多晶体塑性变形的特点
塑性成形原理复习题
一、填空1、典型的塑性成形工艺包括拉深,挤压,轧制,拉拔等。
2、金属发生塑性变形时,其晶内变形的主要方式是滑移和孪生。
3、主应变简图采用主应变的个数和方向描述一点的应变状态,满足体积不变条件的应变状态主应变简图有3种。
4、米塞斯和屈雷斯加两个屈服准则相差最大的应力状态是平面应变状态。
5、不考虑材料的弹性,也不考虑材料硬化的材料模型称为理想刚塑性材料;不考虑材料的弹性,考虑材料硬化的材料模型称为刚塑性硬化材料。
6、超塑性成形工艺方法有结构超塑性和动态超塑性。
(相变超塑性)7、米塞斯和屈雷斯加两个屈服准则一致的应力状态是单向应力状态。
8、按照加工特点来分,塑性成形可以分为块料成形和板料成形两大类,其中,常见的块料成形包括拉拔,锻造,挤压,轧制等工艺。
9、冷挤压钢制零件时,需要对制件表面进行磷化处理,磷化处理后必须进行润滑处理,常用的润滑方法是表面皂化。
10、主应力简图共有9种。
满足体积不变条件的主应变简图共有3种。
11、应力偏张量引起物体产生形状变化;应力球张量引起物体产生体积变化。
12、多晶体的塑性变化包括晶内变形和晶间变形,其中,晶间变形的主要方式是滑移。
13、对数应变的主要特点是准确性、叠加性、可比性。
14、塑性应力应变关系与加载历史有关,变形过程中材料体积不变。
15、单位面积的内力被称为应力。
16、多晶体塑性变形的特点包括:具有不均匀性、不同时性、和相互协调性。
17、塑性成形中的三种摩擦状态分别是:干摩擦,流体摩擦,边界摩擦。
18、常用的求解塑性工程问题的方法有主应力法、滑移线法、上限元法。
19、塑性成形工艺按成形件的特点可以分为块料成形和板料成形。
20、金属发生塑性变形时,其晶内变形的主要方式是滑移和孪生。
21、屈雷斯加屈服准则的物理意义为,当材料的最大剪应力达到某一常数时材料就屈服了;米塞斯屈服准则的物理意义为,当材料的等效应力达到某一定值时,材料就屈服了。
22、关于摩擦产生机理有:表面凸凹学说,分子吸附学说,表面粘着学说。
多晶体的塑性变形机制
多晶体的塑性变形机制在固体力学中，塑性变形指的是材料在受力作用下发生永久形变的过程。
对于多晶体材料，其晶粒的排列会对塑性变形机制产生较大影响。
本文将介绍多晶体塑性变形机制的基本原理，并探讨晶界、位错和滑移等因素在多晶体塑性变形中的作用。
1. 多晶体的结构特点多晶体是由许多晶粒组成的材料，每个晶粒是由同一个晶体结构的晶体单元组成。
晶粒之间的结合称为晶界，晶界的存在对塑性变形机制具有重要的影响。
2. 晶界的作用晶界是晶粒之间的界面，其结构与晶体内部的结构存在差异。
晶界可以阻碍晶体的滑移，限制晶体的塑性变形。
晶界的特殊结构使得晶粒在受力作用下不易发生滑移，从而增加了材料的强度。
此外，晶界还会影响晶体的晶粒生长和晶界迁移，在材料加工和成形过程中起到重要的作用。
3. 位错的作用位错是晶体中的一种缺陷，是晶体结构中的原子偏差或错配。
位错的运动可以引起晶格的畸变和滑移，进而导致材料的塑性变形。
在多晶体材料中，位错在晶粒之间传播并产生滑移，从而实现材料的塑性变形。
位错对材料的强度和韧性有重要影响，是塑性变形机制中不可忽略的因素。
4. 滑移的机制滑移是在晶粒内的位错运动引起的晶体形变。
晶体中存在多个滑面和滑矢量，滑面是晶格面，滑矢量是晶体内位错移动的方向。
当外力作用于晶体时，位错从一个滑面滑移到另一个滑面，这样就实现了晶体的塑性变形。
滑移是晶格错配的唯一处理方式，也是多晶体材料的主要塑性变形机制之一。
5. 多晶体塑性变形的机制综合在多晶体材料中，晶界、位错和滑移是相互关联的，共同作用于塑性变形过程中。
晶界的存在会阻碍滑移，从而提高材料的强度。
位错则通过滑移在晶粒内传播，使得晶体发生塑性变形。
滑移的方向和滑面的选择对材料的塑性变形具有重要影响。
通过合理控制晶粒结构、晶界性质和位错密度等因素，可以调控多晶体材料的塑性变形机制，从而提高材料的塑性和韧性。
总结：多晶体材料的塑性变形机制是一个复杂的过程，涉及晶界、位错和滑移等因素。
机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章
机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章第十一章锻压习题解答11-1多晶体塑性变形有何特点?答：多晶体塑性变形有的特点：①变形分为晶内变形和晶间变形两种。
