材料科学基础塑性变形

1、材料科学基础塑性变形 第六章 材料的塑性变形 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 材料科学基础塑性变形 第六章 材料的塑性变形 纳米铜的室温超塑性纳米铜的室温超塑性 材料科学基础塑性变形 6.1 金属的应力金属的应力-应变曲线应变曲线 弹性变形塑性变形断裂弹性变形塑性变形断裂 塑性指标：塑性指标： 延伸率：延伸率： =(l=(lk k-l-l0 0)/l)/l0 0* *100%100% 断面收缩率：断面收缩率： =(F=(F0 0-F-Fk k/F/F0 0) )* *100

2、%100% 6.1.1 工程应力工程应力-应变曲线应变曲线 材料科学基础塑性变形 6.1.2 真应力真应力-应变曲线应变曲线 材料科学基础塑性变形 6.2 6.2 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。 一一 滑移滑移 1 1 滑移：在切应力作用下，晶体的一滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿着一部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和晶向定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）产生相对位移，（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列且不破坏晶体内部原子排列 规律性的塑变方式。规律

3、性的塑变方式。 材料科学基础塑性变形 6.2 6.2 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 一一 滑移滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。光镜下：滑移带（无重现性）。 2 2 滑移现象滑移现象 电境下：滑移线。电境下：滑移线。 材料科学基础塑性变形 3 3 滑移的晶体学滑移的晶体学 滑移面滑移面 （密排面）（密排面） （1 1）几何要素）几何要素 滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向） 材料科学基础塑性变形 （2 2）滑移系）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系的个数滑移系的个数:(:(滑移面个数）滑移面个数）（每个面上所具有

4、的滑移方向（每个面上所具有的滑移方向 的个数）的个数） 材料科学基础塑性变形 体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格 110 111 110 111 晶格晶格 滑移面滑移面 滑移滑移 方向方向 滑移系滑移系 三种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系 材料科学基础塑性变形 滑移系数目与材料塑性的关系滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好；一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有与滑移面密排程度和滑移方向个数有 关；关； 与同时开动滑移系数目有关（与同时开动滑移系数目有关（ c c）。）。 金属的塑性变形能力：金属的塑性

5、变形能力： fcc bcc hcpfcc bcc hcp 材料科学基础塑性变形 （3 3）滑移的临界分切应力（）滑移的临界分切应力（ c c） c c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 ( (外力在滑移方向上的分解外力在滑移方向上的分解) c c s scoscos coscos ?: + =90 材料科学基础塑性变形 （3 3）滑移的临界分切应力（）滑移的临界分切应力（ c c） c c取决于金属的本性，不受取决于金属的本性，不受 ， 的影响；的影响； 或或 9090 时，时， s s ； ； c c s scoscos coscos

6、 s s的取值的取值 ， 4545 时，时， s s最小，晶体易滑移；最小，晶体易滑移； 软取向：值大；软取向：值大； 取向因子：取向因子：coscos coscos 硬取向：值小。硬取向：值小。 材料科学基础塑性变形 4 4 滑移时晶体的转动滑移时晶体的转动 （1 1）位向和晶面的变化）位向和晶面的变化 拉伸时拉伸时, ,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; ; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：几何硬化： ， 远离远离4545 ，滑移变得困难，滑移变得困难； （2 2）取向因子的变化）取向因子的变化 几何软

7、化；几何软化； ， 接近接近4545 ，滑移变得容易，滑移变得容易。 材料科学基础塑性变形 5 5 多滑移多滑移 （1 1）滑移的分类）滑移的分类 多滑移：在多个（多滑移：在多个（22）滑移系上同时或交替进行的滑移。）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移：双滑移： 单滑移：单滑移： （2 2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相 等的一组滑移系。等的一组滑移系。 材料科学基础塑性变形 6 6 交滑移交滑移 （1 1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移

8、方向进行的 滑移。滑移。 （2 2）机制）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑 移面的过程；移面的过程； 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。 材料科学基础塑性变形 7 7 滑移的表面痕迹滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带；单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带；多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。交滑移：波纹状的滑移带。 材料科学基础塑性变形 6.2 单晶体的塑性变形 二二 孪生孪生 （1 1）孪

