塑性变形
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第2章 塑性变形与断裂
z
这里，F是载荷，A0是试样初始的横截面面 积。这个应力也是在近似应力-应变曲线中使 用的名义应力的定义。然而，因为在剧烈塑性 变形以后真实面积A可以只是A0的一部分，必 须采用正确的定义来计算真实应力。 σ =F/A （4.13）
[Physical Metallurgy]
二、流变应力
1、流变应力（屈服强度）
[Physical Metallurgy]
τ
（2） 临界分切应力的概念可借助于图4.3 来阐明
z
若一个载面为A的圆柱体形晶体受到轴向力F的作 用，则只是这个力沿滑移方向的分力在推动位错中才是 有效的。这一分力为FCOSλ，若将此力除以滑移面的 面积A/cos Ф ，即得到相应的切应力，因而 τ = F/AcosλcosФ=σcosλsinx 式中 σ=F/A 是拉应力 x=90°-Ф 在某一指定金属中，当τ到一定的临界值τ。时 ，产生 变形。
z
应力与塑性应变关系中一个显著的特征是低于某 一应力（流变应力S0 ）时基本上不产生塑性应变。因 此对于弹性应变，应力应变关系可用式ε=σ/E来表 示，ε为沿着应力作用方向的正应变。然而，对于塑 性应变，则需用两个等式，例如： 对于σ＜S0，ε=0 于σ＞S0，ε=f(σ)
[Physical Metallurgy]
S 的临界值。
[Physical Metallurgy]
−
（3）用拉伸试验容易确定S0值的大小。拉伸实 验时的应力状态为：S1 = σ 1 ，S2 = S3 = 0 ，代入式 （4.15），则变为
（2）塑性变形 若圆棒由始长l0均匀地塑性变形到长度l，其真实 应变ε为：
ε =
∫ dε = ∫
l
l0
l dl l = [ln l ]l 0 = ln l0 l
塑性变形名词解释
塑性变形名词解释塑性变形是指物质在受外力作用下发生不可逆的形变现象，其过程中原子或分子之间的排列和结构发生变化。
与弹性变形不同，塑性变形一旦发生，物质会永久性地保留其新的形状，无法恢复到原来的状态。
塑性变形广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
塑性变形的机制主要包括滑移、位错、扩散和相变等。
滑移是指晶格中的层状或面状结构在外力作用下沿着特定的晶面滑动，使晶体形成一种新的排列方式。
位错是晶格中原子位置的不连续和错位，是塑性变形的主要因素。
位错可以通过滑移、扩散或界面运动等方式发生移动，从而导致物质发生形变。
扩散是指物质中原子、离子或分子在固态中的移动，可以促使位错发生移动并引起塑性变形。
相变是一种物质由一个物态转变为另一个物态的过程，通过控制相变条件，可以实现塑性变形。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响。
塑性变形可以提高材料的延展性和塑性，降低其脆性和硬度，使其更适合于各种加工工艺。
塑性变形还可以改善材料的强度、硬度和韧性等机械性能，使之更适合于工程设计和制造。
此外，塑性变形还可以提高材料的导电性、导热性和耐腐蚀性等物理性质，扩大其应用领域。
塑性变形可以通过多种方式实现，包括热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等。
热变形是在高温下进行的塑性变形，利用高温使材料的形变性能得以改善。
冷变形是在室温下进行的塑性变形，适用于各种类型的材料加工。
压力变形是通过在材料表面施加压力，使材料在局部区域内发生塑性变形。
拉力变形是通过对材料施加拉力，使其在延伸方向上发生塑性变形。
总之，塑性变形是物质在外力作用下发生不可逆形变的过程，其机制包括滑移、位错、扩散和相变等。
塑性变形对于材料的物理性质和力学性能具有重要影响，可以改善材料的延展性、韧性和均匀性，使之适应不同的工程需求。
塑性变形可以通过热变形、冷变形、压力变形和拉力变形等方式实现，广泛应用于材料科学、工程设计和制造等领域。
材料力学性能-第一章-塑性变形(1)
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
滑移面－原子最密排的晶面 滑 移
滑移方向－原子最密排方向 系
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 <110>
(111)
体心立方
面心立方
密排六方
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
例如，温度升高时，bcc金属可能沿{112}及 {123}滑移，这是由于高指数晶面上的位错源容 易被激活。轴比为1.587的钛(hcp)中含有氧和氮 等杂质时，若氧含量为0.1％，滑移面为(1010)， 当氧含量为0.01％时，滑移面变为(0001)。由于 hcp金属只有三个滑移系，所以其塑性较差，并 且这类金属塑性变形程度与外加应力方向有很大 关系。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 τ
