材料塑性变形.ppt

《材料塑性变形.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料塑性变形.ppt（95页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于材料的塑性变形第一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月2第二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月3第二章：材料的塑性变形第二章：材料的塑性变形主要内容：主要内容：一一.概述；概述；二二.对塑性变形的认识过程；对塑性变形的认识过程；三三.塑性变形的本质；塑性变形的本质；四四.多晶体的塑性变形。多晶体的塑性变形。Plastic deformation of materials第三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月42.1 概述概述 1.定义定义 塑塑性性变变形形在在外外力力除除去去后后不不能能恢恢复复的的变变形形叫叫塑塑性性变变形形，有有一一部部分分残残余余形形变变。即即使

2、使固固体体产产生生变变形形的的力力，在在超超过过该该固固体体的的屈屈服服应应力力后后，出出现现能能使使该该固固体体长长期期保保持持其其变变形形后后的的形形状状或或尺尺寸，即寸，即非可逆性能非可逆性能。屈屈服服应应力力当当外外力力超超过过物物体体弹弹性性极极限限，达达到到某某一一点点后后，在在外外力力几几乎乎不不增增加加的的情情况况下下，变变形形骤骤然然加加快快，此此点点为为屈屈服服点点，达到屈服点的应力。达到屈服点的应力。第四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月52.度量塑性的指标度量塑性的指标工程上：工程上：（脆性材料）（脆性材料）（塑性（塑性/韧性材料）韧性材料）延伸率：断面收缩率：

3、2.1 概述概述 第五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月63.影响因素影响因素 温度；温度；（MgO高温下表现一定的塑性）。高温下表现一定的塑性）。加加载载方方式式；（拉拉应应力力、压压应应力力）铸铸铁铁施施加加压压力力表表现现为为塑塑性变形；受拉伸应力表现为脆性变形。性变形；受拉伸应力表现为脆性变形。加加载载速速度度。（冲冲击击荷荷载载、准准静静荷荷载载）加加载载速速度度越越小小，塑塑性性变变形形可可以以充充分分表表现现；加加载载速速度度越越大大，应应力力来来不不及及均均匀匀变变化化，表表现现为为脆脆性性变变形。形。2.1 概述概述 第六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月72

4、.2 理想晶体的强度理想晶体的强度 理想晶体理想晶体空间点阵每一个格点都被原子占有和原子平空间点阵每一个格点都被原子占有和原子平面的规整排列未被破坏而构成的晶体，即面的规整排列未被破坏而构成的晶体，即完全符合格子构造规完全符合格子构造规律的晶体。律的晶体。理想晶体的化学和物理性质理想晶体的化学和物理性质取决于取决于原子的结构和原子原子的结构和原子间的结合性质。间的结合性质。理想晶体的塑性变形理想晶体的塑性变形是由晶体沿着晶面的整体滑移而引是由晶体沿着晶面的整体滑移而引起的，塑性变形的出现意味着起的，塑性变形的出现意味着晶体屈服。晶体屈服。第七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月82.2

5、理想晶体的强度理想晶体的强度两列原子间的力有两种：两列原子间的力有两种：（1）每每层层中中原原子子之之间间的的相相互互作作用用力力，该力与两层原子相对位移不相干；该力与两层原子相对位移不相干；（2）上上、下下两两层层原原子子之之间间的的相相互互作作用用力力，该该力力与与两两层层原原子子相相对对位位移移有有关，是周期性变化的力。关，是周期性变化的力。完整晶体原子排列位置完整晶体原子排列位置第八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月92.2 理想晶体的强度理想晶体的强度上、下半晶体相对移动上、下半晶体相对移动 假假定定在在晶晶体体特特定定的的晶晶面面及及结结晶晶向向上上施施加加切切应应力力，引

6、引起起晶晶体体上上半半部部分分相相对对于于下下半半部部分分沿沿两两层层原原子子间间MN面面上上移移动动，如如图图所所示示。在在切切应应力力作作用用下下，势势必必引引起起MN面面上上原原子子同同时时移移动动，同同时时切切断断MN面面上上所所有有的的原原子子键，此过程为晶体的整体滑移。键，此过程为晶体的整体滑移。第九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月102.2 理想晶体的强度理想晶体的强度原子位移位置原子位移位置a.E-x变化曲线；变化曲线；b.-x变化曲线变化曲线 P和和R位位置置上上的的原原子子处处于于晶晶体体点点阵阵的的平平衡衡位位置置，势势能能最最低低，该该位位置置上上的的原原子子

