第八章材料的塑性变形 材料科学基础课件
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《材料科学基础》材料的塑性变形
说明晶界本身对强度的贡献不是主要的，而 对强度的贡献主要来自晶粒间的取向差。
44
因相邻晶粒取向不同，为保持形变时应变 连续，各晶粒形变要协调，在晶界附近会进行多 系滑移。 正是这些多系滑移增加了形变阻力，从而增 加强度。
45
1. 晶粒越细，强度越高（细晶强化） 实践证明，多晶体的屈服强度σs与晶粒平均 直径 d 的关系满足： s=0+kd-1/2（霍尔－配奇公式） σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky是和晶格类型、弹性模量、位错分布及位错 被钉札程度有关的常数。
34
35
第二节 多晶体的塑性变形
室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同。 但由于相邻晶粒之间取向“软”和“硬” 不同，形变先后以及形变量也不同，以及晶界 的存在，因而多晶体的变形既需要克服晶界的 阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合。
36
多晶体中晶粒取向
37
一、 晶界和晶粒位向对塑性变形的影响
软取向，值大；硬取向，值小。
16
4. 滑移时晶体的转动 若晶体在拉伸时不受约束，滑移时各滑移层 会像推开扑克牌一样一层层滑开，每一层和力轴 的夹角φ保持不变。 但在实际拉伸中，夹头不能移动，这迫使晶 体在力偶作用下发生转动，在靠近夹头处由于夹 头的约束晶体不能自由滑动能产生弯曲，在远离 夹头的地方，晶体发生转动，转动的方向是使滑 移方向转向力轴。
材料的塑性变形
Plastic Deformation of Materials
1
2
弹性变形－塑性变形－断裂
3
第一节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生。
一、滑移
1. 滑移：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，且不破坏晶体内部原子 排列规律性的塑性变形方式。
44
因相邻晶粒取向不同，为保持形变时应变 连续，各晶粒形变要协调，在晶界附近会进行多 系滑移。 正是这些多系滑移增加了形变阻力，从而增 加强度。
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1. 晶粒越细，强度越高（细晶强化） 实践证明，多晶体的屈服强度σs与晶粒平均 直径 d 的关系满足： s=0+kd-1/2（霍尔－配奇公式） σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky是和晶格类型、弹性模量、位错分布及位错 被钉札程度有关的常数。
34
35
第二节 多晶体的塑性变形
室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同。 但由于相邻晶粒之间取向“软”和“硬” 不同，形变先后以及形变量也不同，以及晶界 的存在，因而多晶体的变形既需要克服晶界的 阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合。
36
多晶体中晶粒取向
37
一、 晶界和晶粒位向对塑性变形的影响
软取向，值大；硬取向，值小。
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4. 滑移时晶体的转动 若晶体在拉伸时不受约束，滑移时各滑移层 会像推开扑克牌一样一层层滑开，每一层和力轴 的夹角φ保持不变。 但在实际拉伸中，夹头不能移动，这迫使晶 体在力偶作用下发生转动，在靠近夹头处由于夹 头的约束晶体不能自由滑动能产生弯曲，在远离 夹头的地方，晶体发生转动，转动的方向是使滑 移方向转向力轴。
材料的塑性变形
Plastic Deformation of Materials
1
2
弹性变形－塑性变形－断裂
3
第一节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生。
一、滑移
1. 滑移：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，且不破坏晶体内部原子 排列规律性的塑性变形方式。
大学材料科学基础第八章材料的变形与断裂(1)
六方晶系则需画图判定。
滑移系数量与金属的塑性 滑移系代表了晶体滑移时可能采取的空间取向，晶 体中滑移系数量越多，滑移时可能采取的空间取向就 越多，滑移就越容易进行，金属的塑性便越好。 面 心 立 方 金 属 ： Cu，Al，Au，Ag,，Ni，γ－Fe， 奥氏体钢，体心立方金属α－Fe，铁素体，Mo，Nb的 塑性很好，而密排六方金属Mg，Zr，Be，Zn的塑性 则较差。当然滑移系数量并不是决定金属塑性高低唯 一的因素，合金的成分、强度的高低、加工硬化的能 力等也会影响到金属的塑性。试验表明，奥氏体钢的 塑性要优于铁素体钢。
金属拉伸曲线分析。 1 弹性变形阶段：ζ－ε呈直线关系。