图1-15 晶体中通 过位错运动造成 滑移的示意图
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
位错运动过程中滑移面上原子位移情况如
图1-16所示。当晶体通过位错运动产生滑移时，
只在位错中心的少数原子发生移动，而且它们
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四 滑移变形的特点： 滑移只能在切应力作用下发生，产生 滑移的最小切应力称为临界切应力；
滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面 和晶向发生，这是因为原子密度最大的 晶面和晶向之间的间距最大，原子结合 力最弱，产生滑移所需切应力最小。
2021年10月28日 第一章 单向静载下材料的力学性能 星期四
为了降低两个不全位错间
第05章_塑性变形分析
方向：垂直于位错线，指向位错运动方向。
性质：组态力，并非实际力
B. 位错的受力
(2) 位错的应变能与线张力
单位长度位错的应变能：w=aGb2
位错线张力： T=aGb2 ，直线时 a=1 ，曲 线时 a=0.5 。单根位错趋于直线状；右图 中位错线运动过程中，两端被障碍物钉 住而弯曲成弧形，曲率为R。位错线受两 种力:a.作用在位错线法向的力tb，推动
2.1.8 滑移的位错机制
滑移的实质是位错的运动 位错的增殖 位错的交割 位错的塞积 加工硬化
A. 滑移的实质是位错的运动
t
t
t
t
大量的理论研究证明，滑移是由于滑移面上位错运 动而造成的。上图分别表示一刃型和螺型位错在切应 力的作用下的运动过程，通过一根位错从滑移面的一
侧运动到另一侧便造成一个原子间距的滑移。
料塑性越好。
bcc的a-Fe与fcc的Al及Cu，虽然都有12个滑移系，但其 滑移面密排程度较面心立方晶格低，且滑移面上滑移 方向少，所以塑性不如铜及铝；具有hcp晶格的Mg、 Zn等，滑移系仅有3个，因此塑性较立方晶系金属差。
2.1.4 滑移的临界分切应力—施密特定律
推动滑移的是在滑移方向上的 分切应力。同一外加应力作用 下，不同滑移系因取向不同，
力，外力加大，将首先达到临界分切应力发生滑移，所以
把取向因子最大的滑移系称为这个外力下的首开滑移系。 在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系分切应力相同。 外力加大时它们将同时达到临界分切应力，开始发生滑移， 所以把取向因子相同的滑移系称为这个外力下的等效滑移 系。
2.1.6 滑移时晶体的转动
退火低碳钢的拉伸应力应变曲线
I II III IV y e
材料的塑性变形
的原子间距最短，即位错b最小。 • 一种滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个可以滑
移的方式称为“滑移系”。
典型晶格的滑移系
FCC
FCC： • 滑移面：{111}，共有四个有效滑移面 • 滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向 • 滑移系数目：{111}4<110>3=12 • 4*3=12个
1、材料什么时候屈服？
有一滑移系达到临界分切应力
2、取向因子与什么有关系？
各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系
45
5.滑移时晶面的转动
• 5.滑移时晶面的转动
滑移 → 轴线偏离 → 夹头限制 → 晶 面转动
拉伸时转动结果：
（1）滑移面逐渐趋向轴向
（2）滑移方向逐渐趋向最大切应力 方向。
（3）试样两端受到夹头限制，会出 现晶面弯曲。
塑性变形的方式
通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、扭 折。 其中滑移是金属晶体材料塑性变形的基本方式。
一 滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
➢ 1. 滑移现象
➢ 将表面抛光过的试样进行拉伸，当应力超过材料的 屈服极限时，产生一定的塑性变形后即取下进行观 察，在光学显微镜下可以清晰地看到与拉伸轴成一 定角度的平行线条。
36
滑移系对性能的影响
➢ 滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈大，材料的 塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
➢ 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝。
➢ 具有密排六方晶格的镁及锌等，因其滑移系仅有3个， 故其塑性远较具有立方晶格的金属差。
移的方式称为“滑移系”。
