第一章_材料在静拉伸载荷下的力学性能2(塑性变形)ppt课件.ppt

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1、1.3金属材料的塑性变形塑性变形方式金属材料中常见的塑性变形方式为滑移和孪生,滑移是金属材料在切应力作用下,沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。通常，滑移面是原子最密排的晶面，而滑移方向是原子最密排的方向。滑移面＋滑移方向=滑移系滑移系越多,塑性↑10/1/20211中原工学院但滑移系的数目不是决定金属塑性的唯一因素。例如，fcc金属(如Cu、Al)的滑移系虽然比bcc金属(如a-Fe)的少，但因前者晶格阻力低，位错容易运动,位错不容易塞集，故塑性优于后者，屈服强度也较低。孪晶是金属材料在切应力作用下的另一种塑性变形方式,孪晶变形可以调整滑移面

2、的方向,使新的滑移系开动,间接对塑性变形有贡献。10/1/20212中原工学院fcc、bcc和hcp三类金属材料都能以孪生方式产生塑性变形，但fcc金属只在很低的温度下才能产生孪生变形。bcc金属在冲击载荷或低温下也常发生孪生变形。hcp金属及其合金滑移系少，并且在c轴方向没有滑移矢量，因而更易产生孪生变形。孪生变形也是沿特定晶面和特定晶向进行的。10/1/20213中原工学院多晶体金属塑性变形特点多晶体金属中，每一晶粒滑移变形的规律与单晶体金属相同。但由于多晶体金属存在着晶界，各晶粒的取向也不相同，因而其塑性变形具有如下一些特点。1.各晶粒

3、变形的不同时性和不均匀性2.各晶粒变形的相互协调性10/1/20214中原工学院屈服现象外力不增加，或者下降，试样继续伸长的现象。非均匀塑性变形吕德斯带布满试样时，屈服结束，进入均匀塑性变形阶段。钢板冷冲压之前进行预先冷变形（1－2％），防止褶皱。10/1/20215中原工学院屈服现象的本质材料的塑性应变速率与材料中的可动位错密度，位错运动速度和位错柏氏矢量的关系为在有明显屈服点的材料中(含有微量间隙溶质原子的体心立方金属，如Fe、Mo，Nb、Ta等),由于溶质原子对位错的钉扎作用，可动位错密度较小，在塑性变形开始时，可动位错必须以较高速度运

4、动，才能适应试验机夹头运动（一定）的要求。10/1/20216中原工学院但位错运动速度决定于其所受外力的大小，即为作用于滑移面上的切应力；为位错以单位速度运动时所需的切应力；m为位错运动速率的应力敏感性指数，表明位错速度对切应力大小的依赖程度。10/1/20217中原工学院因此，欲提高位错运动速度，就需要较高的应力。塑性变形一旦开始，位错便大量增殖，使位错密度迅速增加，从而使相应降低和所需应力下降。这就是屈服开始时观察到的上屈服点及屈服降落。锯齿的产生：位错相互作用，使可动位错密度下降－－开动－－下降－－－开动－－10/1/20218中原工学

5、院位错速度的应力敏感性m也是一个重要因素，m值越小，为使位错运动速度变化所需的应力变化越大，屈服现象就越明显，反之亦然。如体心立方金属，m<20，而面心立方金属m>100，因此，前者屈服现象明显。10/1/20219中原工学院屈服标准σS定义:材料开始塑性变形的应力。根据使用场合不同，工程上常用的屈服标准有三种：(1)比例极限：  应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力，国际上常采用σp表示，超过σp时即认为材料开始屈服。σS≥σP规定非比例伸长应力，规定残余伸长应力屈服强度σS10/1/202110中原工学院(2)弹性极限：  试样加载后再

6、卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。以σe表示（σ0.01）。应力超过σe时即认为材料开始屈服。σe≥σP(3)屈服强度： 通常以规定发生一定的残留变形为标准，如常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度，符号为σ0.2。(注意与规定弹性极限的区别，屈服点明显与不明显的区别)10/1/202111中原工学院影响屈服强度的内在因素（5条）从位错理论来看，无论是内在因素还是外在因素，之所以影响屈服强度，都和它们阻碍位错运动的情况有关。（1）金属本性及晶格类型：合金中的位错主要分布于基体相内，位错运动阻力首先来自于基体相

7、。临界切应力和弹性模量G有关,G值越高其临界切应力越大。过渡族金属Fe、Ni等，G较高，其临界切应力也高，因而屈服强度也高。10/1/202112中原工学院临界切应力还与晶体类型有关。金属滑移方向的原子间距b(柏氏矢量)越大，临界切应力越大。如面心立方金属Cu、Al和六方金属Mg、Zn等b小，而体心立方金属α－Fe、Cr等b大，因此，α－Fe、Cr等的屈服强度都较Cu、Al、Zn、Mg高。以α—Fe为基的钢的屈服强度也比奥氏体钢的屈服强度高。10/1/202113中原工学院根据多晶体的塑性变形滑移机构，位错运动时需要克服晶界的阻力，因而晶粒大

8、小会影响屈服强度。位错在基体金属中的运动阻力或叫摩擦阻力，主要决定于晶体结构（弹性模量和b）和位错密度决定于晶体结构的常数晶粒直径此乃著名的霍尔－派奇公式（2）晶粒