7、处处于于平平衡衡位位置置；而而P和和R之之间间中中央央Q位位置置，势势能能最最高高，Q位位置置上上的的原原子子处处于于亚亚稳稳定定状状态态，势势能能的的变变化化取取决决于于原原子子键键的的性性质质。因因此此，势势能能随随位位移变化曲线的真实形状很难确定。移变化曲线的真实形状很难确定。第十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月112.2 理想晶体的强度理想晶体的强度a.E-x变化曲线；变化曲线；b.-x变化曲线变化曲线 为为了了便便于于分分析析，假假定定势势能能随随原原子子位位移移变变化化为为正正弦弦波波曲曲线线。移移动动原原子子所所需需的的作作用用力力F的的变变化化可可由由势势能能-位位移

8、移曲曲线（线（E-x）的斜率确定。）的斜率确定。第十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月122.2 理想晶体的强度理想晶体的强度a.E-x变化曲线；变化曲线；b.-x变化曲线变化曲线 m完完整整晶晶体体屈屈服服强强度度，晶晶体体受受到到的的切切应应力力超超过过m后后产产生生永永久久变变形形，即为晶体的塑性变形。即为晶体的塑性变形。第十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月132.2 理想晶体的强度理想晶体的强度第十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月142.2 理想晶体的强度理想晶体的强度为什么完整晶体理论屈服强度和实验测定的屈服强度差异大？为什么完整晶体理论屈服强度和实

9、验测定的屈服强度差异大？原因：原因：近似为弹性变形，利用胡克定律；近似为弹性变形，利用胡克定律；剪切力与原子间距离并非符合正弦变化；剪切力与原子间距离并非符合正弦变化；推导过程中针对的是理想晶体，而实际晶体存在缺陷。推导过程中针对的是理想晶体，而实际晶体存在缺陷。第十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月152.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（1）定义：定义：线状缺陷。线状缺陷。2.3 晶格缺陷晶格缺陷位错位错 实实际际晶晶体体在在结结晶晶时时，受受到到杂杂质质、温温度度变变化化或或振振动动产产生生的的应应力力作作用用或或晶晶体体由由于于受受到到打打击击

10、、切切割割等等机机械械应应力力作作用用，使使晶晶体体内内部部原原子子排排列列变变形形，原原子子行行列列间间相相互互滑滑移移，不不再再符符合合理理想想晶晶体体的的有有序序排排列列，形成形成线状缺陷线状缺陷，即为位错。，即为位错。第十五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月162.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（1）定义：定义：线状缺陷。线状缺陷。位错的提出位错的提出位错的提出位错的提出解释晶体的塑性变形。解释晶体的塑性变形。解释晶体的塑性变形。解释晶体的塑性变形。塑性变形理论塑性变形理论滑移模型，滑移模型，1920线缺陷（位错）模型线缺陷（位错）模型,193

11、4建立位错理论建立位错理论,1956第十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月171934年年 Taylor、Polanyi、Orowan三三人人几几乎乎同同时时提提出出晶体中晶体中位错位错的的模型模型。滑滑移移过过程程并并非非是是原原子子面面之之间间整整体体发发生生相相对对位位移移，而而是是一一部部分分先先发发生生位位移移，然后推动晶体中另一部分滑移，循序渐进。然后推动晶体中另一部分滑移，循序渐进。2.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）第十七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月182.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（

12、2）位错的类型）位错的类型2.3 晶格缺陷晶格缺陷位错位错基本类型基本类型刃位错（刃位错（edge dislocation），），l螺位错（螺位错（screw dislocation），），l混合位错混合位错第十八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月192.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型a.刃位错刃位错刃位错的产生刃位错的产生半原子面半原子面（EFGH）位错线位错线EF刃位错示意图刃位错示意图 第十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月202.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类

13、型）位错的类型a.刃位错刃位错刃位错的产生刃位错的产生第二十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月212.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型a.刃位错刃位错几何特征几何特征 位错线与原子滑移方向（即伯氏矢量位错线与原子滑移方向（即伯氏矢量b）相）相垂直垂直；滑滑移移面面上上部部位位错错线线周周围围原原子子受受压压应应力力作作用用，原原子子间间距距小于正常晶格间距小于正常晶格间距；滑滑移移面面下下部部位位错错线线周周围围原原子子受受张张应应力力作作用用，原原子子间间距距大大于正常晶格间距于正常晶格间距。第二十一张，PPT共九十五页，创