典型晶格的滑移系
FCC
FCC： • 滑移面：{111}，共有四个有效滑移面 • 滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向 • 滑移系数目：{111}4<110>3=12 • 4*3=12个
1、材料什么时候屈服？
有一滑移系达到临界分切应力
2、取向因子与什么有关系？
各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系
45
5.滑移时晶面的转动
• 5.滑移时晶面的转动
滑移 → 轴线偏离 → 夹头限制 → 晶 面转动
拉伸时转动结果：
（1）滑移面逐渐趋向轴向
（2）滑移方向逐渐趋向最大切应力 方向。
（3）试样两端受到夹头限制，会出 现晶面弯曲。
塑性变形的方式
通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、扭 折。 其中滑移是金属晶体材料塑性变形的基本方式。
一 滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
➢ 1. 滑移现象
➢ 将表面抛光过的试样进行拉伸，当应力超过材料的 屈服极限时，产生一定的塑性变形后即取下进行观 察，在光学显微镜下可以清晰地看到与拉伸轴成一 定角度的平行线条。
36
滑移系对性能的影响
➢ 滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈大，材料的 塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
➢ 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝。
➢ 具有密排六方晶格的镁及锌等，因其滑移系仅有3个， 故其塑性远较具有立方晶格的金属差。
塑性变形
晶体在外力作用下发生变形。
当外力较小时变形是弹性的，即卸载后变形也随之消失。
这种可恢复的变形就称为弹性变形。
但是，当外加应力超过屈服极限时，卸载后变形就不能完全消失，而会留下一定的残余变形或永久变形。
这种不可恢复的变形就称为塑性变形。
本章的重点是讨论单晶体的塑性变形方式和规律，并在此基础上认识材料（包括合金）塑性变形特点及其强化机制，以便理解材料强韧化的本质和方法，合理使用，研制开发新材料。
从微观上看，单晶体塑性变形的主要方式有两种：滑移和孪生。
它们都是在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着特定的晶面和晶向发生平移。
在滑移时，这种特定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向，一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统。
从位错运动的点阵阻力（派-纳力）应最小出发，可知滑移面就是间距最大的密排面，滑移方向应是原子的最密排方向。
晶体中滑移系的多少与晶体结构有关。
由于fcc和hcp中有原子最密排面及密排方向，故有相对稳定的滑移系统，而bcc中没有原子最密排面，但有原子最密排的晶向，故它的滑移系只能由原子的次密排面与最密排的晶向组成，因而不够稳定，如低温变形时为{112}，中温为{110}，高温时为{123}，而滑移方向总是〈111〉。
当晶体受到外力作用时，不论外力方向、大小和作用方式如何，均可将其分解成垂直于某一晶面的正应力与沿此晶面的切应力。
只有外力引起的作用于滑移面上、沿滑移方向的分切应力τ ≥ τk（滑移的临界分切应力）时，滑移过程才能开始。
孪生是冷塑性变形的另一种重要形式,常作为滑移不易进行时的补充。
在孪生时,这种特定的晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向，一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统。
晶体的孪生系统与其晶体结构类型有关。
体心立方为密排六方多为面心立方为。
孪生变形与滑移不同，孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生后晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向均未改变；孪生变形的应力-应变曲线与滑移不同，会出现锯齿状的波动。
《塑性变形》课件
详细描述
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
当物体受到外力作用时，物体内部会产生应力，使得物体发生塑性变形。在这个过程中，物体总是沿着阻力最小 的方向发生变形，这是因为阻力最小的方向所需的力最小，因此物体更容易沿着这个方向发生变形。
流动法则
总结词
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向一致。