9、生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。向的镜面对称关系。 孪生面孪生面 A1111,A2112,A31012A1111,A2112,A31012 （2 2）孪生的晶体学）孪生的晶体学 孪生方向孪生方向 A1,A2,A3A1,A2,A3 孪晶区孪晶区 材料科学基础塑性变形 材料科学基础塑性变形 二二 孪生孪生 材料科学基础塑性变形 二二 孪生孪生 （3）孪生变形的特点）孪生变形的特点 滑移滑移 孪生孪生 相同点相同点1 1 切变；切变

10、；2 2 沿一定的晶面、晶向进行；沿一定的晶面、晶向进行；3 3 不改变结构不改变结构。 不不 同同 点点 晶体位向晶体位向不改变（对抛光面观察无不改变（对抛光面观察无 重现性）重现性）。 改变，形成镜面对称关系（对抛改变，形成镜面对称关系（对抛 光面观察有重现性）光面观察有重现性） 位移量位移量 滑移方向上原子间距的整滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。数倍，较大。 小于孪生方向上的原子间距，小于孪生方向上的原子间距， 较小。较小。 对塑变的贡献对塑变的贡献很大，总变形量大。很大，总变形量大。有限，总变形量小。有限，总变形量小。 变形应力变形应力有一定的临界分切压力有一定的临界分切压力所需临

11、界分切应力远高于所需临界分切应力远高于 滑移滑移 变形条件变形条件一般先发生滑移一般先发生滑移滑移困难时发生滑移困难时发生 变形机制变形机制全位错运动的结果全位错运动的结果分位错运动的结果分位错运动的结果 材料科学基础塑性变形 6.3 6.3 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 材料科学基础塑性变形 6.3 6.3 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 1 1 晶粒之间变形的传播晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积位错在晶界塞积 应力集中应力集中 相邻晶粒位错源开动相邻晶粒位错源开动 相相 邻晶粒变形邻晶粒变形 塑变塑变 2 2 晶粒之间变形的协调性晶粒之间变形的协调性 （1 1）原因：各晶粒之间变形

12、具有非同时性。）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2 2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂）致晶体分裂） （3 3）条件：独立滑移系）条件：独立滑移系 5 5个。（保证晶粒形状的自由变个。（保证晶粒形状的自由变 化）化） 材料科学基础塑性变形 3 3 晶界对变形的阻碍作用晶界对变形的阻碍作用 （1）晶界的特点：原子排列不规则；分布）晶界的特点：原子排列不规则；分布 有大量缺陷。有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止滑移、孪生多终止 于晶界于晶界,极少穿过。极少穿过。 材料科学基础塑性变形

13、 （3 3）晶粒大小与性能的关系）晶粒大小与性能的关系 a a 晶粒越细，强度越高晶粒越细，强度越高( (细晶强化细晶强化：霍尔配奇公式：霍尔配奇公式) ) s s= = 0 0+kd+kd-1/2 -1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制）（有尺寸限制） 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出形量，表现出高塑性高塑性。 b b 晶粒越细，塑韧性提高晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易细

14、晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量过程中可吸收较多能量, ,表现表现高韧性高韧性。 材料科学基础塑性变形 6.4 6.4 合金的塑性变形合金的塑性变形 一一 固溶体的塑性变形固溶体的塑性变形 1 1 固溶体的结构固溶体的结构 2 2 固溶强化固溶强化 （1 1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬 度提高而塑性、韧性下降的现象。度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动；晶格畸变，阻碍位错运动； （2 2）强化机制）强化机制 柯氏气团强化。

15、柯氏气团强化。 柯氏气团：溶质原子聚集柯氏气团：溶质原子聚集 在位错的周围在位错的周围 材料科学基础塑性变形 （3 3）屈服和应变时效）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。在延伸阶在延伸阶 段，试样的应变是不均匀的。开始变形时会在样品表面出现与拉伸轴呈段，试样的应变是不均匀的。开始变形时会在样品表面出现与拉伸轴呈45交角交角 的应变痕，称为的应变痕，称为，应力同时下降到下屈服点。，应力同时下降到下屈服点。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象；预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象； 去载后放置一段时间或

