金属塑性加工技术 4-金属塑性变形力学解析方法
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金属材料的塑性变形行为及其动力学机理金属材料是人类历史上最重要的材料之一,其广泛应用于工业和日常生活中。
金属材料的主要特点是良好的导电性、导热性和机械性能,如强度、韧性、延展性等。
其中,金属材料的塑性变形行为及其动力学机理是研究金属材料力学性质的重要方面。
一、塑性变形行为的概念与表现形式金属材料在受到外部力的作用下,会出现形变现象,这种形变称为塑性变形。
塑性变形是金属材料力学性质的重要表现形式,它是由原子、离子或分子的有序结构在力的作用下发生的有序形变过程。
塑性变形的表现形式可分为弹塑性和纯塑性两类。
弹塑性是指金属材料在受到外部力的作用下,表现出一定的弹性变形和一定的塑性变形,弹性变形在外力消失时能够恢复原状。
纯塑性是指金属材料在受到外部力的作用下,表现出完全的塑性变形,一旦停止外力作用,塑性变形就不可逆转。
二、金属材料塑性变形的动力学机理金属材料塑性变形的动力学机理主要包括滑移和剪切。
滑移是指晶格内部原子、离子或分子在外部应力作用下,在一定的晶格面和方向上沿晶格平面错开,使得整个晶体沿应力方向发生了塑性形变。
可以把滑移想象成晶格平面的滑动,其中滑动较容易发生的是(111)面和(100)面。
滑移不仅适用于单晶材料,也适用于多晶和多晶固溶体材料。
剪切是指在晶体中沿着一个晶面剪切另一个晶面而引起塑性形变。
剪切主要涉及到晶界和变形区的相互作用,其中晶界可以作为剪切面。
剪切的能量消耗要比滑移大得多,但是它对温度敏感性比滑移小,容易引起大规模位错滞后和晶界移动。
在金属材料中,滑移和剪切是相互竞争的,它们的作用对金属的塑性变形和强度产生了重要影响。
三、金属材料塑性变形的调节和增强方法金属材料塑性变形的调节和增强主要包括合金化、微结构控制和纳米加工等方法。
合金化是一种有效的方法,可以通过合理选择合金元素来控制晶体结构和化学成分,从而调控金属材料的塑性变形。
例如,添加易形变的合金元素可以促进位错堆积,增加位错密度和位错强度,从而提高金属材料的塑性变形。
第四章金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 4.1 金属及合金的塑性变形 4.2 冷变形金属的回复与再结晶jinshuxue,yejin4.1 金属及合金的塑性变形金属的变形(弹性变形,塑性变形) 影响因素:材料成分、结构、组织引起组织、结构和性能的变化jinshuxue,yejin4.1.1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形塑性变形类型:滑移、孪生,滑移最为重要。
单晶体的滑移单晶体受力,外力在晶体的某一晶面上可以分解为正应力和切应力。
正应力只引起弹性变形或者解离断裂(脆断)。
切应力引起塑性变形。
在切应力的作用下,晶体的两部分沿着一定的晶面(滑移面)和晶向(滑移方向)发生相对切动,称之为滑移滑移。
滑移jinshuxue,yejin晶体滑移的机理晶体沿一定的晶面滑移,不是整体的刚性移动。
晶体沿一定的晶面滑移,不是整体的刚性移动。
jinshuxue,yejin塑性变形是位错的运动结果jinshuxue,yejin滑移系晶体的滑移通常只在某些特定的晶面和晶向上进行。
滑移最易沿着原子密度最大的晶面和晶向进行。
滑移最易沿着原子密度最大的晶面和晶向进行。
原子密度最大的晶面,面间距最大,原子间的结合力最小,滑移阻力最小;原子密度最大的晶向,原子由一个平衡位置滑移到另一个平衡位置的距离最短,滑移阻力小,所需的切应力也小。
由一个滑移面和该面上的一个滑移方向所构成的滑移系统,由一个滑移面和该面上的一个滑移方向所构成的滑移系统,称为滑移系。
jinshuxue,yejin一个滑移系包括滑移面(hkl)与一个滑移方向[uvw]。
一种晶体中存在多个滑移系,这是因为晶体的一个晶面族可能有多个晶面,在一个晶面中还会有多个等同的晶向。
jinshuxue,yejin滑移系与金属的塑性密切相关。
通常,滑移系越多,金属的塑性越好。
因而Cu、Al(fcc)和α-Fe(bcc)的塑性比Mg、Zn(hcp) 的塑性要好。
滑移面与滑移方向,滑移方向的作用更大,因此fcc的Cu、Al要比bcc的α-Fe的塑性好。