详细描述
在塑性变形过程中，物体的流动方向与最大主应力的方向是一致的。这是因为最大主应力决定了物体 变形的难易程度，当最大主应力较大时，物体更容易沿着这个方向发生变形。同时，物体的流动也受 到最小阻力定律的影响，使得物体更容易沿着阻力最小的方向发生变形。
拉拔
通过拉拔机将金属材料拉制成所需形 状和尺寸的工艺，用于制造线材、管 材等。
塑料的加工成型
注塑成型
挤出成型
将塑料原料加热熔化后注入模具中，冷却 固化后得到所需形状和尺寸的塑料制品。
将塑料原料加热熔化后通过挤出机挤出成 所需形状和尺寸的塑料制品，如塑料管、 塑料薄膜等。
压延成型
吹塑成型
将塑料原料加热熔化后通过压延机压制成 所需厚度和宽度的塑料制品，如塑料板材 、塑料片材等。
塑性变形过程的数值模拟与优化
有限元分析
利用有限元方法对塑性变形过程 进行数值模拟，预测材料的变形
行为、应力分布和应变场等。
优化设计
基于数值模拟结果，对塑性变形过 程进行优化设计，提高材料的塑性 变形能力、减少缺陷和节约成本。
工艺参数优化
通过调整塑性变形过程中的工艺参 数，如温度、压力、变形速度等， 实现更佳的塑性变形效果。
04
CATALOGUE
塑性变形过程中的力学行为
应力状态对塑性的影响
应力状态对塑性变形的影响主 要体现在不同应力分量对材料
第六章塑性变形
吕德斯带危害：因屈服延伸区的不均
匀变形（吕德斯带）使工件表面粗糙
不同。
第六章塑性变形
24
2 应变时效 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
低碳钢时效图
第六章塑性变形
25
三 多相合金的塑性变形
单相合金的强化：加入第二相形成多相合金。 第二相可通过相变热处理（沉淀强化，时效强化）或 粉末冶金方法（弥散强化）获得 多相合金根据第二相粒子的尺寸大小分类
滑移过程可能采取的空间取向越多塑性越好在其他条件相同时金属塑性的好坏不只取决于滑移系的多少还与滑移面原子密排程度及滑移方向的数目等因素有关晶体结构滑移面滑移方向滑移系数目常见金属面心立方1114110312cualniau110612fewmo体心立方1211211112few1232424fe00011mgznti10101120mgzrti1011轴向拉力p拉伸轴与滑移面法向on及滑移方向ot的夹角分别为和临界分切应力滑移是在切应力作用下发生的滑移发生的力学条件
发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 3）交滑移 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滑移。
第六章塑性变形
12
多滑移
第六章塑性变形
13
交滑移
第六章塑性变形
14
交滑移和多滑移的区别：
发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带；发生交滑移 时会出现曲折或波纹状的滑移带。
交滑移必须是纯螺型位错，因其滑移面不受限制。可 以同时进行共向滑移。
5）由于孪生变形时，局部切变可达较大数量，所以 在变形试样的抛光表面上可以看到浮凸，经重新抛光 后，虽然表面浮凸可以去掉，但因已变形区的晶体位 向不同，所以在偏光下或浸蚀后仍能看到孪晶。而滑 移变形后的试样经抛光后滑移带消失。
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5
特点：晶体结构类型并未改变 。 滑移的组织形态：光镜下：滑移带（无重现性）。
电境下：滑移线。 显微组织特点：抛光后可能看不见。 2 滑移系 滑移是沿着特定的晶面 和 晶向进行的。
滑移面 （密排面） 滑移方向（密排方向） 滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个 滑移系
6
每一个滑移系表示晶体进 行滑移时可能采取的一个 空间方向。滑移过程可能 采取的空间取向越多，塑 性越好
37
2 加工硬化的作用 1）强化金属的一种方法，对一些不能用热处理强化 （固态下无相变）的材料尤为重要。 2）加工硬化使塑性变形能够均匀地分布于整个工件， 不致集中在某些局部区域而引起破裂。 3）加工硬化还可以提高零件或构件在使用中的安全 性。 4）加工硬化使金属在冷加工过程中，变形抗力会不 断增加，增加动力及设备消耗。
18
第三节 多晶体的塑性变形
多晶体塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。 一、晶粒取向的影响 1 变形过程 位错在晶界塞积——应力集中——相邻晶粒位错源开 动——相邻晶粒变形——塑变
19
2 晶粒之间变形的协调性 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变
形会导致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的