16、去载后放置一段时间或200200加热后再加载出现屈服。加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。 材料科学基础塑性变形 （4 4）固溶强化的影响因素）固溶强化的影响因素 溶质原子含量越多，强化效果越好；溶质原子含量越多，强化效果越好； 溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好；溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好； 价电子数差越大，强化效果越好；价电子数差越大，强化效果越好； 间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。 材料科学基础塑性变形 二二 多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形 1 1

17、 结构：基体第二相。结构：基体第二相。 2 2 性能性能 （1 1）两相性能接近：按强度分数相加计算。）两相性能接近：按强度分数相加计算。 （2 2）软基体硬第二相）软基体硬第二相 第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）；第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）； a a结构结构 两相呈层片状分布（珠光体）；两相呈层片状分布（珠光体）； 第二相呈颗粒状分布（三次渗碳体）。第二相呈颗粒状分布（三次渗碳体）。 材料科学基础塑性变形 二二 多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形 2 2 性能性能 （2 2）软基体硬第二相）软基体硬第二相 位错绕过第二相粒子位错绕过第二相粒子( (粒子、位错环阻碍位错运动粒子、位

18、错环阻碍位错运动) ) b b 弥散强化弥散强化 位错切过第二相粒子（表面能、错排能、粒子阻位错切过第二相粒子（表面能、错排能、粒子阻 碍位错运动）碍位错运动） 材料科学基础塑性变形 6.5 塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响 一一 对组织结构的影响对组织结构的影响 晶粒拉长晶粒拉长; ; 1 1 形成纤维组织形成纤维组织 杂质呈细带状或链状分布。杂质呈细带状或链状分布。 材料科学基础塑性变形 一一 对组织结构的影响对组织结构的影响 2 2 形成形变织构形成形变织构 （1 1）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒

19、呈择优 取向的组织。取向的组织。 丝织构丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成）某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成） （2 2）类型）类型 板织构板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平 行于主变形方向。（轧制时形成）行于主变形方向。（轧制时形成） 材料科学基础塑性变形 一一 对组织结构的影响对组织结构的影响 2 2 形成形变织构形成形变织构 力学性能：利力学性能：利: :深冲板材变形控制深冲板材变形控制; ;弊：制耳弊：制耳。 （3 3）对性能的影响）对性能的影响 ( (各向异性，变形能不同各向异性，变形能不同) ) 物理性能物理性能:

20、 :硅钢片硅钢片100100100100织构可减少铁损。织构可减少铁损。 形变织构使金属呈现各向异形变织构使金属呈现各向异 性，在深冲零件时，易产生性，在深冲零件时，易产生 “制耳制耳”现象，使零件边缘现象，使零件边缘 不不 齐，厚薄不匀。但织构可提齐，厚薄不匀。但织构可提 高硅钢片的导磁率。高硅钢片的导磁率。 材料科学基础塑性变形 二二 对性能的影响对性能的影响 1 1 对力学性能的影响（加工硬化）对力学性能的影响（加工硬化） （1 1）加工硬化（形变强化、冷作强化）：随变形量的增）加工硬化（形变强化、冷作强化）：随变形量的增 加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。加，材料的强度、硬度

21、升高而塑韧性下降的现象。 材料科学基础塑性变形 二二 对性能的影响对性能的影响 1 1 对力学性能的影响（加工硬化）对力学性能的影响（加工硬化） 强化金属的重要途径；强化金属的重要途径； 利利 提高材料使用安全性；提高材料使用安全性； （2 2）利弊）利弊 材料加工成型的保证。材料加工成型的保证。 弊弊 变形阻力提高，动力消耗增大；变形阻力提高，动力消耗增大； 脆断危险性提高。脆断危险性提高。 材料科学基础塑性变形 二二 对性能的影响对性能的影响 2 2 对物理、化学性能的影响对物理、化学性能的影响 导电率、导磁率下降，比重、热导率下降；导电率、导磁率下降，比重、热导率下降； 结构缺陷增多，扩

