金属材料塑性变形机制与特点ppt课件

1、docin/sundae_meng3.1.1 金属晶体塑性变形的机制金属晶体塑性变形的机制 3.1.2 多晶体资料塑性变形特多晶体资料塑性变形特点点docin/sundae_meng3.1.1 金属晶体塑性变形的机制 定义定义 fcc: 111 ; bcc: 110 112 123 滑移系滑移系 hcp: 0001 定义定义 hcp 滑移系少，故常以孪生方式进展滑移系少，故常以孪生方式进展 fcc bcc 孪生变形量是很有限的，它的作用改动晶体取孪生变形量是很有限的，它的作用改动晶体取向，以便启动新的滑移系统，或使难于滑移的取向向，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。

2、改动为易于滑移的取向。0211滑移滑移孪生孪生低温下，高速变形条件下进展低温下，高速变形条件下进展docin/sundae_mengv各晶粒塑变的不同时性和不均匀性各晶粒塑变的不同时性和不均匀性v各晶粒塑变的相互制约与协调各晶粒塑变的相互制约与协调docin/sundae_meng3.2.1 物理屈服景象物理屈服景象3.2.2 屈服景象的本质屈服景象的本质docin/sundae_mengv 像低碳钢这类资料，从弹性变形阶段同塑像低碳钢这类资料，从弹性变形阶段同塑性变形阶段过度十清楚显。表如今应力添加到性变形阶段过度十清楚显。表如今应力添加到一定数值时忽然下降，随后，在应力不添加或一定数值时忽

3、然下降，随后，在应力不添加或应力在一微小范围内动摇的情况下，变形继续应力在一微小范围内动摇的情况下，变形继续增大，这便是屈服景象。增大，这便是屈服景象。v 它标志着资料的力学呼应由弹性变形阶段进它标志着资料的力学呼应由弹性变形阶段进入塑性变形阶段，这一变化属于质的变化，有入塑性变形阶段，这一变化属于质的变化，有特定的物理含义，因此称为物理屈服景象。特定的物理含义，因此称为物理屈服景象。docin/sundae_mengv 屈服间段的变形是不均匀的，从上屈服点下降到屈服间段的变形是不均匀的，从上屈服点下降到下屈服点时，在试样部分区域开场构成与拉伸轴成下屈服点时，在试样部分区域开场构成与拉伸轴成4

4、5度度的皱纹形带状变形区域的皱纹形带状变形区域luders带，然后沿试样长度带，然后沿试样长度方向逐渐扩展，当方向逐渐扩展，当luders带布满整个试样长度时，屈服带布满整个试样长度时，屈服伸长终了。试样进入均匀塑性变形阶段，屈服景象不仅伸长终了。试样进入均匀塑性变形阶段，屈服景象不仅在退火、正火、调质的中低碳钢中有，在铜及其合金中在退火、正火、调质的中低碳钢中有，在铜及其合金中也有。也有。v 这种屈服景象还有时效效应。假设在屈服一定的塑性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。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

5、温停留较长时间，或在较高温度留一定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新的屈服平台高于卸载时的曲线应变时效。应变时效。docin/sundae_mengv 低碳钢的屈服与时效景象可由低碳钢的屈服与时效景象可由cottrell提出的提出的气团概念来解释。气团概念来解释。 v v 退火低碳钢的屈服过程，如图退火低碳钢的屈服过程，如图31所示，属于所示，属于物理屈服的典型情况。塑性变形在试样中的迅速物理屈服的典型情况。塑性变形在试样中的迅速传播开场于传播开场于A点，

6、伴随着明显的载荷降落，由点，伴随着明显的载荷降落，由A陡降到陡降到B。与屈服传播相对应的应力应变曲线。与屈服传播相对应的应力应变曲线为为BC，成一平台，或成锯齿状，至，成一平台，或成锯齿状，至C点屈服过程点屈服过程终了，并由此进入形变强化阶段。与最高屈服应终了，并由此进入形变强化阶段。与最高屈服应力相对应的力相对应的A点称为上屈服点，屈服平台点称为上屈服点，屈服平台BC对应对应的力称为下屈服点，的力称为下屈服点，BC段长度对应的应变量称段长度对应的应变量称为屈服应变。为屈服应变。docin/sundae_mengdocin/sundae_mengv物理屈服景象首先在低碳钢中发现，尔后在含有物理