单相合金的强化：加入第二相形成多相合金。 第二相可通过相变热处理（沉淀强化，时效强化）或 粉末冶金方法（弥散强化）获得 多相合金根据第二相粒子的尺寸大小分类
多相合金
聚合型
第二相的尺寸与基体晶 粒尺寸属同一数量级
弥散型
第二相很细小，且弥散分
布于基体晶粒内
26
1 聚合型两相合金的变形 性能按下列方法估计
滑移系的特点：
1）滑移面总是晶体的密排面，而滑移方向也总是密排 方向。
2）每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。滑移 系的多少在一定程度上决定了金属塑性的好坏。
滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的
滑移方向的个数）。
7
➢ 在其他条件相同时，金属塑性的好坏不只取决于滑 移系的多少，还与滑移面原子密排程度及滑移方向 的数目等因素有关
35
3 第三类残余应力（sⅢ）： 点阵畸变:由位错、空位等引起。80-90%。 作用：使金属处于热力学不稳定状态，是“回复和 再结晶”的驱动力
36
四 塑性变形对性能的影响 1 应变硬化（加工硬化） 定义：冷变形金属随着塑性变形量的增加，金属的强度、 硬度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化， 也称形变强化。
1
典型的应力应变－曲线
2
二 真实应力应变曲线 真实应力应是瞬时载荷P与瞬时面积F之比 真应变e应是瞬时伸长量除以瞬时长度，即
S P F
e de l dl ln l ln(l )
l l0
l0
均匀塑性变形阶段的真应力-真 应变曲线，称为流变曲线，它们 之间的关系如下：
S ken
n值越大，变形时的强化效果越明
16
变形部分与未变形部分以孪晶面为准，构成镜面对称， 形成孪晶。孪晶在显微镜下呈带状或透镜状。 2 孪生变形的特点
1）孪生使一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是 不均匀的，只集中在一些滑移面上进行。 2）孪生后晶体变形部分与未变形部分成镜面对称关 系，位向发生变化。
17
3）孪生比滑移的临界分切应力高，萌发于滑移受阻 因其的局部应力集中区。
第六章 塑性变形
第一节 金属的应力应变曲线
一 工程应力应变曲线 拉伸试验基本过程：将GB6397-86制作的标准试样 （长试样l＝10d和短试样l=5d）放在拉伸试验机上缓 慢拉伸，试样在载荷P下缓慢伸长，直至断裂.。通过 拉伸试验，拉伸试验机记录和绘制出载荷P和伸长量 △l=l-l0 的关系曲线称之为拉伸图。最后在拉伸图的 基础上得到工程应力－应变曲线。
显
3
本章介绍的内容：由简单到复杂
单晶体塑 性变形
多晶体塑 性变形
单相
多相
合金塑性 变形
机理
塑性变形组织 及性能
4
第二节 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。 一、滑移 1 滑移现象 定义：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部 分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产 生相对位移。
P在滑移方向的分切应力为
P cos A/ cos
P cos cos
A
o
cos cos
9
当s＝ ss，外加应力等于屈服强度时： 宏观上：晶体出现塑性变形。 微观上：晶体开始滑移。此时滑移方向上的分切应力 达到临界值，称为临界分切应力。 tk：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
k sm m cos cos
30
第五节 冷变形金属的组织与性能
一、对显微组织的影响 1 形成纤维组织 塑性变形量很大时，各晶粒已不能分辨而成为一片如 纤维状的条纹，称为纤维组织 1）晶粒拉长;2）杂质呈细带状或链状分布。
纤维组织具有明显的各向异性，纵向的强度和塑性高 于横向。
2 形成大量亚结构
即形成变形亚晶
亚晶粒是加工硬化
的原因之一
12
多滑移
13
交滑移
14
交滑移和多滑移的区别： 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带；发生交滑移 时会出现曲折或波纹状的滑移带。 交滑移必须是纯螺型位错，因其滑移面不受限制。可 以同时进行共向滑移。 6 滑移的位错机制 位错线看作是晶体中已滑移区域和未滑移区域的分界。
15
二 孪生 1 孪生现象 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向的镜面 对称关系。
38
3 加工硬化曲线 1）典型的单晶体加工硬化曲线 第Ⅰ阶段 ：易滑移阶段 特点：此阶段接近于直线，其斜率很小。 第Ⅱ阶段：线性硬化阶段。 特点：应力急剧增加，呈直线，斜率几乎恒定且最大 值。 第Ⅲ阶段：抛物线硬化阶段。 特点：硬化曲线呈抛物线状。
39
