《多晶体的塑性变形》课件

多晶体的塑性变形塑性变形的概念永久变形在应力去除后，材料不能恢复到其原始形状。不可逆过程塑性变形涉及材料内部的原子重排和结构变化，这些变化是不可逆的。应力应变关系塑性变形在应力-应变曲线上表现为一个非线性区域，对应于材料的屈服强度。塑性变形的特点可塑性材料在外力作用下发生永久变形，且不会断裂。应力应变关系材料具有明显的屈服极限和延伸率。能量耗散塑性变形过程伴随着能量的吸收和耗散。晶体结构与位错金属材料的晶体结构决定了其塑性变形的微观机制。金属晶体通常具有规则的原子排列，形成特定的晶格结构。位错是晶体中的一种线缺陷，是晶体内部原子排列的一种局部偏差，它是在晶体生长过程中或在晶体受到外力作用时产生的。位错的产生和运动1晶体生长在晶体生长过程中，由于晶格的错位，会导致位错的产生。2外力作用当晶体受到外力作用时，会发生形变，从而导致位错的运动。3热应力温度变化也会引起晶体的热应力，从而导致位错的产生和运动。4点缺陷晶体内部的点缺陷，如空位和间隙原子，也会促进位错的产生。单滑移和多滑移1单滑移位错在单个滑移面上运动，导致金属材料发生塑性变形。2多滑移多个滑移面同时发生位错运动，导致金属材料产生更复杂的塑性变形。位错与塑性变形位错运动位错的运动是多晶体塑性变形的根本原因。剪切应力当材料受到剪切应力时，位错会沿滑移面移动，从而引起塑性变形。位错堆积与应力场1堆积位错相互靠近时，其应力场相互叠加，形成应力集中区。2应力场位错堆积区域的应力场更加复杂，并影响周围材料的性能。位错迁移与重新排列位错迁移位错迁移是晶体在受到外力作用时，位错线在晶体内部移动的过程。位错迁移是塑性变形的主要机制。位错重新排列当位错迁移到晶界或其他障碍物时，位错可能会重新排列，形成新的位错结构。这种重新排列可以改变材料的强度和塑性。位错相互作用位错之间会相互作用，例如位错交汇、位错阻塞等。这些相互作用会影响位错的迁移和重新排列，从而影响材料的力学性能。热处理对位错的影响退火退火可以使金属材料的晶粒长大，减少位错密度，提高塑性。淬火淬火可以使金属材料快速冷却，形成细小的晶粒，增加位错密度，提高硬度。回火回火可以使金属材料在淬火后进行低温加热，降低硬度，提高塑性。应力应变曲线分析阶段描述弹性阶段材料在应力去除后可以完全恢复屈服阶段材料发生永久变形，应力几乎不增加强化阶段应力继续增加，材料继续变形颈缩阶段材料发生局部断裂加工硬化与动态回复加工硬化在塑性变形过程中，金属材料的强度和硬度增加的现象。动态回复在变形过程中，金属材料的强度和硬度降低的现象。动态再结晶现象晶粒细化在变形过程中，新的细小晶粒在变形晶粒内部或晶界上形成。强度提升由于晶粒尺寸减小，材料的强度和硬度会显著提高。塑性改善细小的晶粒能有效地抑制裂纹的扩展，从而提高材料的塑性。动态再结晶的驱动力变形能降低热力学驱动力原子扩散动态再结晶的特点晶粒细化动态再结晶会导致晶粒尺寸减小，从而提高材料的强度和韧性。织构变化动态再结晶会导致材料的织构发生变化，影响材料的性能。应力释放动态再结晶会消除材料内部的应力，从而提高材料的稳定性。动态再结晶的类型连续动态再结晶在变形过程中，新形成的晶粒从原有的晶粒中连续生长，形成新的晶粒结构。