塑性变形
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塑性变形名词解释塑性变形是指物质在受外力作用下发生不可逆的形变现象,其过程中原子或分子之间的排列和结构发生变化。
与弹性变形不同,塑性变形一旦发生,物质会永久性地保留其新的形状,无法恢复到原来的状态。
塑性变形广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
塑性变形的机制主要包括滑移、位错、扩散和相变等。
滑移是指晶格中的层状或面状结构在外力作用下沿着特定的晶面滑动,使晶体形成一种新的排列方式。
位错是晶格中原子位置的不连续和错位,是塑性变形的主要因素。
位错可以通过滑移、扩散或界面运动等方式发生移动,从而导致物质发生形变。
扩散是指物质中原子、离子或分子在固态中的移动,可以促使位错发生移动并引起塑性变形。
相变是一种物质由一个物态转变为另一个物态的过程,通过控制相变条件,可以实现塑性变形。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响。
塑性变形可以提高材料的延展性和塑性,降低其脆性和硬度,使其更适合于各种加工工艺。
塑性变形还可以改善材料的强度、硬度和韧性等机械性能,使之更适合于工程设计和制造。
此外,塑性变形还可以提高材料的导电性、导热性和耐腐蚀性等物理性质,扩大其应用领域。
塑性变形可以通过多种方式实现,包括热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等。
热变形是在高温下进行的塑性变形,利用高温使材料的形变性能得以改善。
冷变形是在室温下进行的塑性变形,适用于各种类型的材料加工。
压力变形是通过在材料表面施加压力,使材料在局部区域内发生塑性变形。
拉力变形是通过对材料施加拉力,使其在延伸方向上发生塑性变形。
总之,塑性变形是物质在外力作用下发生不可逆形变的过程,其机制包括滑移、位错、扩散和相变等。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响,可以改善材料的延展性、韧性和均匀性,使之适应不同的工程需求。
塑性变形可以通过热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等方式实现,广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
晶体在外力作用下发生变形。
当外力较小时变形是弹性的,即卸载后变形也随之消失。
这种可恢复的变形就称为弹性变形。
但是,当外加应力超过屈服极限时,卸载后变形就不能完全消失,而会留下一定的残余变形或永久变形。
这种不可恢复的变形就称为塑性变形。
本章的重点是讨论单晶体的塑性变形方式和规律,并在此基础上认识材料(包括合金)塑性变形特点及其强化机制,以便理解材料强韧化的本质和方法,合理使用,研制开发新材料。
从微观上看,单晶体塑性变形的主要方式有两种:滑移和孪生。
它们都是在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着特定的晶面和晶向发生平移。
在滑移时,这种特定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向,一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统。
从位错运动的点阵阻力(派-纳力)应最小出发,可知滑移面就是间距最大的密排面,滑移方向应是原子的最密排方向。
晶体中滑移系的多少与晶体结构有关。
由于fcc和hcp中有原子最密排面及密排方向,故有相对稳定的滑移系统,而bcc中没有原子最密排面,但有原子最密排的晶向,故它的滑移系只能由原子的次密排面与最密排的晶向组成,因而不够稳定,如低温变形时为{112},中温为{110},高温时为{123},而滑移方向总是〈111〉。
当晶体受到外力作用时,不论外力方向、大小和作用方式如何,均可将其分解成垂直于某一晶面的正应力与沿此晶面的切应力。
只有外力引起的作用于滑移面上、沿滑移方向的分切应力τ ≥ τk(滑移的临界分切应力)时,滑移过程才能开始。
孪生是冷塑性变形的另一种重要形式,常作为滑移不易进行时的补充。
在孪生时,这种特定的晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向,一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统。