2）解释：位错的运动
易滑移阶段:应力低，少量的软取向滑移系开动位错受 阻碍少，易运动。流变较大。
Mg,Zn,Ti
Mg,Zr,Ti Mg,Ti
8
3 临界分切应力
滑移是在切应力作用下发生的
滑移发生的力学条件：滑移系是否发生滑动，决定于 沿此滑移系的分切应力的大小，当分切应力达到某一 临界值时，滑移才能发生。
力学模型： 设：
轴向拉力P，拉伸轴与滑移面法向ON及滑移 方向OT的夹角分别为φ和 λ 。 则：P在滑移方向的分力为Pcos λ 滑移面的面积为A/cos φ
晶体结构 面心立方
体心立方
滑移面 {111}×4 {110}×6 {121}×12 {123}×24 {0001}×1
{1010} {1011}
滑移方向 <110>×3
×2 <111> ×1
×1 ×3
<1120>
滑移系数目 12 12 12 24
3
3 6
常见金属 Cu,Al,Ni,Au
Fe,W,Mo Fe,W Fe
4 滑移时晶体的转动 1）位向和晶面的变化 滑移过程中，滑移面和滑移方向的转动必然导致取向 因子的改变。 2）取向因子的变化 几何硬化 几何软化
11
5 多滑移 1）单滑移：只有一组滑移系处于最有利的取向（m最 大）时，分切应力最大，便进行单系滑移。 2）多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的 滑移。 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 3）交滑移 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滑移。
自由变化
多晶体变形协调性：多晶体的每个晶粒都处于其他晶 粒的包围之中，其变形必须与周围的晶粒相互协调配 合。
结果：多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力 也高于单晶体。
20
二、晶界的影响
1多晶体变形的现象
2晶粒大小与性能的关系
晶粒越细，强度越高，塑性韧 性越好。
1）对强度的影响－细晶强化
霍尔－配奇公式: HALL-PETCH公式
吕德斯带扩展：应力降到下屈服点， 吕德斯带沿试样长度方向扩展开来， 此即屈服延伸阶段。当屈服扩展到整 个试样标距范围时，屈服延伸阶段即 告结束。
吕德斯带危害：因屈服延伸区的不均
匀变形（吕德斯带）使工件表面粗糙
不同。
24
2 应变时效 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
低碳钢时效图
25
三 多相合金的塑性变形
ss=s0+kd-1/2
2）对塑性、韧性的影响
21
第四节 合金的塑性变形
提高强度的另一方法是合金化。合金塑性变形的基本 方式仍是滑移和孪生，但因组织、结构的变化，塑性 变形各有特点。 一、固溶体的塑性变形 1 固溶强化现象 影响因素： 1）熔质原子不同， 强化效果不同
22
2）熔质原子浓度提高，强化作用越大，但不保持线性 关系，低浓度时强化效应更为显著。
1）两相都具有较好的塑性，合金的变形阻力决定于
两相的体积分数。 11 2 2
2）软基体＋硬第二相合金的性能除与两相的相对含 量有关外，在很大程度上取决于脆性相的形状和分布。 ➢第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）,易沿晶脆断； 原因：因塑性相晶粒被脆性相包围分割，少量塑变即 脆断
27
两相呈层片状分布（珠光体）； 特点：变形主要集中在基体相中，位错的移动被限制 在很短的距离内，增加了继续变形的阻力，使其强度 提高。 片层间距越小，其强度越高 ➢第二相呈颗粒状分布（球状渗碳体）。 强度降低，塑性、韧性得到改善
3）熔质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作 用也越大。 4）形成间隙固熔体的熔质元素比形成置换固熔体的熔 质元素的强化作用大。 5）熔质原子与基体金属的价电子数相差越大，则固熔 强化作用越强。
特点：晶体结构类型并未改变 。 滑移的组织形态：光镜下：滑移带（无重现性）。
电境下：滑移线。 显微组织特点：抛光后可能看不见。 2 滑移系 滑移是沿着特定的晶面 和 晶向进行的。
滑移面 （密排面） 滑移方向（密排方向） 滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个 滑移系
6
每一个滑移系表示晶体进 行滑移时可能采取的一个 空间方向。滑移过程可能 采取的空间取向越多，塑 性越好
37
2 加工硬化的作用 1）强化金属的一种方法，对一些不能用热处理强化 （固态下无相变）的材料尤为重要。 2）加工硬化使塑性变形能够均匀地分布于整个工件， 不致集中在某些局部区域而引起破裂。 3）加工硬化还可以提高零件或构件在使用中的安全 性。 4）加工硬化使金属在冷加工过程中，变形抗力会不 断增加，增加动力及设备消耗。
18
第三节 多晶体的塑性变形