14、作于2022年6月22正刃位错正刃位错负刃位错负刃位错2.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型a.刃位错刃位错表示符号表示符号 如如果果半半个个原原子子面面在在滑滑移移面面上上方方，称称为为正正刃刃位位错错，以以符符号号“”表表示示；反反之之称称为为负负刃刃位位错错，以以符符号号“”表表示示。符符号号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。第二十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月23（2）位错的类型）位错的类型b.螺位错螺位错螺位错的产生螺位错的产生第二十三张，PPT共九十五页，创作于

15、2022年6月242.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型b.螺位错螺位错螺位错的产生螺位错的产生位位错错线线EF螺位错形成示意图螺位错形成示意图 a）与螺位错垂直的晶面的形状）与螺位错垂直的晶面的形状（b）螺位错滑移面两侧晶面上原子的滑移情况）螺位错滑移面两侧晶面上原子的滑移情况第二十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月252.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型b.螺位错螺位错螺位错的产生螺位错的产生第二十五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月26（2）位错的类型）

16、位错的类型b.螺位错螺位错螺位错的产生螺位错的产生螺形位错螺形位错示意图示意图BC线线两两侧侧的的上上下下两两层层原原子子都都偏偏离离了了平平衡位置，围绕着衡位置，围绕着BC连成了一个螺旋线连成了一个螺旋线.第二十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月27位位错错线线与与原原子子滑滑移移方方向向平平行行；位位错错线线周周围围原原子子的的配配置置是是螺螺旋旋状状的的，即即形形成成螺螺位位错错后后，原原来来与与位位错错线线垂垂直直的的晶晶面面，变变为为以以位错线为中心轴的螺旋面。位错线为中心轴的螺旋面。（2）位错的类型）位错的类型b.螺位错螺位错几何特征几何特征第二十七张，PPT共九十五页，

17、创作于2022年6月28 如如果果在在外外力力作作用用下下，两两部部分分之之间间发发生生相相对对滑滑移移，在在晶晶体体内内部部已已滑滑移移部部分分和和未未滑滑移移部部分分的的交交线线既既不不垂垂直直也也不不平平行行于于滑滑移移方方向向（伯伯氏氏矢矢量量b），这这样样的的位位错错称称为为混混合合位位错错。如如下下图图所所示示。位位错错线线上上任任一一点点，经经矢矢量量分分解解后后，可可分分解解为为刃刃位位错错与与螺螺位位错错分量。分量。2.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型c.混合位错混合位错第二十八张，PPT共九十五页，创作于2022年

18、6月29混合位错的形成混合位错的形成2.3.1 位错的基本概念（位错的基本概念（dislocation）（2）位错的类型）位错的类型c.混合位错混合位错第二十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月30位错线在几何上的两个特征：位错线在几何上的两个特征：位位错错线线的的方方向向，它它表表明明给给定定点点上上位位错错线线的的取取向向，由由人人们们的观察方位来决定，是人为规定的；的观察方位来决定，是人为规定的；位位错错线线的的伯伯格格斯斯矢矢量量b，它它表表明明晶晶体体中中有有位位错错存存在在时时，滑滑移移面面一一侧侧质质点点相相对对于于另另一一侧侧质质点点的的相相对对滑滑移移或或畸畸变变，由

19、由伯伯格格斯斯于于1939年首先提出，故称为年首先提出，故称为伯格斯矢量伯格斯矢量，简称为，简称为伯氏矢量伯氏矢量。（1）柏氏矢量的确定）柏氏矢量的确定2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路柏氏矢量与柏氏回路第三十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月31（1）柏氏矢量的确定）柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定刃型位错柏氏矢量的确定(a)实际晶体的柏氏回路；实际晶体的柏氏回路；(b)完整晶体相应回路完整晶体相应回路2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路柏氏矢量与柏氏回路第三十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月32螺型位错柏氏矢量的确定螺型位错柏氏矢量的确定(a)实际晶体的柏氏回路；实际晶体的柏

20、氏回路；(b)完整晶体相应回路完整晶体相应回路（1）柏氏矢量的确定）柏氏矢量的确定2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路柏氏矢量与柏氏回路第三十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月332.3.2 柏氏矢量与柏氏回路柏氏矢量与柏氏回路（2）柏氏矢量的性质与表示方法）柏氏矢量的性质与表示方法柏氏矢量具有守恒性，具体表现在如下：柏氏矢量具有守恒性，具体表现在如下：柏柏氏氏矢矢量量与与柏柏氏氏回回路路的的起起点点、形形状状、大大小小和和位位置置无无关关。只只要要回回路路不不与与其其他他位位错错线线或或原原位位错错线线相相遇遇，则则回回路路所所包包含含的的晶晶格畸变总量不会改变；格畸变总量不会改变；一一