7、屈服景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，如微量间隙溶质原子的体心立方金属，如FeFe、MoMo、Nb Nb 、TaTa等，以及密排六方金属，如等，以及密排六方金属，如CdCd和和ZnZn中也中也发现有屈服景象。发现有屈服景象。v对屈服景象的解释，早期比较公认的是溶质原子对屈服景象的解释，早期比较公认的是溶质原子构成构成CottrellCottrell气团对位错钉扎的实际。以后在共气团对位错钉扎的实际。以后在共价键晶体如硅和锗，以及无位错晶体如铜晶须中价键晶体如硅和锗，以及无位错晶体如铜晶须中也察看到物理屈服景象。也察看到物理屈服景象。v这些现实阐明，晶体资料的屈服

8、是带有一定普遍这些现实阐明，晶体资料的屈服是带有一定普遍性的景象，对屈服的了解也比当初复杂一些。性的景象，对屈服的了解也比当初复杂一些。docin/sundae_mengv其中其中 资料的塑性应变速率资料的塑性应变速率v b 柏氏矢量柏氏矢量v 可动位错密度可动位错密度v 位错运动速度位错运动速度v位错运动速度，又决议于它所接受的应力位错运动速度，又决议于它所接受的应力。v v m 资料本身的应力敏感系数。资料本身的应力敏感系数。v o使位错得到单位运动速度所需的应力。使位错得到单位运动速度所需的应力。bm)(0docin/sundae_meng资料在变形前可动位错密度很小或虽有大资料在变形前

9、可动位错密度很小或虽有大量位错但被钉扎住量位错但被钉扎住;随塑性变形发生，位错能快速增殖随塑性变形发生，位错能快速增殖;位错运动速率与外力有剧烈依存关系。位错运动速率与外力有剧烈依存关系。docin/sundae_meng3.3.1 冷变形金属的真应力冷变形金属的真应力-应变关系应变关系3.3.2 颈缩条件分析颈缩条件分析3.3.3 韧性的概念及静力韧度分析韧性的概念及静力韧度分析docin/sundae_mengv 当应力超越屈服强度之后，塑性变形当应力超越屈服强度之后，塑性变形并不像屈服平台那样延续流变下去，而需并不像屈服平台那样延续流变下去，而需求继续添加外力才干继续进展，于是应力求继续

10、添加外力才干继续进展，于是应力-应变曲线上表现为流变应力不断上升，出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景象。资料在形变强化现了所谓形变强化景象。资料在形变强化阶段的变形规律用其应力阶段的变形规律用其应力-应变曲线也叫应变曲线也叫流变曲线描画。流变曲线描画。v 其应力其应力 S=P/A 其应变其应变0lnlldocin/sundae_mengv由于条件应力由于条件应力条件应变不能真实反映变形过条件应变不能真实反映变形过程中的应力程中的应力应变的变化应变的变化v图图3-3比较了比较了S-和和-曲线，从应力的变化就可曲线，从应力的变化就可直观地看出运用直观地看出运用S-曲线更为合理

11、。曲线更为合理。v在在-曲线中，当载荷到达最大值时试样开场发曲线中，当载荷到达最大值时试样开场发生颈缩。以后虽然实践应力是在不断提高，但条生颈缩。以后虽然实践应力是在不断提高，但条件应力却在下降，致使断裂应力反比抗拉强度件应力却在下降，致使断裂应力反比抗拉强度b低，这显然是不真实的，实践上在应力到达低，这显然是不真实的，实践上在应力到达Sb对应对应b的真应力之后，几乎是按线形关的真应力之后，几乎是按线形关系添加到断裂为止。相对于条件应力系添加到断裂为止。相对于条件应力应变曲线，应变曲线，其应力其应力应变曲线整个地向左上方挪动了，在试应变曲线整个地向左上方挪动了，在试样发生颈缩前两者差别不太大，

12、在此以后样发生颈缩前两者差别不太大，在此以后-就就完全不能采用了。完全不能采用了。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 从屈服点到颈缩之间的形变强化规律，从屈服点到颈缩之间的形变强化规律，可以用可以用Hollomon公式公式 S=Kn 其中其中K强度系数强度系数 n立变强化立变强化指数指数 真实塑性应变真实塑性应变 n的大小的大小表示资料的应变强化才干或对进一步塑变表示资料的应变强化才干或对进一步塑变的抗力。的抗力。 n=0 理想塑性资料理想塑性资料 n=1 理想弹性资料理想弹性资料docin/sundae_mengv 在双对数坐标上在双对数坐标上,这一关系表现

