 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变 化）
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第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学
（2）滑移系
滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（c）。
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第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
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第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生
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第二节 单晶体的塑性变形
二 孪生
（3）孪生变形的特点
滑移
孪生
相同点
晶体位向
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。 很大，总变形量大。 有一定的临界分切压力 一般先发生滑移
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第二节 单晶体的塑性变形
4 滑移时晶体的转动 （1）位向和晶面的变化
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。
向因子的变化
几何硬化： ， 远离 45 ，滑移变得困难 ；（ 2 ）取 几何软化；，接近45，滑移变得容易。
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第二节 单晶体的塑性变形
晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。
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第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （ 1 ）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬 度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动； （2）强化机制 柯氏气团强化。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
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第二节 单晶体的塑性变形
一 滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。 2 滑移的表象学 电境下：滑移线。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
5 多滑移
（1）滑移的分类 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移： 单滑移： （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等 的一组滑移系。
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第二节 单晶体的塑性变形
6 交滑移
（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 滑移。 （2）机制 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 移面的过程； 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。
第八章 材料的塑性变形
纳米铜的室温超塑性
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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一 节 金 属 变 形 概 述
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第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 滑移面 （密排面） （1）几何要素 滑移方向（密排方向）
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第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学
（2）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向 的个数）
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Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
第一节 金属变形概述
弹性变形： 变形可逆； 应力应变呈 线性关系。 弹性模量： 原子间结合 力的反映和 度量。
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第二节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。 一 滑移
1 滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列 规律性的塑变方式。
(外力在滑移方向上的分解)
c＝scoscos
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第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
c＝scoscos s的取值
，＝45时，s最小，晶体易滑移；
软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。