21、条条位位错错线线具具有有唯唯一一的的柏柏氏氏矢矢量量，即即位位错错线线各各部部分分的的柏柏氏氏矢矢量均相同；量均相同；若若几几条条位位错错线线汇汇交交于于一一点点时时，则则指指向向节节点点的的各各位位错错的的柏柏氏氏矢矢量之和等于离开结点的各位错柏氏矢量之和。量之和等于离开结点的各位错柏氏矢量之和。第三十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月34（1）位错滑移）位错滑移 位错的滑移面位错的滑移面由位错线与其柏格斯矢量组成的晶面。由位错线与其柏格斯矢量组成的晶面。滑移运动滑移运动位错沿滑移面的移动。位错沿滑移面的移动。当当位位错错在在切切应应力力作作用用下下沿沿滑滑移移面面滑滑过过整整个个

22、滑滑移移面面时时，就就会会使使晶晶体体表表面面产生产生一个原子间距的滑移台阶一个原子间距的滑移台阶。2.3.3 位错运动理论位错运动理论 晶体滑移的三种情况晶体滑移的三种情况刃型位错的滑移刃型位错的滑移螺型位错的滑移螺型位错的滑移混合位错的滑移混合位错的滑移 位错运动的难易位错运动的难易将直接影响材料的将直接影响材料的塑性变形塑性变形和和强度强度。位错运动的两种基本形式：位错运动的两种基本形式：滑移滑移和和攀移攀移。第三十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月35（1）位错滑移）位错滑移2.3.3 位错运动理论位错运动理论 位错滑移导致晶体滑移的示意图位错滑移导致晶体滑移的示意图第三十五

23、张，PPT共九十五页，创作于2022年6月36类类 型型柏氏向量柏氏向量位错线位错线运动方向运动方向晶体晶体滑移方向滑移方向切应力切应力方向方向滑移面滑移面个数个数刃刃位错线位错线位错线本身位错线本身与与b一致一致与与b一致一致唯一唯一螺螺位错线位错线位错线本身位错线本身与与b一致一致与与b一致一致多个多个混合混合与位错线与位错线成一定角度成一定角度位错线本身位错线本身与与b一致一致与与b一致一致 刃刃位位错错只只有有唯唯一一的的一一个个滑滑移移面面；对对于于螺螺位位错错，凡凡通通过过位位错错线线的晶面，都是滑移面，有无数个。的晶面，都是滑移面，有无数个。2.3.3 位错运动理论位错运动理论（

24、1）位错滑移）位错滑移第三十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月372.3.3 位错运动理论位错运动理论（2）位错的攀移）位错的攀移 位位错错除除滑滑移移外外，还还可可以以产产生生攀攀移移，由由于于热热运运动动，原原子子之之间间扩扩散散，空空位位扩扩散散到到位位错错处处，使使位位错错上上移移，杂杂质质离离子子扩扩散散到到位位错错处处，使使位位错错下移。下移。刃型位错的攀移运动模型刃型位错的攀移运动模型(a)未攀移的位错；未攀移的位错；(b)空位运动形成的正攀移；空位运动形成的正攀移；(c)间隙原子扩散引起的负攀移间隙原子扩散引起的负攀移第三十七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月

25、382.3.3 位错运动理论位错运动理论（2）位错的攀移）位错的攀移 刃刃型型位位错错攀攀移移的的实实质质多多余余半半原原子子面面通通过过空空位位或或原原子子的的扩扩散而扩大或缩小。散而扩大或缩小。正攀移正攀移当多余原子面缩小，位错线向上攀移。当多余原子面缩小，位错线向上攀移。负攀移负攀移当多余半原子面扩大，位错线向下攀移。当多余半原子面扩大，位错线向下攀移。注注意意由由于于攀攀移移需需要要通通过过原原子子扩扩散散才才能能实实现现，故故位位错错的的攀移比滑移困难的多攀移比滑移困难的多，主要发生在，主要发生在高温高温或或应力应力条件下。条件下。压应力压应力正攀移；正攀移；拉应力拉应力负攀移。负攀

26、移。第三十八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月392.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论当位错穿过晶体时，其中间所取的位置当位错穿过晶体时，其中间所取的位置第三十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月40完整晶体中原子排列及其势能曲线完整晶体中原子排列及其势能曲线2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论 根根据据平平衡衡理理论论，完完整整晶晶体体中中的的每每个个原原子子处处于于势势能能最最低低位位置置。原原子子的的热热运运动动使使得得原原子子在在它它势势能能最最低低位位置置附附近近运运动动。原原子子能能越越过过势势垒垒落落