13、为不断这一关系表现为不断线线,它的斜率等于它的斜率等于n,v v 在在S/一样的条件下一样的条件下,n , S-曲线曲线越陡越陡,对对n值较小的资料值较小的资料,当当S/较大时较大时,也可也可以有较高的形变强化速率以有较高的形变强化速率snddsddssdsdnlnlnddsdds/docin/sundae_meng颈缩前：颈缩前： 形变强化起形变强化起主要作用。主要作用。颈缩后：颈缩后： 截面减小使截面减小使承载力下降。承载力下降。当出现颈缩时：当出现颈缩时：所以，可得到颈缩判据：所以，可得到颈缩判据： 即颈缩开场于应变即颈缩开场于应变强化速率强化速率 与真应力相等的时辰。与真应力相等的时辰

14、。dsAdAsdPsAPAPs0dPdAsdsA0dPdsAdAs0dPdAdAsdssddsdds/docin/sundae_meng 韧性韧性:资料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的才干。资料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的才干。 韧度韧度:度量资料韧性的力学性能目的。度量资料韧性的力学性能目的。 只需强度与塑性具有较好的配合时只需强度与塑性具有较好的配合时,才干获得较才干获得较高的韧性。高的韧性。 选材原那么选材原那么:强度与塑性的最正确配合。强度与塑性的最正确配合。静力韧度静力韧度:静拉伸应力静拉伸应力-应变曲线下所包围的面积减去应变曲线下所包围的面积减去断裂前吸收的弹性能。这个目的即包含强

15、度断裂前吸收的弹性能。这个目的即包含强度,又包又包含塑性含塑性,是一典型的从属性目的。由其应力是一典型的从属性目的。由其应力-真应变真应变曲线曲线,其斜率为形变强化量图其斜率为形变强化量图37docin/sundae_mengdocin/sundae_mengv静力韧度静力韧度W可用图中梯形面积来近似计算可用图中梯形面积来近似计算:v v 所以，所以，v 当当SK一定时一定时: v 而而W随断裂时其应力随断裂时其应力SK添加而显著增大。添加而显著增大。v 许多实验结果阐明许多实验结果阐明,由于资料塑性缺乏而由于资料塑性缺乏而引起的早期断裂往往和引起的早期断裂往往和SK较低有关。较低有关。2)(

16、2 . 0KKsWKKsD2 . 0DsWK222 . 02W2 . 0docin/sundae_mengv3.4.1加载方式和应力形状软性系数加载方式和应力形状软性系数v3.4.2金属静拉伸力学性能金属静拉伸力学性能改动改动docin/sundae_meng 切应力切应力-引起塑性变形和导致韧性断裂引起塑性变形和导致韧性断裂 正应力正应力-容易导致脆性断裂容易导致脆性断裂 研讨金属的变形与断裂特征研讨金属的变形与断裂特征,需求研讨在不同加载需求研讨在不同加载方式下方式下,切应力和正应力的相对大小。切应力和正应力的相对大小。 在普通复杂应力形状下在普通复杂应力形状下,最大切应力最大切应力 ,而

17、按最大正应变条件计算得而按最大正应变条件计算得的等效最大应力的等效最大应力)(213max1)(321maxdocin/sundae_mengv那么定义二者的比值那么定义二者的比值:v 软性系数软性系数, v max应力形状越软应力形状越软,金属易于金属易于v 先产生塑性变形。先产生塑性变形。v 应力形状越硬应力形状越硬金属易于产生脆性金属易于产生脆性v 断裂。断裂。v 测硬度时测硬度时,其应力形状相当于三向不等其应力形状相当于三向不等紧缩紧缩,因此因此,硬度实验时的加载方式属于很硬度实验时的加载方式属于很软的应力形状。软的应力形状。)( 232131maxmaxdocin/sundae_mengv 单向静拉伸单向静拉伸最广泛的力学性能最广泛的力学性能实验方法之一实验方法之一,提示过量弹变提示过量弹变塑变塑变断裂断裂 三种失效方式，得到三种失效方式，得到 s 、b 、 、等等构件的设计计算根据构件的设计计算根据,又是评定和又是评定和选用金属资料及其加工工艺的主要根据。选用金属资料及其加工工艺的主要根据。docin/sundae_meng 没有颈缩景象没有颈缩景象; 最大正应力和最大切应力相等，最大正应力和最大切应力相等，=0; 横截面上沿直径方向的切应力分布不均匀横截面上沿直径方向的切应力分布不均匀,外表应力最大外表应力最大; 改动实验可很好地测定塑性资料改动实验可很好地测