多晶体塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。 一、晶粒取向的影响 1 变形过程 位错在晶界塞积——应力集中——相邻晶粒位错源开 动——相邻晶粒变形——塑变
19
2 晶粒之间变形的协调性 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变
形会导致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的
单相合金的强化：加入第二相形成多相合金。 第二相可通过相变热处理（沉淀强化，时效强化）或 粉末冶金方法（弥散强化）获得 多相合金根据第二相粒子的尺寸大小分类
多相合金
聚合型
第二相的尺寸与基体晶 粒尺寸属同一数量级
弥散型
第二相很细小，且弥散分
布于基体晶粒内
26
1 聚合型两相合金的变形 性能按下列方法估计
滑移系的特点：
1）滑移面总是晶体的密排面，而滑移方向也总是密排 方向。
2）每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。滑移 系的多少在一定程度上决定了金属塑性的好坏。
滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的
滑移方向的个数）。
7
➢ 在其他条件相同时，金属塑性的好坏不只取决于滑 移系的多少，还与滑移面原子密排程度及滑移方向 的数目等因素有关
35
3 第三类残余应力（sⅢ）： 点阵畸变:由位错、空位等引起。80-90%。 作用：使金属处于热力学不稳定状态，是“回复和 再结晶”的驱动力
36
四 塑性变形对性能的影响 1 应变硬化（加工硬化） 定义：冷变形金属随着塑性变形量的增加，金属的强度、 硬度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化， 也称形变强化。
1
典型的应力应变－曲线
2
二 真实应力应变曲线 真实应力应是瞬时载荷P与瞬时面积F之比 真应变e应是瞬时伸长量除以瞬时长度，即
S P F
e de l dl ln l ln(l )
l l0
l0
均匀塑性变形阶段的真应力-真 应变曲线，称为流变曲线，它们 之间的关系如下：
S ken
n值越大，变形时的强化效果越明
16
变形部分与未变形部分以孪晶面为准，构成镜面对称， 形成孪晶。孪晶在显微镜下呈带状或透镜状。 2 孪生变形的特点
1）孪生使一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是 不均匀的，只集中在一些滑移面上进行。 2）孪生后晶体变形部分与未变形部分成镜面对称关 系，位向发生变化。
17
3）孪生比滑移的临界分切应力高，萌发于滑移受阻 因其的局部应力集中区。
第六章 塑性变形
第一节 金属的应力应变曲线
一 工程应力应变曲线 拉伸试验基本过程：将GB6397-86制作的标准试样 （长试样l＝10d和短试样l=5d）放在拉伸试验机上缓 慢拉伸，试样在载荷P下缓慢伸长，直至断裂.。通过 拉伸试验，拉伸试验机记录和绘制出载荷P和伸长量 △l=l-l0 的关系曲线称之为拉伸图。最后在拉伸图的 基础上得到工程应力－应变曲线。
显
3
本章介绍的内容：由简单到复杂
单晶体塑 性变形
多晶体塑 性变形
单相
多相
合金塑性 变形
机理
塑性变形组织 及性能
4
第二节 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。 一、滑移 1 滑移现象 定义：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部 分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产 生相对位移。
P在滑移方向的分切应力为
P cos A/ cos
P cos cos
A
o
cos cos
9
当s＝ ss，外加应力等于屈服强度时： 宏观上：晶体出现塑性变形。 微观上：晶体开始滑移。此时滑移方向上的分切应力 达到临界值，称为临界分切应力。 tk：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
k sm m cos cos
30
第五节 冷变形金属的组织与性能
一、对显微组织的影响 1 形成纤维组织 塑性变形量很大时，各晶粒已不能分辨而成为一片如 纤维状的条纹，称为纤维组织 1）晶粒拉长;2）杂质呈细带状或链状分布。
纤维组织具有明显的各向异性，纵向的强度和塑性高 于横向。
2 形成大量亚结构
即形成变形亚晶
亚晶粒是加工硬化
的原因之一
12
多滑移
13
交滑移
14
交滑移和多滑移的区别： 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带；发生交滑移 时会出现曲折或波纹状的滑移带。 交滑移必须是纯螺型位错，因其滑移面不受限制。可 以同时进行共向滑移。 6 滑移的位错机制 位错线看作是晶体中已滑移区域和未滑移区域的分界。