27、到到临临近近的的位位置置上去的机会是很小的。上去的机会是很小的。第四十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月41晶体中存在缺陷的原子排列及其势能变化曲线晶体中存在缺陷的原子排列及其势能变化曲线2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月42切应力作用下含缺陷晶体中原子排列及势能变化曲线切应力作用下含缺陷晶体中原子排列及势能变化曲线2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月432.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论

28、完整晶体的势能曲线完整晶体的势能曲线有位错时，晶体的势能曲线有位错时，晶体的势能曲线加剪应力后的势能曲线加剪应力后的势能曲线 hh H()滑移面滑移面第四十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月44有位错时，越过能量势垒有位错时，越过能量势垒 h；正常原子滑移需越过势垒正常原子滑移需越过势垒 h；位位错错运运动动的的激激活活能能H()，与与剪剪切切应应力力有有关关，剪剪应应力力 大大，H()小；小；小，小，H()大。大。H()h h当当0，H()最大，最大，H()h。2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月45

29、 金金属属材材料料H()为为0.10.2eV；由由离离子子键键、共共价价键键组组成成的的非非金金属属材材料料的的H()为为1eV数数量量级级，故故室室温温下下无无机机非非金金属属材材料料的的位位错错难难以以运动。运动。因为因为h h H()，所以位错只能在滑移面上运动。所以位错只能在滑移面上运动。温温度度升升高高，位位错错运运动动速速度度加加快快，对对于于一一些些在在常常温温下下不不发发生生塑性形变的材料，在高温下具有一定塑性。塑性形变的材料，在高温下具有一定塑性。2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月46当当位位

30、错错线线在在晶晶体体中中运运动动时时，穿穿过过滑滑移移面面的的原原子子键键的的裂裂开开是是逐逐步发生的步发生的，而不像理想晶体那样是一次同时实现的。，而不像理想晶体那样是一次同时实现的。半半原原子子面面在在运运动动中中不不断断改改变变位位置置，运运动动的的最最终终结结果果使使得得立立方方体体上上半部份相对于下半部份发生了平移，其大小等于平衡原子的间距半部份相对于下半部份发生了平移，其大小等于平衡原子的间距b。但但是是，这这里里有有重重大大的的差差别别，这这就就是是说说，每每次次裂裂开开一一个个键键比比起起同时裂开所有的键来说，所需要的能量要小得多。同时裂开所有的键来说，所需要的能量要小得多。2

31、.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月47晶晶体体中中位位错错从从一一边边移移到到另另一一边边的的过过程程中中，滑滑移移面面上上的的原原子子键键一一个个接接一一个个地地断断开开。因因此此，所所需需外外界界切切应应力力比比晶晶体体整整体体滑滑移移时时滑滑移移面面上上原原子子键键同同时时断断开开所所需需的的外外界界切切应应力力小小得得多多。由由此此可可见见，晶晶体体理理论论屈屈服服强强度度与与真真实实晶晶体体屈屈服服强强度度之之间间存存在在很很大大差差别别正正是是由由于于真真实实晶晶体中存在位错的缘故。体中存在位错的缘故

32、。2.3.3 位错运动理论位错运动理论（3）位错运动理论）位错运动理论第四十七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月48 宏宏观观上上观观察察到到的的塑塑性性变变形形，是是无无数数位位错错运运动动的的结结果果。因因此，要表现出塑性变形，必须有位错增殖的机理。此，要表现出塑性变形，必须有位错增殖的机理。2.3.3 位错运动理论位错运动理论（4）位错增殖机理）位错增殖机理U型位错增殖过程模型型位错增殖过程模型第四十八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月492.4 塑性变形及其检验方法塑性变形及其检验方法 塑塑性性变变形形：当当施施加加的的应应力力超超过过弹弹性性极极限限的的临临界界值值，

33、变变形形就就成成为为永永久久性性的的。当当一一个个试试样样承承载载超超过过这这个个极极限限时时，在在作作用用力力撤撤除除后后它它就就不不能能够够再再恢恢复复到到原原始始长长度度，这这种种行行为为称称为为塑塑性性变变形形或或永永久变形久变形。塑塑性性变变形形阶阶段段的的应应力力-应应变变特特性性曲曲线线呈呈非非线线性性，不不服服从从胡胡克克定律定律。延展性延展性材料发生塑性变形而不断裂的能力。材料发生塑性变形而不断裂的能力。第四十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月502.4 塑性变形及其检验方法塑性变形及其检验方法 弹性与塑性荷载条件下加载与卸载过程中应力弹性与塑性荷载条件下加载与卸载

