第三章金属材料的塑性变形优秀课件

也有。
❖ 这种屈服景象还有时效效应。假设在屈服一定的塑性 变形处卸载。随后立刻再拉伸，那么屈服景象不出现。 假设卸载后在室温停留较长时间，或在较高温度留一定 时间后，再拉伸，那么曲线上屈服景象又重新出现，且 新的屈服平台高于卸载时的曲线——应变时效。
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❖ 低碳钢的屈服与时效景象可由cottrell提出的 气团概念来解释。
3.1.1 金属晶体塑性变形的机制
定义 fcc: {111} <110>; bcc: {110} {112}
滑移
{123} <111>
滑移系 hcp: {0001} 1120
定义 孪生 hcp 滑移系少，故常以孪生方式进展
fcc 低温下，高速变形条件下进展 bcc 孪生变形量是很有限的，它的作用改动晶体取
❖ 当SK一定时:
2D
0.2 W
❖ 而W随断裂时其应力SK添加而显著增大。
❖ 许多实验结果阐明,由于资料塑性缺乏而 引起的早期断裂往往和SK较低有关。
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3.4 应力形状对塑性变形的影响
❖ 3.4.1加载方式和应力形状软性系数 ❖ 3.4.2金属静拉伸力学性能——改动
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❖
在双对数坐标上,这一关系表现为不断
线,它的斜率等于n,
nd dlln n ssd d sd d sn•s
❖
ds
❖ 在S/ε一样的条件下,n↑→ ↑d , S-ε曲线
越陡,对n值较小的资料,当S/ε较大时,也可
以有较高的形变强化速率 ds/d
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向，以便启动新的滑移系统，或使难于滑移的取向 改动为易于滑移的取向。

或变形量70%以上的金属，1h保温后能够 完全再结晶的温度。
影响再结晶温度的因素 1、金属的预先变形程度 金属预先变形程度越大， 再结晶温度越低。当变
形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低
值，称最低再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度
与其熔点之间的近似关系:
T再≈0.35-0.4T熔 （绝对温度）
原子穿过 晶界扩散
晶界迁 移方向
黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片
冷变形量为38％的组织 580ºC保温3秒后的组织 580ºC保温4秒后的组织 580ºC保温8秒后的组织 580ºC保温15分后的组织 700ºC保温10分后的组织
再结晶温度
再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度 开始，在一个温度范围内连续进行的过程， 发生再结晶的最低温度称再结晶温度。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移 面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和 密排方向。
一个滑移面和 其上的一个滑 移方向构成一 个滑移系。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
滑移系
密排六方晶格
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑 性也越好。 金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
Cu-4.5Al合金晶界的 位错塞积
金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。
晶 粒 大 小 与 金 属 强 度 关 系
金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。
第二节 塑性变形对金属组织与性能的影响
一、晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性 性能各向异性。
如：纵向强度和塑 性远大于横向。

拉拔时金属应力状态
第三章金属材料的塑性变形
本章小结
锻造、轧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、挤压、冲压等都是塑性变形。这些 塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸， 更重要的是为了改善金属的组织和性能。
塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力 的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤 维组织，具有各向异性。塑性变形后的 金属加热时会 产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。
滑移特点：①滑移是在切 应力作用下完成的；②滑 移时移动的距离是原子间 距的整数倍；③滑移的同 时由于正应力组成的力偶 作用，推动晶体转动，力 图使滑移面转向与外力一 致的方向。④滑移的实质 是位错运动的结果。因此 滑移的实际临界切应力远 远大于理论临界切应力。
第三章金属材料的塑性变形
单晶体滑移变形示意图
定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激 烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结 晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形. T再T熔
※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象 晶粒长大 冷变形和热变形 金属纤维组织及其应用
第三章金属材料的塑性变形
第三章金属材料的塑性变形
单晶体和多晶体的塑性变形 金属的形变强化 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 塑性加工性能及影响因素 本章小结
第三章金属材料的塑性变形
单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 1.晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响
第三章金属材料的塑性变形
锌单晶体的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形
位错运动引起的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形