（弹）塑性变形阶段： ζ-ε不遵循虎克定律
2 均匀塑性变形阶段：屈服阶段：ε增加，ζ基本保 持不变， ζ－ε呈非线性关系。 3 颈缩阶段（局部变形阶段）：变形集中在局部区 域。 4 断裂阶段：从颈缩到断裂。
拉伸试验可以得到以下强度指标和塑性指标：
拉伸条件下滑移系上分切应力的计算。
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
θ－滑移面法线与拉伸轴的夹角
4 力轴作用在任意方向
二、孪晶（孪生）变形
孪生也是金属塑性变形的一种形式，一般情况下， 金属晶体优先以滑移的方式进行塑性变形，但是当滑 移难以进行时，塑性变形就会以生成孪晶的方式进行， 称为孪生。例如滑移系较少的密排六方晶格金属，当 处于硬取向时，滑移系难以开动，就常以孪生方式进 行变形。滑移系较多的fcc、bcc结构的金属一般不发 生孪生变形，但在极低的温度下变形或是形变速度极 快时，也会以孪生的方式进行塑性变形。 定义：晶体在难以进行滑移时而发生的另一种塑 性变形方式，其特点是变形以晶体整体切变的形式 进行而不是沿滑移系发生相对位移。
西北工业大学材料考研材料科学基础PPT课件
2.力学性能：
（1）弹性模量是材料应力-应变曲线上弹性变 形段的斜率，在拉伸变形中通常称它为杨式模量， 以E表示。而结合键能是影响弹性模量的主要因 素，结合键能越大，则“弹簧”越“硬”，原子 之间距离的移动所需要的外力就越大，即弹性模 量越大。如金刚石具有最高的弹性模量值， E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化 物等结合键能也较高，它们的弹性模量为250600GPa；由金属键结合的金属材料，弹性模量略 低些，一般约为70-350GPa；而聚合物由于二次 键的作用，弹性模量仅为0.7-3.5GPa。
质上是一个裸露的质子，对另一个电负性值较
大的原子Y表现出较强的吸引力，这样，氢原子
便在两个电负性很强的原子（或原子团）之间形
成一个桥梁，把二者结合。起来，成为氢键。所
以氢键可以表达为：X-H—Y。
氢与X原子
（或原子团）为离子键结合，与Y之间为氢键结
合，通过氢键将X、Y结合起来，X与Y可以相同或
不同。
正由于大多数工程材料的结合键是混合 的，混合的方式比例又随材料的组成而变， 因此材料的性能可在很广的范围变化。从
而满足工程实际各种不同的需要。
（4）结合键的本质及原子间距
固体中原子是依靠结合键力结合起来的
不论是何种类型的结合键，固体原子间 总 存在着两种力：一是吸引力，来源于电荷 间的静电吸引；二是同种电荷之间的排斥 力。当距离很远时，排斥力很小，只有当 原子间接近至电子轨道互相重叠时，排斥 与吸引力相等，两原子便稳定在此相对位 置上，这一距离r0相当于原子的平衡距离， 或称为原子间距。当原子距离被外力拉开 时，吸引力则力图使它们回到平衡距离r0
料硬而脆。原子排列不紧密，晶体结构复杂， 故共价键晶体陶瓷密度低。
（1）弹性模量是材料应力-应变曲线上弹性变 形段的斜率，在拉伸变形中通常称它为杨式模量， 以E表示。而结合键能是影响弹性模量的主要因 素，结合键能越大，则“弹簧”越“硬”，原子 之间距离的移动所需要的外力就越大，即弹性模 量越大。如金刚石具有最高的弹性模量值， E=1000GPa；其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化 物等结合键能也较高，它们的弹性模量为250600GPa；由金属键结合的金属材料，弹性模量略 低些，一般约为70-350GPa；而聚合物由于二次 键的作用，弹性模量仅为0.7-3.5GPa。
质上是一个裸露的质子，对另一个电负性值较
大的原子Y表现出较强的吸引力，这样，氢原子
便在两个电负性很强的原子（或原子团）之间形
成一个桥梁，把二者结合。起来，成为氢键。所
以氢键可以表达为：X-H—Y。
氢与X原子
（或原子团）为离子键结合，与Y之间为氢键结
合，通过氢键将X、Y结合起来，X与Y可以相同或
不同。
正由于大多数工程材料的结合键是混合 的，混合的方式比例又随材料的组成而变， 因此材料的性能可在很广的范围变化。从
而满足工程实际各种不同的需要。
（4）结合键的本质及原子间距
固体中原子是依靠结合键力结合起来的
不论是何种类型的结合键，固体原子间 总 存在着两种力：一是吸引力，来源于电荷 间的静电吸引；二是同种电荷之间的排斥 力。当距离很远时，排斥力很小，只有当 原子间接近至电子轨道互相重叠时，排斥 与吸引力相等，两原子便稳定在此相对位 置上，这一距离r0相当于原子的平衡距离， 或称为原子间距。当原子距离被外力拉开 时，吸引力则力图使它们回到平衡距离r0
料硬而脆。原子排列不紧密，晶体结构复杂， 故共价键晶体陶瓷密度低。
材料科学基础 8 晶体的塑性变形【北京科技大学】
16
•临界分切应力与温度间的关系
长程交互作用引起的阻力随温度的变化是很小的。对于如位错 和林位错相截形成割阶或带着割阶滑动等短程交互作用引起的 阻力，因为这些过程只涉及几个原子间距，热激活对这些过程 会有很大作用。温度上升使这些过程易于进行，所以临界分切 应力随温度上升而降低。当温度高时，热激活提供足够的能量， 使得临界分切应力不再随温度变化。