34、过程中应力-应变关系曲线应变关系曲线第五十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月512.4.1 拉伸试验拉伸试验拉伸试验拉伸试验定量测定结构材料的主要力学性能。定量测定结构材料的主要力学性能。第五十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月522.4.1 拉伸试验拉伸试验第五十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月532.4.1 拉伸试验拉伸试验工程断裂应变工程断裂应变f的表示形式：的表示形式：试件的伸长率试件的伸长率：f取决于试件的长径比，长径比越大，达到的工程断裂应变就取决于试件的长径比，长径比越大，达到的工程断裂应变就越低。越低。试件的断面收缩率试件的断面收缩率：优点：优点：

35、f不依赖于试件的长径比。不依赖于试件的长径比。第五十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月542.4.1 拉伸试验拉伸试验各种类型金属的应力各种类型金属的应力-应变曲线应变曲线Cu、Al等面心立方金属，屈服等面心立方金属，屈服点不易确定。点不易确定。碳钢等材料呈现复杂的屈服行碳钢等材料呈现复杂的屈服行为。为。材料开始塑性变形时的应力。材料开始塑性变形时的应力。产生塑性变形时的最低应力。产生塑性变形时的最低应力。第五十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月552.4.2 陶瓷试验陶瓷试验陶瓷陶瓷四点弯曲试验四点弯曲试验。第五十五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月56优点：优点

36、：试样的几何形状简单（矩形或圆柱形试样）；试样的几何形状简单（矩形或圆柱形试样）；试验程序简化；试验程序简化；试验成本较低。试验成本较低。缺缺点点：试试样样的的应应力力分分布布不不均均匀匀。不不像像拉拉伸伸试试验验那那样样在在整整 个个标距内的应力几乎呈均匀状态。标距内的应力几乎呈均匀状态。应应力力不不均均匀匀状状态态的的后后果果：在在某某些些情情况况下下，特特别别是是受受载载试试样样中中的的最最大大裂裂纹纹位位于于试试样样内内部部时时，在在四四点点弯弯曲曲试试验验中中会会过过高高地地估估计计陶陶瓷瓷的的强度。强度。2.4.2 陶瓷试验陶瓷试验第五十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月

37、572.4.2 陶瓷试验陶瓷试验第五十七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月582.4.2 陶瓷试验陶瓷试验陶瓷与金属的差别：陶瓷与金属的差别：陶瓷的陶瓷的弹性模量弹性模量E通常比金属高通常比金属高；陶瓷陶瓷很少呈明显的塑性变形很少呈明显的塑性变形；无裂纹的陶瓷的无裂纹的陶瓷的断裂应力往往比金属高断裂应力往往比金属高；金金属属在在拉拉伸伸和和压压缩缩试试验验中中所所得得的的应应力力-应应变变曲曲线线几几乎乎相相同同，而而陶陶瓷瓷的的应应力力-应应变变曲曲线线取取决决于于试试验验时时的的应应力力状状态态（压缩还是拉伸压缩还是拉伸）。）。第五十八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月59

38、2.4.3 聚合物试验聚合物试验聚合物聚合物塑性变形能力好塑性变形能力好。聚合物聚合物拉伸试验或者弯曲试验拉伸试验或者弯曲试验。聚合物的特点聚合物的特点聚合物的弹性模量较低，断裂强度较低，聚合物的弹性模量较低，断裂强度较低，延展性较高；高度取向的聚合物具有像金属或陶瓷那样高延展性较高；高度取向的聚合物具有像金属或陶瓷那样高的刚度和强度。的刚度和强度。第五十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月602.5 单晶体塑性变形的基本方式单晶体塑性变形的基本方式 最早对塑性变形的认识最早对塑性变形的认识单晶的拉伸试验单晶的拉伸试验。拉伸拉伸最简单的受力方式，截面积受力均匀；最简单的受力方式，截面积

39、受力均匀；弯曲应力弯曲应力上表面受到压应力，下表面受到拉应力，所受上表面受到压应力，下表面受到拉应力，所受应力不均匀。应力不均匀。金属产生塑性变形的方式金属产生塑性变形的方式 滑移滑移 slide（占（占90%）孪生孪生 twin（占（占10%）：形）：形成孪晶的过程。成孪晶的过程。第六十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月611.1.定定义义：晶晶体体在在切切应应力力作作用用下下，其其中中一一部部分分沿沿着着一一定定晶晶面面和和这这个个晶晶面面上上的的一一定定方方向向，相相对对另另一一部部分分产产生生的的平平移移滑滑动动。晶体发生了塑性变形。晶体发生了塑性变形。2.5.1 滑移滑移滑滑