②多晶体塑性变形首先在那些最有利于变形位向的晶粒中进行。
③各晶粒变形不均匀，每个晶粒内变形也不一致。
11-2何谓冷变形强化?冷变形强化对金属组织性能及加工过程有何影响?答：金属在低温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，金属的硬度和强度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属的冷变形强化或加工硬化。
冷变形强化时，金属内对称面附近的晶格发生畸变，甚至产生晶粒破碎现象，金属的强度和硬度越来越高，而塑性和韧性越来越低，变形抗力越来越大，变形也越困难，需要更大的变形力。
11-3何谓金属的再结晶?再结晶对金属组织和性能有何影响?答：将变形金属加热到该金属熔化温度的0.4倍时，金属原子具有更强的的扩散能力，以碎晶块或其它质点为晶核，成长出与变形前晶格结构相同的新的等细晶粒，这个过程称为再结晶。
再结晶可以完全消除塑性变形变形所引起的硬化现象，并使晶粒得到细化，力学性能甚至比塑性变形前更好。
11-4冷变形和热变形的区别是什么?试述它们各自在生产中的应用。
答：据变形温度和变形后的组织不同，通常把在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，冷变形的金属表现出加工硬化现象，热变形金属的加工硬化随即被再结晶所消除。
冷变形如冷轧、冷挤、冷拔、冷冲压。
冷变形后金属得到强化，并且获得的毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。
热变形如热模锻、热轧、热挤压等。
热变形后获得的毛坯和零件的力学性能(特别是塑性和冲击韧度)很好。
11-5何谓金属的可锻性?影响可锻性的因素有哪些?答：可锻性指金属材料在压力加工时，获得优质零件难易程度的性能。
可锻性受材料本身的性质（如化学成分、组织状态）和外界加工条件（如变形温度、变形速度、应力状态）等因素的影响。
11-6钢的锻造温度是如何确定的?始锻温度和终锻温度过高或过低对锻件质量有何影响?答：1、始锻温度一般控制在固相线以下150～250℃。
材料科学基础重点总结4 材料形变和再结晶
5 材料的形变和再结晶材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作运行中都要受到外力的作用。
材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑性变形，而当外力过大时就会发生断裂。
本章主要内容：一．晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形合金的塑性变形塑性变形对材料组织与性能的影响二．回复和再结晶冷变形金属在加热时的组织与性能变化回复再结晶晶粒长大再结晶织构与退火孪晶5.1 晶体的塑性变形塑性加工金属材料获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材。
塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。
金属在承受塑性加工时，当应力超过弹性极限后，会产生塑性变形，这对金属的结构和性能会产生重要的影响。
5.1.1 单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的两种方式：滑移孪生滑移:滑移是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某些晶面和晶向发生相对滑动。
滑移线：为了观察滑移现象，可将经良好抛光的单晶体金属棒试样进行适当拉伸，使之产生一定的塑性变形，即可在金属棒表面见到一条条的细线，通常称为滑移线.滑移带：在宏观及金相观察中看到的滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平行的更细的线所组成的，称为滑移带。
滑移系：塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。
一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。