22、散加快；结构缺陷增多，扩散加快； 化学活性提高，腐蚀加快。化学活性提高，腐蚀加快。 材料科学基础塑性变形 三三 残余应力（约占变形功的残余应力（约占变形功的1010） 第一类残余应力（第一类残余应力（ ）：宏观内应力，由整个物 ）：宏观内应力，由整个物 体变形不均匀引起。体变形不均匀引起。 1 1 分类分类 第二类残余应力（第二类残余应力（ ）：微观内应力，由晶粒变 ）：微观内应力，由晶粒变 形不均匀引起。形不均匀引起。 第三类残余应力（第三类残余应力（ ）：点阵畸变，由位错、空 ）：点阵畸变，由位错、空 位等引起。位等引起。80-90%80-90%。 材料科学基础塑性变形 三三 残余应力（约

23、占变形功的残余应力（约占变形功的1010） 利：预应力处理，如汽车板簧的生产。利：预应力处理，如汽车板簧的生产。 2 2 利弊利弊 弊：引起变形、开裂弊：引起变形、开裂,如黄铜弹壳的腐蚀开裂。如黄铜弹壳的腐蚀开裂。 3 3 消除：去应力退火。消除：去应力退火。 去应力退火（回复退火）：消除去应力退火（回复退火）：消除 第一、第二类内应力，保持部分第一、第二类内应力，保持部分 加工硬化。加工硬化。 再结晶退火：消除所有内应力，再结晶退火：消除所有内应力， 消除加工硬化。消除加工硬化。 材料科学基础塑性变形 第三类内应力是形变金属中的主要内应力，第三类内应力是形变金属中的主要内应力， 也是金属强化

24、的主要原因。而第一、二类内应也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应 力都使金属强度降低。力都使金属强度降低。 内应力的存在，使内应力的存在，使 金属耐蚀性下降，引金属耐蚀性下降，引 起零件加工、淬火过起零件加工、淬火过 程中的变形和开裂。程中的变形和开裂。 因此，金属在塑性因此，金属在塑性 变形后，通常要进行变形后，通常要进行 退火退火处理，以消除或处理，以消除或 降低内应力。降低内应力。 晶界位错塞积所晶界位错塞积所 引起的应力集中引起的应力集中 材料科学基础塑性变形 材料科学基础塑性变形 6.6 聚合物的变形聚合物的变形 聚合物由大分子链构成，一般都具有柔聚合物由大分子链构成，一般都具有

25、柔 性，变形时除了整个分子的相对运动外，性，变形时除了整个分子的相对运动外， 还可以实现分子不同链段之间的相对运还可以实现分子不同链段之间的相对运 动。这种运动强烈依赖于温度和时间，动。这种运动强烈依赖于温度和时间， 具有明显的松弛特性。具有明显的松弛特性。 *三个应力指标：三个应力指标：L：；y： ；b：。注意与金属材。注意与金属材 料相关参数的区别。料相关参数的区别。 材料科学基础塑性变形 6.6.1 热塑性聚合物的变形热塑性聚合物的变形 6.6.1.1 热塑性聚合物的应力热塑性聚合物的应力-应变曲线应变曲线 L， 弹性变形弹性变形 Ly， 屈服软化屈服软化 随后出现应力平台随后出现应力平

26、台 应力应力 0Ly 应变应变 b b y L 材料科学基础塑性变形 /MPa 20 40 60 80 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 4C 20C 30C 40C 50C 60C 温度对有机玻璃拉伸应力温度对有机玻璃拉伸应力-应变行为的影响应变行为的影响 温度和应变速率的影响温度和应变速率的影响 材料科学基础塑性变形 由于聚合物具有粘弹性，应力由于聚合物具有粘弹性，应力-应变行为应变行为 受温度、应变速率的影响很大。受温度、应变速率的影响很大。 一般的说，热塑性材料在玻璃化温度一般的说，热塑性材料在玻璃化温度Tg 以下只发生弹性变形，而在以下只发生弹性变形，而在Tg以上产生