原因：溶质气团；
27
对性能的影响: 工件表面质量; 吕德斯带;
防止方法: 去除C，N(IF钢)；预变形使位错摆脱钉扎2；8
8.3.2 加工硬化理论
•多种机制： (1)位错滑动和林位错交割，增加阻力。 (2)林位错使F-R源产Th割阶，带割阶的位错运动阻力加大。 (3)形成的L-C不动位错增大了形变的抗力。 (4)由局部应力场（短程交互作用）引起硬化。
sin 0
1 si0n2 (1 ) 2
1 ( sin 0
(1 ) 2 sin2 0 cos 0 )
0和0分别是滑移平面和滑移方向与 力轴的初始夹角。若知道拉伸转动后
的最终取向1和1，则也可以把切应 变表达为：
cos 1 cos 0 sin 1 sin 0
19
• 单晶应力-应变曲线 它是定量描述加工硬化性质的依据。 前提：初始取向下只有1个滑移系开动。
孪Th
滑移
33
锌形变组织 (a)抛光后变形；滑移、孪Th都可看到； (b)再抛光并浸蚀；滑移看不见，孪晶仍存在；
34
8.4.1 孪晶几何
和切变平面垂直并和K1的夹角小于的面（OA面），在孪Th切动 后变短；和切变平面垂直并和K1的夹角大于的面（OB面）在孪
Th切动后变长。
孪晶要素 第一、二不畸变面K1、 K2
•临界分切应力与温度间的关系
长程交互作用引起的阻力随温度的变化是很小的。对于如位错 和林位错相截形成割阶或带着割阶滑动等短程交互作用引起的 阻力，因为这些过程只涉及几个原子间距，热激活对这些过程 会有很大作用。温度上升使这些过程易于进行，所以临界分切 应力随温度上升而降低。当温度高时，热激活提供足够的能量， 使得临界分切应力不再随温度变化。
原因：溶质气团；
27
对性能的影响: 工件表面质量; 吕德斯带;
防止方法: 去除C，N(IF钢)；预变形使位错摆脱钉扎2；8
8.3.2 加工硬化理论
•多种机制： (1)位错滑动和林位错交割，增加阻力。 (2)林位错使F-R源产Th割阶，带割阶的位错运动阻力加大。 (3)形成的L-C不动位错增大了形变的抗力。 (4)由局部应力场（短程交互作用）引起硬化。
sin 0
1 si0n2 (1 ) 2
1 ( sin 0
(1 ) 2 sin2 0 cos 0 )
0和0分别是滑移平面和滑移方向与 力轴的初始夹角。若知道拉伸转动后
的最终取向1和1，则也可以把切应 变表达为：
cos 1 cos 0 sin 1 sin 0
19
• 单晶应力-应变曲线 它是定量描述加工硬化性质的依据。 前提：初始取向下只有1个滑移系开动。
孪Th
滑移
33
锌形变组织 (a)抛光后变形；滑移、孪Th都可看到； (b)再抛光并浸蚀；滑移看不见，孪晶仍存在；
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8.4.1 孪晶几何
和切变平面垂直并和K1的夹角小于的面（OA面），在孪Th切动 后变短；和切变平面垂直并和K1的夹角大于的面（OB面）在孪
Th切动后变长。
孪晶要素 第一、二不畸变面K1、 K2
材料科学基础-第八章
老师提示 再结晶生成的新的晶粒的 晶格类型与变形前、变形后的晶格类 型均一样。
2.再结晶温度
发生再结晶的温度是一个温度范围，并非一 恒定温度。
再结晶温度指的是最低再结晶温度(T再)。用
经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属,经1 小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=(0.35～0.4)T熔点
变形抗力越大，金属的强度
就越大。
多晶体的塑性变形
2. 晶粒分批逐步变形
软滑位移时向，晶软粒位的向滑晶移粒面先和开滑始移，方硬向位接向近晶于粒最 大后切滑应移力。方变向形。分散在材料各处。
硬晶位 粒向 越细晶，粒变的形滑越移分面散和，滑减移少方了向应与力最集大中切， 应推力 迟方 裂向 纹形相成差和较发大展。，金属塑性提高。
4．断后伸长率
拉伸试验时,试样能够进行的伸长量可以说明该金属材料的延性 大小。金属的延性通常都是用在一定标距长度(通常为50 mm)内的 断后伸长率(δ)来表示。一般说来,延性愈好,断后伸长率愈高。例如, 厚度为16mm的工业纯铝板在退火状态下的断后仲长率可以高达35 ％,而同样厚度的高强度铝合金在充分强化状态的断后伸长率只有11 ％。
形变织构示意图
2.塑性变形对金属性能的影响
（1）加工硬化 金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属 的强度和硬度显著升高, 塑性和韧性明 显下降。这种现象称为加工硬化，也叫 形变强化。
工程应用：在生 产中可通过冷轧、 冷拔提高钢板或钢 丝的强度。
产生加工硬化的原因: 塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用 增强, 相互缠结, 位错运动阻力增大, 塑性变形抗力 提高。 同时晶粒破碎细化, 强度提高。
二、再结晶 1.再结晶对金属组织、性能的影响
2.再结晶温度
发生再结晶的温度是一个温度范围，并非一 恒定温度。
再结晶温度指的是最低再结晶温度(T再)。用