滑移的临界分切应力τk晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。
滑移的特点晶体的滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分同时做整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力作用下沿着滑移面逐步移动的结果，因此实际滑移的临界分切应力τk 比理论计算的低得多。
（滑移面为原子排列最密的面）单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动。
工程材料 5 塑性变形
(c) 变形80%
2. 亚组织的细化 塑性变形使晶粒碎化，内部 形成更多位向略有差异的亚晶粒 （亚结构），在其边界上聚集着 大量位错。 3. 产生形变织构 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，会使绝大部分晶 粒的某一位向与外力方向 趋于一致，形成织构。
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 1. 形成纤维组织 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。
(a) 未变形
(b) 变形40%
2. 再结晶退火
把冷变形金属加热到再结晶温度以上，使其产生再结晶的热处 理称为再结晶退火。 生产中金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。
三、晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，金 属晶粒将继续长大是通过晶界的迁移进行的，是大晶粒吞食小 晶粒的过程。这是一个自发的过程。 影响晶粒大小的因素除加热温度和保温时间外，还有晶粒 原始尺寸、杂质的分布、预先变形度等。加热温度和预先变形 度影响最大。
晶粒粗大会使金属的强度，特别是塑性和冲击韧性降低。
1. 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长， 金属晶粒越粗大。
黄铜再结晶后晶粒的长大
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
2. 预变形度的影响
对一般金属，当变形度为2%～10%时，由于变形很不均匀， 会造成晶粒异常长大，应予避免。变形度过大（＞90%），因织 构，晶粒也会粗大。通常变形度为30%～60%。
§9-3 多晶体的塑性变形
2. 多晶体的加工硬化
多晶体晶粒各取向不同， 不可能一个滑移系滑移， 所以，没有典型单晶体的 第Ⅰ阶段--易滑移阶段。 因为多晶体各晶粒变形需 相互协调，至少有5个独 立的滑移系开动，滑移系 启动困难，加工硬化率明 显高于单晶体。
锌的单晶与多晶的应力－应变曲线
K
n
n=0.1-0.5：加工硬化指数
金属强度与位错密度的关系
1. 单晶体的加工硬化 应力-应变曲线明显可分为 三个阶段： I． 易滑移阶段：发生单 滑移，位错移动和增殖所遇 到的阻力很小，θI 很低， 约为10-4G数量级。 II．线性硬化阶段：发生多 系滑移，位错运动困难，θII 远大于θI约为 G/100G/300 ，并接近于常数。
fcc金属
轧制极图 （a）经95%轧制纯铜的{111}极图 （b）Cu-30%Al黄铜经96%轧制的{111}极图
bcc金属
纯铁经98.5%轧制的{200}极图
hcp金属
基面平行于轧面的{0002}极图 （a）镁 （b）锌 （c）钛
无织构 制耳的形成
有织构
Thanks
2. 阻塞作用
晶界90%以上是大角度晶界，其结构复杂，由 约几个纳米厚的原子排列紊乱的区域与原子排列较 整齐的区域交替相间而成，这种晶界本身特性使滑 移受阻而不易直接传到相邻晶粒。现象是竹节效应， 原因是位错滑移不能穿过晶界。
竹节效应
Ni3Al+0.1%B合金拉伸 时滑移带终止于晶界
二. 多晶体变形的特点 不同时性：在外力作用下，软取向晶粒首先达到 临界分切应力，开始变形，随着晶体的转动，软硬 取向易位，硬取向晶粒开始变形。