40、移移的的结结果果：塑塑性性变变形，表面形成台阶。形，表面形成台阶。外力作用下晶体滑移示意图（微观）外力作用下晶体滑移示意图（微观）第六十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月62外力作用下晶体滑移示意图外力作用下晶体滑移示意图（a）滑移前；（）滑移前；（b）滑移后）滑移后 单晶试棒在拉伸应力作用下的变形单晶试棒在拉伸应力作用下的变形（a）变形前；（）变形前；（b）变形后）变形后 2.5.1 滑移滑移第六十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月632.5.1 滑移滑移第六十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月642.滑移的晶体学条件：滑移的晶体学条件：几何条件几何条件：滑移沿

41、密排面和密排方向进行；滑移沿密排面和密排方向进行；静静电电条条件件：对对于于离离子子晶晶体体和和共共价价晶晶体体，滑滑移移过过程程中中 不应遇到同号离子的巨大斥力作用。不应遇到同号离子的巨大斥力作用。滑移面：滑移面：原子密排面，晶面指数小；原子密排面，晶面指数小；滑移方向：滑移方向：原子密排方向，晶向指数小；原子密排方向，晶向指数小；滑移系：滑移系：滑移面与滑移方向的组合。滑移面与滑移方向的组合。2.5.1 滑移滑移第六十四张，PPT共九十五页，创作于2022年6月652.5.1 滑移滑移3.滑移的特点：滑移的特点：滑移过程中晶体的点阵结构不发生改变；滑移过程中晶体的点阵结构不发生改变；滑移的

42、距离为该方向上原子间距的整数倍；滑移的距离为该方向上原子间距的整数倍；滑移面与滑移方向组成滑移系。滑移面与滑移方向组成滑移系。第六十五张，PPT共九十五页，创作于2022年6月662.5.2 滑移机制滑移机制位错位错晶体中已滑移部分和未滑移部分的分界线。晶体中已滑移部分和未滑移部分的分界线。位错宽度位错宽度分界线之间的过渡区域。分界线之间的过渡区域。位错宽度越窄：位错宽度越窄：界面能越小，但弹性畸变能很高；界面能越小，但弹性畸变能很高；位位错错宽宽度度越越宽宽：集集中中的的弹弹性性畸畸变变分分摊摊到到较较宽宽区区域域内内的的各各个个原原子子面面上上，每每个个原原子子偏偏离离平平衡衡位位置置较较

43、小小，单单位位体体积积内内的的弹弹性性畸畸变变能能减减小小。即即位错宽度越大，位错就越易运动位错宽度越大，位错就越易运动。第六十六张，PPT共九十五页，创作于2022年6月672.5.2 滑移机制滑移机制位错宽度越宽位错宽度越宽位错运动所需克服的能量势垒小。位错运动所需克服的能量势垒小。位错宽度越窄位错宽度越窄位错运动所需克服的能量势垒大。位错运动所需克服的能量势垒大。派派纳纳力力在在理理想想晶晶体体中中，位位错错点点阵阵周周期期场场中中运运动动时时所所需需克克服服的的阻阻力。力。定性分析派定性分析派纳力：纳力：位位错错宽宽度度越越小小，派派纳纳力力越越大大，材材料料就就难难以以变变形形，相相

44、应应屈屈服强度就高；服强度就高；位错宽度主要决定于结合键的本性和晶体的结构。位错宽度主要决定于结合键的本性和晶体的结构。第六十七张，PPT共九十五页，创作于2022年6月682.5.2 滑移机制滑移机制共共价价键键：方方向向性性很很强强，其其键键角角和和键键长长都都很很难难改改变变，位位错错宽宽度度很窄，很窄，Wb，即宏观表现是屈服强度很高但很脆；，即宏观表现是屈服强度很高但很脆；金金属属键键：没没有有方方向向性性，位位错错有有较较大大的的宽宽度度，对对立立方方面面心心金金属属如如Cu，其，其W6b，其派，其派-纳力是很低的。纳力是很低的。派派-纳纳力力的的计计算算公公式式第第一一次次定定量量