27、以上产生 粘性流动。粘性流动。 应变速率过大会使聚合物自身升温。对应变速率过大会使聚合物自身升温。对 应力应力-应变行为的影响相当于改变温度。应变行为的影响相当于改变温度。 材料科学基础塑性变形 6.6.1.2 屈服与冷拉：屈服与冷拉： 聚合物与金属材料相比有以下特点：聚合物与金属材料相比有以下特点： 1 模量和强度比金属低得多，伸长率比模量和强度比金属低得多，伸长率比 金属高得多；金属高得多； 2 聚合物屈服以后会出现聚合物屈服以后会出现； 3 聚合物的屈服应力强烈依赖于温度和聚合物的屈服应力强烈依赖于温度和 应变速率。应变速率。 材料科学基础塑性变形 聚合物塑性变形与金属区别。聚合物塑性变

28、形与金属区别。 0 应变应变 应力应力 材料科学基础塑性变形 如果试样在被拉断前卸载，或者被拉断如果试样在被拉断前卸载，或者被拉断 而自动卸载，则大部分变形将保留下来，而自动卸载，则大部分变形将保留下来， 这种拉伸过程叫这种拉伸过程叫。 玻璃态聚合物冷拉后残留的变形被加热玻璃态聚合物冷拉后残留的变形被加热 到玻璃化温度到玻璃化温度Tg以上基本上能完全恢复，以上基本上能完全恢复， 这说明玻璃态聚合物冷拉变形是高弹性这说明玻璃态聚合物冷拉变形是高弹性 的，这种在外力作用下被迫产生的高弹的，这种在外力作用下被迫产生的高弹 性称为性称为。原因是原本被固定。原因是原本被固定 了的大分子链段在外力作用下发

29、生了高了的大分子链段在外力作用下发生了高 度的取向运动而形成大变形。度的取向运动而形成大变形。 材料科学基础塑性变形 强迫高弹性成因示意图强迫高弹性成因示意图 材料科学基础塑性变形 结晶性高聚物的冷拉变形往往要升温到结晶性高聚物的冷拉变形往往要升温到 熔点熔点Tm以上才能恢复。这是因为结晶性以上才能恢复。这是因为结晶性 聚合物的冷拉过程伴随有晶粒的取向、聚合物的冷拉过程伴随有晶粒的取向、 破裂和再结晶等过程。晶粒取向导致的破裂和再结晶等过程。晶粒取向导致的 硬化使缩颈能沿试样扩展而不断裂。取硬化使缩颈能沿试样扩展而不断裂。取 向改变的晶粒在熔点向改变的晶粒在熔点Tm以下是稳定的。以下是稳定的。

30、 聚合物冷拉缩颈过程的真应力聚合物冷拉缩颈过程的真应力-真应变曲真应变曲 线见图线见图6-54。 冷拉变形是制备高模量和高强度纤维的冷拉变形是制备高模量和高强度纤维的 重要工艺。重要工艺。 材料科学基础塑性变形 高聚物冷拉过程的真应力高聚物冷拉过程的真应力-真应变曲线真应变曲线 材料科学基础塑性变形 6.6.1.3 剪切带与银纹：聚合物屈服时的塑性变剪切带与银纹：聚合物屈服时的塑性变 形是以剪切滑移的方式进行的，当滑移发生在形是以剪切滑移的方式进行的，当滑移发生在 一小范围内时则形成一小范围内时则形成。图示为聚对苯二。图示为聚对苯二 甲酸乙二脂试样中的剪切带，带内的分子链取甲酸乙二脂试样中的剪

31、切带，带内的分子链取 向高度平行。向高度平行。 剪切带通常形成于剪切带通常形成于 材料的缺陷或裂缝材料的缺陷或裂缝 等应力集中区域。等应力集中区域。 孪生和马氏体转变孪生和马氏体转变 也可形成剪切带。也可形成剪切带。 材料科学基础塑性变形 某些玻璃态聚合物在拉伸时会在表面产生与某些玻璃态聚合物在拉伸时会在表面产生与 拉伸轴垂直的微细凹槽，其成因是材料在张拉伸轴垂直的微细凹槽，其成因是材料在张 应力的作用下局部屈服变形，类似于缩颈过应力的作用下局部屈服变形，类似于缩颈过 程。因它能反射光线而显得银光闪闪，故称程。因它能反射光线而显得银光闪闪，故称 为为。 银纹不同于裂纹，裂银纹不同于裂纹，裂 纹