经大变形量(70%以上)的冷塑性变形的金属,经1 小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=(0.35～0.4)T熔点
变形抗力越大，金属的强度
就越大。
多晶体的塑性变形
2. 晶粒分批逐步变形
软滑位移时向，晶软粒位的向滑晶移粒面先和开滑始移，方硬向位接向近晶于粒最 大后切滑应移力。方变向形。分散在材料各处。
硬晶位 粒向 越细晶，粒变的形滑越移分面散和，滑减移少方了向应与力最集大中切， 应推力 迟方 裂向 纹形相成差和较发大展。，金属塑性提高。
4．断后伸长率
拉伸试验时,试样能够进行的伸长量可以说明该金属材料的延性 大小。金属的延性通常都是用在一定标距长度(通常为50 mm)内的 断后伸长率(δ)来表示。一般说来,延性愈好,断后伸长率愈高。例如, 厚度为16mm的工业纯铝板在退火状态下的断后仲长率可以高达35 ％,而同样厚度的高强度铝合金在充分强化状态的断后伸长率只有11 ％。
形变织构示意图
2.塑性变形对金属性能的影响
（1）加工硬化 金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属 的强度和硬度显著升高, 塑性和韧性明 显下降。这种现象称为加工硬化，也叫 形变强化。
工程应用：在生 产中可通过冷轧、 冷拔提高钢板或钢 丝的强度。
产生加工硬化的原因: 塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用 增强, 相互缠结, 位错运动阻力增大, 塑性变形抗力 提高。 同时晶粒破碎细化, 强度提高。
二、再结晶 1.再结晶对金属组织、性能的影响
材料科学基础——塑性变形
滑移带
Slip band
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals 3. 临界分切应力 (Critical resolving shear stress)
6.2
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals 临界分切应力
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals 2. 滑移带与滑移线(Slip band and Slip line)
6.2
Al 单 晶
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals 滑移线
6.2
Slip line
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals
6.2
扭折(Kink)
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals
6.2
6.2.2 滑移(Slip)
滑移：外力作用下晶体的一部分相对于另一部分 沿一定晶面和晶向发生滑动位移，且不破坏晶体 内部原子排列规律性的塑性变形机制。
成分和组织：金属越纯，塑性越好
晶粒度：晶粒细小，强度、塑韧性均好 外因： 温度：低温易脆断 应力状态和裂纹：微裂纹大，拉应力状态，易脆断
应变速率：应变速率大，易发生脆性断裂
单晶体的塑性变形
Plastic deformation of single crystals
6.2
滑移 (Slip)
孪生(Twin)
即使完全消除装置的各种阻力其摆动振幅也会
金属材料的塑性变形课件
热轧工艺
总结词
热轧工艺是一种在高温下对金属材料进行塑性变形的加工方法，通过将金属材料加热至一定温度后进 行轧制，使其发生塑性变形。
详细描述
热轧工艺通常在高温下进行，将金属材料加热至其塑性变形温度范围后进行轧制。在轧制过程中，金 属材料的晶格结构发生变化，导致其形状和尺寸发生改变。热轧工艺可以生产出大尺寸、形状简单的 金属制品，广泛应用于钢铁、铜、铝等金属材料的加工。
金属材料的塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生相对移动
。
孪生
金属晶体在切应力的作用下，晶 体的一部分相对于另一部分沿着 一定的晶面和晶向发生较大的相 对移动，但不改变晶体的对称性
的变形方式。
晶界滑移
晶界在切应力的作用下发生相对 移动，使整个晶体发生变形。
形加工，以确保其性能和安全性。
05
金属材料塑性变形的挑战与展 望
金属材料塑性变形的挑战
01
加工硬化
金属在塑性变形过程中，随着 变形程度的增加，材料的强度 和硬度逐渐提高，导致继续变 形所需的应力不断增加。这使 得金属的塑性变形变得困难， 甚至可能导致加工中止。
02
温度影响
金属材料的塑性变形受温度影 响较大。在低温环境下，金属 材料的塑性变形能力会显著降 低，可能导致脆性断裂。而在 高温环境下，金属可能会发生 氧化、腐蚀等反应，影响其力 学性能。
锻造工艺
总结词
锻造工艺是一种通过施加外力使金属材 料发生塑性变形的加工方法，通常在高 温或室温下进行。
VS
详细描述
锻造工艺可以通过多种方式实现，如自由 锻、模锻等。在锻造过程中，金属材料被 施加外力，使其发生塑性变形，以获得所 需的形状和性能。锻造工艺可以生产出高 强度、高韧性的金属制品，广泛应用于航 空、汽车、船舶等领域的金属加工。