45、给给出出了了金金属属晶晶体体中中由由于于位位错错的的存存在在，实实际际的的屈屈服服强强度度（10-4G）可可远远低低于于理理论论的的屈屈服服强强度度（1/30G）。）。第六十八张，PPT共九十五页，创作于2022年6月69m=104105 MPa实际实际金属单晶：金属单晶：切变强度值间的巨大差异，切变强度值间的巨大差异，使人们认识到使人们认识到:一般金属一般金属理论理论切变强度：切变强度：110 MPa晶体的滑移也并非刚性同步晶体的滑移也并非刚性同步实际晶体结构并非理想完整实际晶体结构并非理想完整2.5.2 滑移机制滑移机制第六十九张，PPT共九十五页，创作于2022年6月702.5.2 滑移

46、机制滑移机制为为什什么么实实验验观观察察到到金金属属中中的的滑滑移移面面和和滑滑移移方方向向都都是是源源自自排排列列最最紧密的面和方向？紧密的面和方向？原原因因：位位错错在在不不同同的的晶晶面面和和晶晶向向上上运运动动，其其位位错错宽宽度度是是不不同同的的，只只有有当当b最最小小，a最最大大时时，位位错错宽宽度度最最大大，即即派派-纳纳力力最最小小。位位错错只只有有沿沿着着原原子子排排列列紧紧密密的的面面及及原原子子密密排排方方向向上上运运动动，派派-纳力才最小。纳力才最小。第七十张，PPT共九十五页，创作于2022年6月712.5.3 滑移系滑移系1.定义定义 滑移面和滑移方向的组合，称为滑

47、移面和滑移方向的组合，称为滑移系滑移系。滑滑移移面面和和滑滑移移方方向向为为金金属属晶晶体体中中原原子子面面密密度度最最大大的的晶晶面面（密密排面）和其上线密度最大的晶相（密排方向）。排面）和其上线密度最大的晶相（密排方向）。原原因因：密密排排面面与与密密排排面面之之间间的的间间距距最最大大，结结合合力力最最弱弱，滑滑移移容容易易进进行行。密密排排方方向向，相相邻邻原原子子的的间间距距较较小小，容容易易恢恢复复晶晶体体结结构构。因此，滑移往往沿晶体的密排面和该面上的密排方向进行。因此，滑移往往沿晶体的密排面和该面上的密排方向进行。第七十一张，PPT共九十五页，创作于2022年6月722.5.3

48、 滑移系滑移系注意：注意：晶晶体体中中的的滑滑移移系系越越多多，越越容容易易发发生生滑滑移移，越越容容易易发发生生塑塑性性变变形；形；金金属属晶晶体体滑滑移移系系较较多多，滑滑移移时时可可能能选选择择的的空空间间取取向向越越多，发生滑移的可能性越大，塑性越好。多，发生滑移的可能性越大，塑性越好。陶陶瓷瓷晶晶体体滑滑移移系系少少，晶晶体体结结构构复复杂杂，点点阵阵常常数数大大，滑滑移移距距离离大大，故故其其塑塑性性小小（几几何何条条件件）；键键合合为为共共价价键键/离离子子键键（具具有方向性有方向性/饱和性）（静电条件）。饱和性）（静电条件）。第七十二张，PPT共九十五页，创作于2022年6月7

49、32.5.3 滑移系滑移系 金金属属晶晶体体的的结结构构对对称称性性好好，陶陶瓷瓷的的结结构构对对称称性性差差，对对称称性性好好的晶体容易滑移。的晶体容易滑移。实例：实例：体心立方金属体心立方金属有有62=12个滑移系；个滑移系；面心立方金属面心立方金属有有43=12个滑移系（个滑移系（Al）；）；密排六方金属密排六方金属有有13=3个滑移系；个滑移系；MgO在在低低温温下下有有2个个滑滑移移系系，高高温温下下有有5个个滑滑移移系系，是是陶陶瓷瓷中塑性变形较好的；中塑性变形较好的；Al2O3陶陶瓷瓷只只有有2个个滑滑移移系系，故故其其滑滑移移比比较较困困难难，难难以以发发生生塑塑性变形。性变形

50、。第七十三张，PPT共九十五页，创作于2022年6月742.5.4 滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力 当当单单晶晶受受到到拉拉伸伸，外外力力在在某某个个滑滑移移面面的的滑滑移移方方向向上上的的分分切切应应力力达达到到某某一一临临界界值值时时，这这一一滑滑移移系系才才开开始始变变形形，当当有有许许多多滑滑移移系系时时，就就看看外外力力在在哪哪个个滑滑移移系系上上的的分分切切应应力力最最大大，分分切切应应力力最大的滑移系一般首先开始动作最大的滑移系一般首先开始动作。当当晶晶体体受受外外力力时时，不不论论外外力力的的方方向向、大大小小与与作作用用方方式式如如何何，在在晶晶体体内内部部均均可可分分