§9-3 多晶体的塑性变形 一. 多晶体变形时晶界的作用 1. 协调作用 多晶体的变形中要保持晶界处的连续性，即晶界处的 原子既不能堆积也不能出现空隙或裂缝，晶界两边的变形 需要达到互相协调。 为了满足变形协调，理论计算本应有6个独立的滑移 系，以保证6个独立的应变分量使晶粒的形状自由变化， 在体积不变的情况下，有实际只有5个变量是独立的。 为了适应变形协调，要求多系滑移，对fcc和bcc， 容易满足，hcp有两种方式：一种是在晶界附近区域，基 面滑移加柱面或棱锥面等较难滑移的晶面滑移；另一种是 孪晶，孪晶和滑移结合起来，连续地进行变形。
多晶体、单晶体金属的塑性变形
当 φ=45o时（ 也为45o），取向因子有最大值1/2，此 时，得到最大分切应力。 （2）能使晶体滑移的力是外力在滑移系上的分切应力。通 常把给定滑移系上开始产生滑移所需分切应力称为临界 分切应力。 （3）在拉伸时，可以粗略认为金属单晶体在外力作用下， 滑移系一开动就相当于晶体开始屈服，此时，对应于临界 分切应力的外加应力就相当于屈服强度σs 。
多晶体的塑性变形
一、晶界阻滞效应和取向差效应 1．晶界阻滞效应：90%以上的晶界是大角度晶界， 其结构复杂，由约几个纳米厚的原子排列紊乱的 区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这 种晶界本身使滑移受阻而不易直接传到相邻晶粒。
滑移带中 止与晶界 处 拉伸后晶界处呈竹节状
2．取向差效应： 多晶体中，不同位向晶粒的滑移系取向不相同，滑 移不能从一个晶粒直接延续到另一晶粒中。
3．滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 4．多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 由于晶界阻滞效应及取向差效应，使多晶体的变形抗力比 单晶体大，其中，取向差效应是多晶体加工硬化更主要的原 因，一般说来，晶界阻滞效应只在变形早期较重要. 5．塑性变形时，导致一些物理、化学性能的变化。 6．时间性 hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界 阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多 晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。
一般每出现一新的吕德斯带，都相应的要 产生一次应力松弛，对应一次新的应力下 降，当试样表面被吕德斯带全部扫过之后， 再继续拉伸就会出现硬化现象。 由于试样出现新的吕德斯带，吕德斯带相 遇以及传播受阻使载荷波动引起曲线在下屈 服点波动。
塑性变形行为
塑性变形行为
形变特征
塑性变形通常具有以下特征：
1. 不可逆性：一旦发生塑性变形，材料无法恢复原来的形状，
而且会在施加外力的条件下不断变形。
2. 负荷依赖性：材料的塑性变形行为与施加的外力大小有关，
通常呈现出负荷增加、应变增加的趋势。
3. 加工硬化：材料在塑性变形后，其抗力会增加，即加工硬化
现象。
这是因为材料的晶界会发生择优取向，从而增加材料的强度。
4. 稳定塑性：一旦材料发生塑性变形，它的形变速率和变形模
式在稳定的载荷下不会发生明显变化。
形变机制
材料的塑性变形通常通过以下几种机制实现：
1. 滑移：在晶体中，塑性变形通常通过晶体平面上的原子滑移来实现。
原子滑移会导致晶体的形状发生变化。
2. 双Glide：双Glide是滑移的特殊情况，其中滑移面和滑移方向不相互垂直。
这会导致晶体中产生剪切应变。
3. 位错运动：位错是晶体中的缺陷，也是材料中塑性变形的主要载体。
位错可以通过滑移和蠕变两种方式来移动。
影响因素
材料的塑性变形行为受多种因素的影响，其中包括：
1. 温度：温度的变化会影响材料内部的晶界运动和位错运动。
2. 应变速率：应变速率的增加会增大材料的塑性变形，这是因为应变速率的增加会加大位错的数量和运动速度。
3. 组织结构：材料的晶粒大小、晶界分布和二相组织等结构特征会影响材料的塑性变形行为。
在工程实践中，深入了解塑性变形行为对于设计和制造高性能材料和零件至关重要。
只有充分理解材料的塑性变形机制和影响因素，才能合理选择材料并进行有效的工艺控制。