第四章材料讲义的塑性变形
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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。
第四章金属的塑性变形与回复再结晶第一节金属的塑性变形金属的一项重要特性是具有塑性,能够在外力作用下进行塑性变形。
外力除去后,永久残留的变形,称为塑性变形。
塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种,最常见的是滑移。
下面我们就讨论:一、光学金相显微镜下滑移带、变形孪晶与退火孪晶的特征滑移:所谓滑移即在切应力作用下晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生滑动。
所沿晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。
1.滑移带经表面抛光的金属单晶体或晶粒粗大的多晶体试样,在拉伸(或压缩)塑性变形后放在光学显微镜下观察,在抛光的晶体表面上可见到许多互相平行的线条,称为滑移带,如图4一1所示。
a黄铜的滑移带600⨯b 纯铁的滑移带 400⨯图4-1 滑移带的光学显微形貌由图可见,纯铁的滑移带特征与黄铜的略有不同,往往呈波纹状。
这主要由于纯铁本身层错能较高,其扩展位错容易束集,加之体心立方晶体可进行滑移的晶面多,因而产生大量交滑移的缘故。
如果用电子显微镜作高倍观察,会发现每条滑移带(光学显微镜下的每根线条)是由许多密集在一起的滑移线群所组成。
实际上,每条滑移线表示晶体表面上因滑移而产生的一个小台阶,而滑移带是小台阶累积的大台阶。
正因为晶体表面有这些台阶的出现才显示出上述的微观形貌。
如果将这些小台阶磨掉,即使重新抛光并浸蚀也看不出滑移带,因为滑移面两侧的晶体位向不随滑移而改变,故只能借助晶体表面出现的小台阶来观察。
1.变形孪晶孪生通常是晶体难以进行滑移时而发生的另一种塑性变形方式。
以孪生方式形变的结果将产生孪晶组织,在面心立方晶体中一般难以见到变形孪晶,而在密排六方晶体中比较容易见到。
因为密排六方晶体的滑移系少,塑性变形经常以孪生方式进行。
图4一2a为锌的变形孪晶,其形貌特征为薄透镜状。
纯铁在低温下受到冲击时也容易产生变形孪晶,其形貌如图4一2b所示,在这种条件下萌生孪晶并长大的速度大大超过了滑移速度。
a 锌的变形孪晶100⨯b 铁的变形孪晶 100⨯图4—2 变形孪晶光学显微形貌如果将变形孪晶试样重新磨制、抛光、浸蚀,是否如同滑移带那样也会消失呢?并不是这样的。
第四章金属的塑性变形与再结晶铸态组织具有晶粒粗大且不均匀、组织不致密及成分偏析等缺陷,需要经压力加工再使用。
金属的压力加工,就是通过使金属产生一定的塑性变形获得制件。
压力加工不仅改变其外形尺寸,且使内部的组织和性能发生改变。
因此研究金属塑性变形以及变形后材料的组织结构的变化规律,对于深入了解金属材料各项力学性能指标的本质,充分发挥材料强度的潜力,正确制定和改进金属压力加工的工艺,提高产品的质量以及合理使用材料等都具有重要意义。
第一节金属的塑性变形[教学目的] 理解单晶体的塑性变形,掌握多晶体的塑性变形。
[教学重点] 多晶体的塑性变形。
[教学难点] 多晶体的塑性变形。
[教学方法] 讲授。
[教学内容]所有变形中,塑性变形对组织和性能的影响最大。
为认识塑性变形的规律,首先研究单晶体的塑性变形。
一单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生方式进行。
1 滑移切应力作用下,晶体的一部分沿着一定晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动,称为滑移。
外力在一定的晶面分解为垂直于晶面的正应力σN和平行于晶面的切应力τN。
σN引发弹性变形和脆性断裂,断口呈金属光泽;τN引发弹性变形、弹塑性变形和韧性断裂,断口灰暗无光泽。
滑移变形的5个要点:1)滑移只能在切应力作用下发生;2)滑移主要发生在原子排列最紧密或较紧密的晶面上,并沿着这些晶面上原子排列最紧密的方向进行。
(原因:最密排晶面之间的距离最远;最密排晶面上原子与邻近原子之间的阻力最小)3)滑移必然伴随着晶体的转动(正应力引起)。
4)滑移是滑移面上的位错运动造成的。
位错运动所需切应力远远小于刚性的整体滑移所需的切应力。
如铜刚性滑移要1540MPa,实际只有1MPa。
二多晶体的塑性变形1 晶界与晶粒位向的影响①晶界竹节现象多晶体金属中,晶界原子的排列不规则,局部晶格畸变严重,且易产生杂质原子和空位等缺陷的偏聚。
位错运动到晶界附近时容易受到晶界的阻碍。
第四章塑性变形(含答案)第四章塑性变形(含答案)第四章塑性变形(含答案)一、填空题(在空白处填上上恰当的内容)1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________,若晶体中这种晶面与晶向越多,则金属的塑性变形能力越________。
答案:位移面、位移方向、不好(弱)2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关,还与变形度有关,这种变形度越大,则再结晶温度越________。
答案:熔点、高3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。
答案:滑移4、由于________和________的影响,多晶体存有比单晶体更高的塑性变形抗力。
答案:晶界、晶粒位向(晶粒取向各异)5、生产中消解加工硬化的方法就是________。
答案:再结晶退火6、在生产实践中,经热变形的金属展开再结晶淬火后稳步增高温度可以出现________现象。
答案:晶粒长大7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力,其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。
答案:第三类(逊于微观)8、纯铜经几次冷拔后,若继续冷拔会容易断裂,为便于继续拉拔必须进行________。
答案:再结晶淬火9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消,因而热加工带来的强化效果不显著。
答案:加工硬化10、纯铜的熔点是1083℃,根据再结晶温度的计算方法,它的最低再结晶温度是________。
答案:269℃11、常温下,金属单晶体塑性变形方式存有________和________两种。
答案:滑移、孪生12、金属产生加工硬化后可以并使强度________,硬度________;塑性________,韧性________。
答案:提升、提升、减少、减少13、为了合理地利用纤维组织,正应力应________纤维方向,切应力应________纤维方向。
答案:平行(于)、垂直(于)14、金属单晶体塑性变形存有________和________两种相同形式。