晶体的孪生系统与其晶体结构类型有关。
体心立方为密排六方多为面心立方为。
孪生变形与滑移不同,孪生使一部分晶体发生了均匀切变,而滑移只集中在一些滑移面上进行;孪生后晶体变形部分的位向发生了改变,而滑移后晶体各部分位向均未改变;孪生变形的应力-应变曲线与滑移不同,会出现锯齿状的波动。
塑性变形1. 引言塑性变形是固体力学中的一个基本概念,指的是材料在超过其弹性限度后,可以继续变形而不恢复原状的能力。
塑性变形可以发生在金属、塑料、陶瓷等材料中,常见于制造、建筑和工程领域。
本文旨在介绍塑性变形的基本原理、影响因素以及常见的塑性变形工艺。
2. 塑性变形的基本原理塑性变形与材料的内部结构和原子之间的相互作用有关。
在塑性变形过程中,材料中的晶体结构发生变化,原子之间的接触位置发生滑移。
这种滑移可以改变原子之间的相互作用,从而使材料继续变形。
塑性变形的基本原理可以归纳如下:•内部滑移:在材料中存在众多晶体结构,滑移发生时,晶体结构中的原子沿滑移面移动,发生形变。
•位错运动:位错是晶体结构中的缺陷,可以像滑行带一样在晶体中移动。
位错的运动是塑性变形的基本过程。
•变形时的晶界滑移:晶界是不同晶粒之间的边界,当材料变形时,晶界也会发生滑移,使晶粒相对于彼此发生位移。
3. 影响塑性变形的因素塑性变形的程度和方式受到多种因素的影响,以下是几个重要的影响因素:3.1 物质本身的性质不同材料的塑性变形性能不同。
金属通常具有良好的塑性,可以在大变形下发生塑性变形。
而一些脆性材料如陶瓷通常只能发生很小的变形,容易发生破裂。
此外,合金、塑料等材料也具有独特的塑性变形性质。
3.2 变形速率变形速率指的是材料在单位时间内发生的变形量。
较高的变形速率往往会导致材料在塑性变形过程中发生更大的变形。
这是因为较高的变形速率会加快位错的运动和晶界的滑动,使材料更容易发生塑性变形。
3.3 温度温度对塑性变形也有很大影响。
较高的温度能够使材料中的原子更容易滑动,从而促进塑性变形的发生。
相反,较低的温度会使材料变得更加脆性,减少塑性变形的程度。
3.4 应力状态材料受到的应力状态也会影响其塑性变形。
在拉伸应力作用下,材料会发生延伸变形;而在剪切应力作用下,材料会发生屈服变形。
不同应力状态下,材料的塑性变形方式有所不同。
4. 常见的塑性变形工艺塑性变形工艺是一种通过对材料施加力来改变其形状和尺寸的方法。
一、单晶体的塑性变形1.常温或低温下单晶体塑性变形方式: 滑移 、孪生A 、滑移:在切应力作用下,晶体的一部分沿着一定的晶面(滑移面)和晶向(滑移方向)相对于另一部分产生相对位移的过程。
B 、滑移系:晶体中一个滑移面和该面上的一个滑移方向的组合。
FCC 滑移系 {111}×<110>共有4×3=12个滑移系 BCC 滑移系可能出现的滑移面有{110}、{112}、{123} 滑移方向为<111>,如果三组滑移面都能启动,则潜在的滑移系数目为:48}123{124}112{112}110{26=⨯+⨯+⨯ 滑移面滑移方向滑移系{110}><111{211}><111{321}><111HCP 滑移系滑移面滑移方向滑移系{0001}><02111×3=3C 、滑移的临界分切应力(s τ)对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向的分切应力τ 临界分切应力:引起晶体滑移所需要的最小分切应力s τϕλσϕλϕλτcos cos cos cos cos /cos ===AFA Fϕλστcos cos s s =取向因子或schmid 因子——ϕλcos cos()λλλϕλ2sin 2/1)90cos(cos cos cos =︒-=软取向:晶体中有些滑移系与外力的取向λ接近45º角,取向因子最大在较小的sσ作用下τ。
通常是软取向的滑移系首先滑移。
即可达到临界分切应力sσ值才能滑移,称为硬硬取向:晶体中有些滑移系与外力取向偏离45º很远,需要较大的s取向。
D、滑移时晶体的转动正应力分量会造成晶体的转动,转动的结果:拉伸时: 滑移面趋向于与力轴平行; 滑移方向趋向于与最大切应力方向一致。
压缩时: 晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
拉伸时:不仅滑移面在转动,而且滑移方向也改变位向。
孪生:在切应力作用下,晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)相对于另一部分发生均匀切变的过程。