间断动态再结晶变形过程中，新形成的晶粒在一定温度和变形速率下，间断地生长，形成新的晶粒结构。金属塑性加工中的动态再结晶动态再结晶可以在热加工过程中，如轧制、锻造和挤压等，提高金属的塑性变形能力。它可以细化晶粒尺寸，改善材料的强度和韧性，提高加工效率。动态再结晶已广泛应用于各种金属材料的生产加工，例如：钢材、铝材和铜材等。静态再结晶现象晶粒长大高温退火后，金属的晶粒尺寸增大，降低了材料的强度，但提高了塑性和韧性。晶粒形貌变化静态再结晶过程会改变晶粒的形状，形成新的晶界，影响材料的性能。静态再结晶的驱动力1储存的能量冷加工会产生储存的能量，导致晶粒变形和位错密度增加，驱动再结晶以降低能量。2晶界能细小的晶粒具有较高的晶界能，驱动较小的晶粒长大以降低总的晶界能。3应变能冷加工后的金属具有应变能，再结晶过程可降低应变能，使金属恢复到更稳定的状态。静态再结晶的过程1形核新的晶粒在旧晶粒的边界或内部形核。2长大新晶粒以牺牲旧晶粒为代价长大。3长大结束新晶粒长大到一定程度，不再长大。静态再结晶的特点晶粒尺寸静态再结晶后，晶粒尺寸会发生变化，一般来说，晶粒尺寸会变大。晶粒形状静态再结晶后，晶粒形状会变得更加规则，一般来说，晶粒形状会趋于等轴状。晶粒取向静态再结晶后，晶粒取向会发生变化，一般来说，晶粒取向会变得更加均匀。静态再结晶与工业应用提高金属强度静态再结晶能够细化晶粒尺寸，提高金属的强度和硬度，改善其机械性能。改善加工性能通过静态再结晶，可以消除金属在加工过程中产生的应力，改善其加工性能，提高加工效率。控制金属组织静态再结晶可以控制金属的微观组织结构，使其具有更优异的性能，满足不同应用的要求。多晶体加工组织演变1初始组织铸造、锻造或其他初始状态2加工变形塑性变形导致晶粒尺寸变化3再结晶新晶粒形成，消除变形4晶粒长大新晶粒尺寸增加断裂与断裂形式断裂是材料在拉伸、弯曲、扭转或冲击载荷作用下发生分离的现象。断裂形式取决于材料的性质、加载方式和环境条件。常见的断裂形式包括脆性断裂、韧性断裂和疲劳断裂。疲劳破坏机理分析裂纹萌生疲劳裂纹通常从材料表面的应力集中区开始，例如加工缺陷、表面粗糙度或几何形状突变处。裂纹扩展随着循环载荷的施加，裂纹会逐渐扩展，形成疲劳裂纹，最终导致构件断裂。疲劳断裂的预防材料选择选择具有较高疲劳强度和抗裂纹扩展能力的材料，例如高强度钢、钛合金等。表面处理通过表面强化处理，如喷丸处理、表面镀层等，可以提高材料的表面应力状态，增强抗疲劳性能。结构设计避免应力集中，优化结构设计，合理分配载荷，减少应力幅值，降低疲劳裂纹的产生和扩展。疲劳寿命预测预测疲劳寿命，可以更准确地评估材料在不同载荷条件下的使用寿命。焊接后的组织演变1热影响区焊接热量影响的区域，组织变化较大2熔合区焊丝与母材熔化形成的区域，组织更细密3母材未熔化的原始金属材料，组织基本保持不变热处理后的组织演变1退火降低材料内部应力，提高塑性和韧性。2正火改善金属的力学性能，提高材料的强度和硬度。3淬火提高材料的硬度和强度，并改善材料的耐磨性。4回火降低淬火后的内应力，提高材料的韧性和塑性。结构演变的控制工艺参数控制通过控制温度、时间、应变速率等工艺参数，可以影响晶粒尺寸、形状和取向，进而控制材料的力学性能。添加合金元素合金