第三章 塑性变形
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3.1金属材料塑性变形机制与特点
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3.1.1 金属晶体塑性变形的机制 3.1.2 多晶体材料塑性变形特点
3.1.1 金属晶体塑性变形的机制
定义 fcc: {111} <110>; bcc: {110} {112} {123} <111> 滑移系 hcp: {0001} 定义 hcp 滑移系少，故常以孪生方式进行 fcc bcc 孪生变形量是很有限的，它的作用改变晶体取向，以便启动新的滑移系统，或使难于滑移的取向改变为易于滑移的取向。
位错运动速率与外力有强烈依存关系。
01
02
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屈服现象产生与下述三个因素有关：
冷变形金属的真应力-应变关系
颈缩条件分析
韧性的概念及静力韧度分析
3.3真应力-应变曲线及形变强化规律
当应力超过屈服强度之后，塑性变形并不像屈服平台那样连续流变下去，而需要继续增加外力才能继续进行，于是应力-应变曲线上表现为流变应力不断上升，出现了所谓形变强化现象。材料在形变强化阶段的变形规律用其应力-应变曲线（也叫流变曲线）描述。
物理屈服现象首先在低碳钢中发现，尔后在含有微量间隙溶质原子的体心立方金属，如Fe、Mo、Nb 、Ta等，以及密排六方金属，如Cd和Zn中也发现有屈服现象。
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对屈服现象的解释，早期比较公认的是溶质原子形成Cottrell气团对位错钉扎的理论。以后在共价键晶体如硅和锗，以及无位错晶体如铜晶须中也观察到物理屈服现象。
则定义二者的比值: α——软性系数, α↑→τmax↑→应力状态越软,金属易于 先产生塑性变形。 α↓→应力状态越硬→金属易于产生脆性 断裂。
测硬度时,其应力状态相当于三向不等压缩,因此,硬度试验时的加载方式属于很软的应力状态。

变形速度得到恰当配合。
主要工艺：微细晶粒超塑性、相变超塑性
小结
1.认识单晶体金属塑性变形的主要方式－滑移的主 要特点；
2.认识多晶体金属塑性变形的特点和晶界与晶粒位 向对塑性变形的影响； 3.掌握金属在塑性变形过程中，结构、组织与性能 的变化规律，加工硬化产生的原因和实际意义；
滑移的同时必然伴随着晶体的转动。
孪生
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晶面（孪生面）和晶 向（孪生方向）发生切变的变形过程。
孪生的特点
金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面
两侧形成镜面对称关系。 发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或 孪晶。
孪生带的晶格位向发
生变化，发生孪生时 各原子移动的距离是 不相等的。
一、单晶体的塑性变形
塑性变形主要方式：滑移、孪生
单晶体
弹性变形
滑移变形
孪生变形
滑移变形在晶体表面留下变形痕迹 孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹
滑移
滑移是在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑 移方向）相对于另一部分发生滑动。
滑移示意图
机械工程材料
滑移的特点
滑移与位错
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许 多晶界，变形复杂。
2、多晶体的塑性变形
多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同， 且存在许多晶界，变形复杂。
（A）晶界的影响
晶界起强化作用
（ B）晶粒位向的影响
轴向拉力F，试样横截面积A , 外力F作用在滑移面上，沿滑 移 方向的分切应力为:
晶界的影响
金属在热轧时变形和再结晶的示意图
热加工对金属组织和性能的影响⑴
①改善铸锭组织，表现在：

CHAPTER 03
塑性变形的基本规律
屈服准则
条件屈服准则
屈服准则描述了材料在受力时开始发 生屈服的条件。对于金属材料，常用 的屈服准则是Von Mises屈服准则， 它基于等效应力来判断是否达到屈服 。
物理意义
屈服准则反映了材料在复杂应力状态 下的屈服行为，对于理解塑性变形的 微观机制和预测材料的塑性流动具有 重要意义。
塑性变形
目录
• 塑性变形的定义与分类 • 塑性变形的物理本质 • 塑性变形的基本规律 • 塑性变形对材料性能的影响 • 塑性变形的主要应用领域 • 塑性变形的研究现状与展望
CHAPTER 01
塑性变形的定义与分类
塑性变形的定义
塑性变形是指金属在应力作用下发生的不可逆的形状变化。当金属受到外力作用 时，原子或分子的位置会发生相对变化，导致宏观尺度上金属的形状和尺寸发生 改变。
塑性变形的实验研
究
通过实验手段对塑性变形的过程 进行观察和测量，探究变形过程 中的应力应变行为、微观结构演 化等现象。
塑性变形的数值模
拟
随着计算机技术的不断发展，数 值模拟方法在塑性变形领域的应 用越来越广泛，能够对复杂变形 过程进行模拟和分析。
研究展望
塑性变形的本构模型
进一步完善塑性变形的本构模型，提高模型的预测精度和适用范围， 探究更复杂的应力应变行为和微观结构演化机制。
高速塑性变形和低速塑性变形 。高速塑性变形是指变形速率 非常高的塑性变形，而低速塑 性变形则是在相对较低的速率 下发生的。
单调塑性变形和循环塑性变形 。单调塑性变形是指金属在单 向或循环应力作用下发生的塑 性变形，而循环塑性变形则是 指金属在交变应力作用下的塑 性变形。
CHAPTER 02

二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
3.3 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的 变化 金属经塑性变形后，组织结构和性能发生 很大的变化。如果对变形后的金属进行加热， 金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大过程。
一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复 过程。 产生回复的温度T回复为： T回复=(0.25～0.3)T熔点 式中T熔点表示该金属的熔点, 单位为绝对温度 (K)。 由于加热温度不高, 原子扩散能力不很大, 只是 晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复 合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态， 变 形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强 度和硬度只略有降低，塑性有增高，但残余应力则大 大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应 力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。