15
二 孪生 1 孪生现象 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向的镜面 对称关系。
38
3 加工硬化曲线 1）典型的单晶体加工硬化曲线 第Ⅰ阶段 ：易滑移阶段 特点：此阶段接近于直线，其斜率很小。 第Ⅱ阶段：线性硬化阶段。 特点：应力急剧增加，呈直线，斜率几乎恒定且最大 值。 第Ⅲ阶段：抛物线硬化阶段。 特点：硬化曲线呈抛物线状。
39
2）解释：位错的运动
易滑移阶段:应力低，少量的软取向滑移系开动位错受 阻碍少，易运动。流变较大。
Mg,Zn,Ti
Mg,Zr,Ti Mg,Ti
8
3 临界分切应力
滑移是在切应力作用下发生的
滑移发生的力学条件：滑移系是否发生滑动，决定于 沿此滑移系的分切应力的大小，当分切应力达到某一 临界值时，滑移才能发生。
力学模型： 设：
轴向拉力P，拉伸轴与滑移面法向ON及滑移 方向OT的夹角分别为φ和 λ 。 则：P在滑移方向的分力为Pcos λ 滑移面的面积为A/cos φ
晶体结构 面心立方
体心立方
滑移面 {111}×4 {110}×6 {121}×12 {123}×24 {0001}×1
{1010} {1011}
滑移方向 <110>×3
×2 <111> ×1
×1 ×3
<1120>
滑移系数目 12 12 12 24
3
3 6
常见金属 Cu,Al,Ni,Au
Fe,W,Mo Fe,W Fe
4 滑移时晶体的转动 1）位向和晶面的变化 滑移过程中，滑移面和滑移方向的转动必然导致取向 因子的改变。 2）取向因子的变化 几何硬化 几何软化
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5 多滑移 1）单滑移：只有一组滑移系处于最有利的取向（m最 大）时，分切应力最大，便进行单系滑移。 2）多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的 滑移。 发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。 3）交滑移 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滑移。
自由变化
多晶体变形协调性：多晶体的每个晶粒都处于其他晶 粒的包围之中，其变形必须与周围的晶粒相互协调配 合。
结果：多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力 也高于单晶体。
20
二、晶界的影响
1多晶体变形的现象
2晶粒大小与性能的关系
晶粒越细，强度越高，塑性韧 性越好。
1）对强度的影响－细晶强化
霍尔－配奇公式: HALL-PETCH公式
吕德斯带扩展：应力降到下屈服点， 吕德斯带沿试样长度方向扩展开来， 此即屈服延伸阶段。当屈服扩展到整 个试样标距范围时，屈服延伸阶段即 告结束。
吕德斯带危害：因屈服延伸区的不均
匀变形（吕德斯带）使工件表面粗糙
不同。
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2 应变时效 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
低碳钢时效图
25
三 多相合金的塑性变形
ss=s0+kd-1/2
2）对塑性、韧性的影响
21
第四节 合金的塑性变形
提高强度的另一方法是合金化。合金塑性变形的基本 方式仍是滑移和孪生，但因组织、结构的变化，塑性 变形各有特点。 一、固溶体的塑性变形 1 固溶强化现象 影响因素： 1）熔质原子不同， 强化效果不同
22
2）熔质原子浓度提高，强化作用越大，但不保持线性 关系，低浓度时强化效应更为显著。
1）两相都具有较好的塑性，合金的变形阻力决定于
两相的体积分数。 11 2 2
2）软基体＋硬第二相合金的性能除与两相的相对含 量有关外，在很大程度上取决于脆性相的形状和分布。 ➢第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）,易沿晶脆断； 原因：因塑性相晶粒被脆性相包围分割，少量塑变即 脆断
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两相呈层片状分布（珠光体）； 特点：变形主要集中在基体相中，位错的移动被限制 在很短的距离内，增加了继续变形的阻力，使其强度 提高。 片层间距越小，其强度越高 ➢第二相呈颗粒状分布（球状渗碳体）。 强度降低，塑性、韧性得到改善
3）熔质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作 用也越大。 4）形成间隙固熔体的熔质元素比形成置换固熔体的熔 质元素的强化作用大。 5）熔质原子与基体金属的价电子数相差越大，则固熔 强化作用越强。