32、的两个张开面之间纹的两个张开面之间 是空的，而银纹是由是空的，而银纹是由 高度取向的纤维束和高度取向的纤维束和 空穴组成，仍有一定空穴组成，仍有一定 的强度。的强度。 材料科学基础塑性变形 /MPa 100 50 0 10 20 /10-2 拉伸拉伸 压缩压缩 环氧树脂在室温下拉伸和压缩时的应力环氧树脂在室温下拉伸和压缩时的应力-应变曲线应变曲线 6.6.2 6.6.2 热固性塑料的变形热固性塑料的变形 材料科学基础塑性变形 热固性塑料为三维网格结构，分子移动热固性塑料为三维网格结构，分子移动 困难，拉伸时显示出脆性金属或陶瓷一困难，拉伸时显示出脆性金属或陶瓷一 样的变形特性，但在压缩时却可以

33、发生样的变形特性，但在压缩时却可以发生 大量的塑性变形。大量的塑性变形。 环氧树脂为一种强交联聚合物，其环氧树脂为一种强交联聚合物，其Tg为为 100C，在室温下呈刚硬的玻璃态，但在，在室温下呈刚硬的玻璃态，但在 压缩时容易剪切屈服并出现应变软化。压缩时容易剪切屈服并出现应变软化。 剪切屈服的过程是均匀的，试样不出现剪切屈服的过程是均匀的，试样不出现 任何局部变形现象。任何局部变形现象。 材料科学基础塑性变形 6.7 陶瓷材料的塑性变形陶瓷材料的塑性变形 陶瓷的强度高、重量轻、耐高温、耐磨损、耐陶瓷的强度高、重量轻、耐高温、耐磨损、耐 腐蚀，用途极广。但塑性和韧性都差，限制了腐蚀，用途极广。但

34、塑性和韧性都差，限制了 其应用范围。其应用范围。 6.7.1 陶瓷晶体的塑陶瓷晶体的塑 性变形：陶瓷晶体通性变形：陶瓷晶体通 常为共价键或离子键常为共价键或离子键 结构，在室温下一般结构，在室温下一般 都没有塑性，弹性变都没有塑性，弹性变 形阶段结束后立即发形阶段结束后立即发 生脆性断裂。生脆性断裂。 0 陶瓷陶瓷 金属金属 材料科学基础塑性变形 与金属材料相比，陶瓷晶体有以下特点：与金属材料相比，陶瓷晶体有以下特点： 1 弹性模量比金属大得多，常高出几倍。弹性模量比金属大得多，常高出几倍。 2 陶瓷晶体的弹性模量不仅与键结构有陶瓷晶体的弹性模量不仅与键结构有 关，而且与相结构及其分布，以及气

35、孔关，而且与相结构及其分布，以及气孔 率相关，而金属材料的弹性模量对组织率相关，而金属材料的弹性模量对组织 不敏感。不敏感。 3 陶瓷的抗压强度高于抗拉强度约一个陶瓷的抗压强度高于抗拉强度约一个 数量级，而金属的两者相当，这是由于数量级，而金属的两者相当，这是由于 陶瓷中存在裂纹的缘故。陶瓷中存在裂纹的缘故。 材料科学基础塑性变形 4 陶瓷的实际断裂强度低于理论强度约陶瓷的实际断裂强度低于理论强度约 13个数量级，其原因是生产工艺缺陷导个数量级，其原因是生产工艺缺陷导 致的微裂纹引起应力集中。致的微裂纹引起应力集中。 5 与金属材料相与金属材料相 比，陶瓷晶体具比，陶瓷晶体具 有良好的高温抗有良好的高温抗 性能，而且性能，而且 在高温下也有一在高温下也有一 定塑性。定塑性。 f 0 低温高速、低温高速、 低速加载低速加载 高温高高温高 速加载速加载 高温低高温低 速加载速加载 材料科学基础塑性变形 蠕变蠕变 creep 固体材料在保持应力固体材料在保持应力(小于弹性极限小于弹性极限)不变的情不变的情 况下，应变随时间缓慢增长的现象。金属、高况下，应变随时间缓慢增长的现象。金属、高 分子材料和岩石等在一定条件下都具有蠕变性分子材料和岩石等在一定条件下都具有蠕变性