工程材料5塑性变形

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1、《工程材料》张建军主讲材料在外力作用下会产生变形，首先产生弹性变形。当应力超过材料的弹性极限时，金属将产生塑性变形。第一节金属的塑性变形当外载荷在材料内部所产生的内应力超过了材料的屈服强度以后，即使去掉外载荷，变形也不能完全消失的变形称为塑性变形。它不仅改金属的外形，而且使内部组织和结构发生变化。经过塑性变形后的金属，在随后的加热过程中，内部组织也发生一系列变化，这些都对性能有明显的影响。金属塑性变形方法单晶体的塑性变形的主要方式是滑移和孪生。其中滑移是最基本、最普遍的塑性变形方式，孪生只是在滑移难以进行时出现。1.滑移（1）滑移带和滑移线滑移:在切应力

2、作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面产生的相对移动（滑动）。一、单晶体的塑性变形观察产生滑移后的金属表面痕迹，滑移带和滑移线。铜变形后表面的滑移带（2）滑移系滑移总是沿原子排列密度最大的晶面和晶向发生。即滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向大多是原子排列最密的晶面和晶向。图中A晶面是原子排列最密的晶面，晶面间的距离最大，即面与面之间的结合力最弱，故在切应力作用下，沿该晶面滑移比较容易；反之，BA晶面不易沿此面滑移。一个滑移面和其面上任一滑移方向构成一个滑移系。a）6×2=12个滑移系b）4×3=12个滑移系c）1×3=3个滑移系相同条件下，滑移系多

3、，塑性好；滑移系相同时，滑移方向多，塑性好。滑移的同时伴随着晶体的转动。转动有两种：一种是滑移面向外力轴向的转动；另一种是滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。（3）晶体的转动轴向的转动最大切应力方向转动（4）滑移机理滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大几百～千倍。皱折运动位错的运动2.孪生孪生晶体的一部分沿一定晶面的晶向，相对于另一部分所产生剪切变形。2.孪生1)孪生变形使一部分晶体发生均匀的切应变(发生孪生变形的部分称为孪晶带)，而滑移变形则集中在一些滑移面上。2)孪生使晶体变形

4、部分(孪晶带)的位向发生了改变，并与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，构成了以孪晶面为对称面的一对晶体，称为孪晶(或双晶)。而滑移变形后，晶体各部分的相对位向不发生改变。3)孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的位移量都是原子间距的分数值，并且和距孪晶面的距离成正比。而滑移变形时，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向的位移量为原子间距的整数倍。4)孪生变形所需的切应力比滑移变形大得多，故只有在滑移很难进行的条件下才发生孪生。如六方晶格的金属因滑移系较少，孪生就比较容易发生。而滑移系较多的体心立方晶格的金属，只有在低温或受到冲击时，才产生孪生变形。面心

5、立方晶格的金属一般不发生孪生变形。主要特点：1.多晶体的塑性变形特点：不均匀（均一）的塑性变形。多晶体中各晶粒位向不同，处于软位向的晶粒先变形，处于硬位向的转动后再变形或不变，且晶粒内部变形也不一致，所以多晶体的塑性变形不一致、不同时。二、多晶体的塑性变形对于多晶体的塑性变形，在塑性变形过程中，金属的晶粒内部也是滑移为主要方式，晶粒间也产生了滑移并转动（多晶体的晶间变形）。由于晶界和晶粒位向的影响，位错的运动阻力加大，致使细晶粒的金属的强度增大。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。2.晶

6、界及晶粒位向差的影响①晶界的影响当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高（强度提高）。②晶粒位向差的影响由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高（强度提高）。晶粒越细、塑性也越好。其原因在于：晶粒越细，则晶界越曲折，越不利于裂纹的传播；晶粒越细，变形可以分散在更多的晶粒内进行，且变形均匀，减

7、少应力集中，从而可以在断裂之前承受更大的塑性变形。塑性变形改变了材料的外形，对组织和性能也带来了影响。第二节塑性变形对金属组织与性能的影响一、冷塑性变形对金属性能的影响产生加工硬化由于塑性变形的变形度增加，使金属的强度、硬度提高，而塑性下降的现象称为加工硬化。二、冷塑性变形对金属组织的影响金属在外力作用下产生塑性变形时，随着外形变化，而且其内部的晶粒形状也相应地被拉长或压偏。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状。1.形成纤维组织(a)未变形(c)变形80%(b)变形40%由于塑性变形过程中晶粒的转动，当变形量达到一定程度（70％～90％）以上时，会使绝大

8、部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成织构。塑性变形使晶粒碎化，内部形成更多