材料的塑性变形ppt课件
修正：m’≈ G - G 或m’≈ G 。
10 50
30
14
2.3 晶格缺陷——位错
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
（1）定义：线状缺陷。
实际晶体在结晶时，受到杂质、温度变化或振动产 生的应力作用或晶体由于受到打击、切割等机械应力作 用，使晶体内部原子排列变形，原子行列间相互滑移， 不再符合理想晶体的有序排列，形成线状缺陷，即为位 错。
作用在晶体上的切应力与原子位移之间的关系：=msin 2π x b
τm——完整晶体屈服强度，晶 体受到的切应力超过τm后产生永久 变形，即为晶体的塑性变形。
a.E-x变化曲线； b. τ-x变化曲线
12
2.2 理想晶体的强度
在原子位移很小的情况下，-x曲线的斜率为/x, 故m 2π =
如果半个原子面在滑移面上方，称为正刃位错，以符 号“⊥”表示；反之称为负刃位错，以符号“┬”表示。 符号中水平线代表滑移面，垂直线代表半个原子面。
正刃位错
负刃位错
22
（2）位错的类型
b.螺位错——螺位错的产生
23
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
4
2.1 概述
2. 度量塑性的指标
延伸率：
L L0 100 %
L0
断面收缩率： A A0 100%
A0
工程上： 5% （塑性/韧性材料）
5% （脆性材料）
5
2.1 概述
3. 影响因素
①温度；（MgO高温下表现一定的塑性）。 ②加载方式；（拉应力、压应力）——铸铁施加压力表 现为塑性变形；受拉伸应力表现为脆性变形。
15
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
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晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬
4h
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化
（4）固溶强化的影响因素 溶质原子含量越多，强化效果越好； 溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好； …………………价电子数差越大，强化效果越好； 间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用 （1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少 穿过。
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用
（3）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻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
典型晶格的滑移系
FCC
滑移系对性能的影响
➢ 晶体中滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性便愈大， 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。
第八章 材料的塑性变形
• 变形概述 • 单晶体的滑移 • 滑移的位错理论分析 • 多晶体的塑性变形 • 其他塑性变形方式 • 塑性变形对组织性能的影响
第一节 变形概述
• 名词概念 • 变形过程 • 弹性变形 • 塑性变形 • 塑性变形的方式
塑性变形
1. 定义：不能恢复的永久性变形叫塑性变形。当应力 大于弹性极限时，材料不但发生弹性变形，而且还 发生塑性变形，即在外力去除后，其变形不能得到 完全的恢复，而具有残留变形或永久变形。
（2）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑 移面的过程； 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。
下面讲解一下孪生
（1）孪生：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。
孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012}
c＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体易滑移；
软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。
几何硬化：，远离45，滑移变得困难 几何软化；，接近45，滑移变得容易
例题1 镁单晶体的试样拉伸时，3个滑移方向 与拉伸轴分别相交成38度，45度和85度，而 基面法线与拉伸轴相交成60度，如果在拉应 力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg
图示一单晶体单向拉 伸，滑移面法线方向与外 力的夹角为φ，滑移方向 和拉力轴的夹角为λ，注 意到滑移方向、拉力轴和 滑移面的法线三者一般不 在一平面，即 φ+λ≠900 。
施密特定律
滑移方向上的分切应力为：
其中 称为取向因子或施密特因 子。当φ+λ= 900，取向 因子有最大值0.5。
施密特定律
2. 塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸 长率(δ%)或断面减缩率(ψ%)表示。
3. 实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原 子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。
第二节 单晶体的塑性变形
首先讲解单晶体的滑移过程 • 滑移概念 • 过程说明 • 滑移系 • 施密特定律 • 临界分切应力 • 滑移变形的主要特点
的临界分切应力为多少？镁的滑移面是 （0001）面
作业：
1、有一bcc晶面的（1-10）[111]滑移系的临界分 切应力为60MPa，试问在[001]和[010]方向必须 施加多少的应力才会产生滑移？
2、已知纯铝τc=0.79MPa，问 1）使（-111）面产生[101]方向的滑移，则在[001]
（2）孪生的晶体学 A1<112>,A2<111>,A3<1011>
孪生方向
孪晶区
第三节 多晶体的塑性变形
1 晶粒之间变形的传播 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
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。（保证晶粒形状的自由变 化）
方向上应该施加多大的力？
2）使（-111）面产生[110]方向的滑移呢？
多滑移
（1）滑移的分类 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移： 单滑移：
（2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等 的一组滑移系。
交滑移
（1）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。
度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动；
（2）强化机制 柯氏气团强化。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现
象；去载后放置一段时间或200℃加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一常数，是滑移的临界 分切应力，即在滑移面上沿滑移方面开始滑移的 最小分切应力 (外力在滑移方向上的分解) ，但 材料的屈服强度σs则随拉力轴相对于晶体的取 向不同而不同，即晶体材料存在各向异性。
滑移的临界分切应力（c）
c取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
➢ 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，为什么？而具有密排六方 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。
施密特定律
直接推动滑移的是在 滑移方向上的分切应力。 在同一外加应力作用下， 不同的滑移系因自己的取 向不同，对应的分切应力 也不相同。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬
4h
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化
（4）固溶强化的影响因素 溶质原子含量越多，强化效果越好； 溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好； …………………价电子数差越大，强化效果越好； 间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用 （1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少 穿过。
第三节 多晶体的塑性变形
3 晶界对变形的阻碍作用
（3）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻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
典型晶格的滑移系
FCC
滑移系对性能的影响
➢ 晶体中滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性便愈大， 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。
第八章 材料的塑性变形
• 变形概述 • 单晶体的滑移 • 滑移的位错理论分析 • 多晶体的塑性变形 • 其他塑性变形方式 • 塑性变形对组织性能的影响
第一节 变形概述
• 名词概念 • 变形过程 • 弹性变形 • 塑性变形 • 塑性变形的方式
塑性变形
1. 定义：不能恢复的永久性变形叫塑性变形。当应力 大于弹性极限时，材料不但发生弹性变形，而且还 发生塑性变形，即在外力去除后，其变形不能得到 完全的恢复，而具有残留变形或永久变形。
（2）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑 移面的过程； 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。
下面讲解一下孪生
（1）孪生：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。
孪生面 A1{111},A2{112},A3{1012}
c＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体易滑移；
软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。
几何硬化：，远离45，滑移变得困难 几何软化；，接近45，滑移变得容易
例题1 镁单晶体的试样拉伸时，3个滑移方向 与拉伸轴分别相交成38度，45度和85度，而 基面法线与拉伸轴相交成60度，如果在拉应 力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg
图示一单晶体单向拉 伸，滑移面法线方向与外 力的夹角为φ，滑移方向 和拉力轴的夹角为λ，注 意到滑移方向、拉力轴和 滑移面的法线三者一般不 在一平面，即 φ+λ≠900 。
施密特定律
滑移方向上的分切应力为：
其中 称为取向因子或施密特因 子。当φ+λ= 900，取向 因子有最大值0.5。
施密特定律
2. 塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸 长率(δ%)或断面减缩率(ψ%)表示。
3. 实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材料内 部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原 子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。
第二节 单晶体的塑性变形
首先讲解单晶体的滑移过程 • 滑移概念 • 过程说明 • 滑移系 • 施密特定律 • 临界分切应力 • 滑移变形的主要特点
的临界分切应力为多少？镁的滑移面是 （0001）面
作业：
1、有一bcc晶面的（1-10）[111]滑移系的临界分 切应力为60MPa，试问在[001]和[010]方向必须 施加多少的应力才会产生滑移？
2、已知纯铝τc=0.79MPa，问 1）使（-111）面产生[101]方向的滑移，则在[001]
（2）孪生的晶体学 A1<112>,A2<111>,A3<1011>
孪生方向
孪晶区
第三节 多晶体的塑性变形
1 晶粒之间变形的传播 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
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。（保证晶粒形状的自由变 化）
方向上应该施加多大的力？
2）使（-111）面产生[110]方向的滑移呢？
多滑移
（1）滑移的分类 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移： 单滑移：
（2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等 的一组滑移系。
交滑移
（1）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。
度提高而塑性、韧性下降的现象。 晶格畸变，阻碍位错运动；
（2）强化机制 柯氏气团强化。
第四节 合金的塑性变形
一 固溶体的塑性变形 2 固溶强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现
象；去载后放置一段时间或200℃加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一常数，是滑移的临界 分切应力，即在滑移面上沿滑移方面开始滑移的 最小分切应力 (外力在滑移方向上的分解) ，但 材料的屈服强度σs则随拉力轴相对于晶体的取 向不同而不同，即晶体材料存在各向异性。
滑移的临界分切应力（c）
c取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
➢ 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，为什么？而具有密排六方 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。
施密特定律
直接推动滑移的是在 滑移方向上的分切应力。 在同一外加应力作用下， 不同的滑移系因自己的取 向不同，对应的分切应力 也不相同。