材料形变规律
混凝土徐变的变化规律
混凝土徐变的变化规律混凝土是一种常见的建筑材料，被广泛应用于建筑结构和基础工程中。
然而，随着时间的推移，混凝土会发生徐变现象，即其物理性能会发生变化。
混凝土徐变的变化规律对于工程的长期持久性和安全性具有重要影响。
本文将深入探讨混凝土徐变的变化规律，以及其对工程应用的影响。
1. 混凝土徐变的定义和基本概念：混凝土徐变是指在加载应力作用下，随时间的流逝，混凝土的应变随之逐渐增加的现象。
简单来说，就是混凝土会发生形变，且这种形变随时间的推移而增大。
混凝土徐变是由混凝土的内部结构和组成物质的微观变化所引起的。
2. 混凝土徐变的变化规律：混凝土徐变的变化规律是一个复杂的过程，受到多个因素的影响。
以下是一些常见的混凝土徐变变化规律：2.1 时间效应：混凝土的徐变程度随时间的推移而增加。
在加载应力作用下，混凝土开始发生瞬态徐变，随后逐渐转化为稳态徐变。
稳态徐变是指混凝土的应变以相对恒定的速率增长。
2.2 温度效应：温度对混凝土徐变有着显著的影响。
在高温环境下，混凝土的徐变速率会增加。
相反，在低温环境下，混凝土的徐变速率会减小。
2.3 应力水平：混凝土的徐变率随着应力水平的增加而增加。
当应力水平超过一定阈值时，混凝土的徐变速率急剧增加，可能导致结构的破坏。
2.4 水灰比和含气量：水灰比和含气量是混凝土的关键参数，它们对混凝土的徐变性能有着重要影响。
较低的水灰比和含气量会降低混凝土的徐变速率。
3. 混凝土徐变对工程应用的影响：混凝土徐变对工程应用具有重要的影响。
以下是一些常见的影响：3.1 结构变形：混凝土徐变会导致结构的变形和沉降。
这对于高层建筑和长期使用的工程具有重要影响，可能导致结构的不平衡和结构的承载能力减小。
3.2 应力积累：混凝土的徐变会导致内部应力的积累。
如果结构承受长期应力，可能会导致混凝土的破坏和结构的失效。
3.3 经济效益：混凝土徐变的变化规律需要在工程设计中充分考虑。
如果混凝土的徐变速率较大，可能需要增加结构的预留变形量，从而增加建设成本。
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶材料的形变是指材料在外力作用下发生的形状、尺寸及结构的变化。
形变可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。
弹性变形是指物质在外力作用下只发生形状的改变，而不发生组织内部结构的改变，当外力消失时，物质能恢复到原来的形状。
塑性变形是指物质在外力作用下发生形状和内部结构的改变，当外力消失时，物质不能恢复到原来的形状。
形变过程中，材料的内部晶粒会发生滑移、动晶界和晶界迁移等变化，这些变化有助于减小材料中的位错密度，同时也能影响晶粒的尺寸、形状和分布。
当形变达到一定程度时，晶粒内部会产生高密度的位错，这会导致晶体的韧性下降，同时也容易引起晶粒的断裂和开裂。
因此，形变过程中产生的位错对材料的性能具有重要影响。
再结晶是指在材料的形变过程中，通过退火处理使晶粒重新长大，去除或减小形变过程中产生的位错和晶界等缺陷，从而改善材料的力学性能和其他性能。
再结晶的发生与材料的种类、成分、形变方式等因素有关。
再结晶可以通过两种方式实现：显微再结晶和亚显微再结晶。
显微再结晶是指晶粒在正常晶界上长大，形成新的晶粒；亚显微再结晶是指材料中的一些晶粒发生部分再结晶，形成较大的再结晶晶粒。
再结晶的发生和发展受到晶粒的尺寸、形状和分布的影响。
晶粒尺寸越小，再结晶发生越容易，且再结晶晶粒的尺寸也越小。
再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能影响很大。
晶粒尺寸较小的材料通常具有优良的力学性能和高韧性，且易于加工。
因此，控制再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能优化和加工有重要意义。
总之，材料的形变和再结晶是材料科学中重要的研究领域。
通过研究形变和再结晶的机制和规律，可以优化材料的性能和加工过程，从而推动材料科学的发展和应用。
塑性成形原理知识点总结
塑性成形原理知识点总结一、塑性成形的基本原理1. 塑性成形的基本原理是通过施加外部应力使材料受力，发生形变，从而改变其形状和尺寸。
外部应力可以是拉伸、压缩、弯曲等形式，材料受到应力后发生塑性变形，达到所需的形状和尺寸。
2. 塑性成形的基本原理还包括在一定的温度条件下进行成形。
材料在一定温度范围内会发生晶粒的滑移和再结晶等变化，使材料更容易流动和变形，这对于塑性成形的效果非常重要。
3. 塑性成形的基本原理还涉及到应变硬化和材料流动等方面的知识。
应变硬化是指材料在形变过程中发生的一种增加抗力的现象，材料流动则是指材料在应力作用下发生的形变过程，通过流动来实现所需的成形效果。
二、材料在塑性成形过程中的变形规律1. 材料在塑性成形过程中会发生各种形式的变形，包括平面应变变形、轴向应变变形、弯曲应变变形、扭曲应变变形等。
不同的成形方式会引起不同形式的变形，需要根据具体情况进行分析和处理。
2. 材料在塑性成形过程中的变形还受到横向压缩和减薄等因素的影响。
横向压缩会导致材料沿其厚度方向出现侧向膨胀的现象，减薄则是指材料在成形过程中产生的减小尺寸和厚度的现象。
3. 材料在塑性成形过程中还会出现显著的硬化现象。
随着形变量的增加，材料的硬度和抗力会逐渐增加，这对于成形过程的控制和调整非常重要。
三、材料在塑性成形过程中的流变规律1. 材料在塑性成形过程中会发生流变，即在应力的作用下发生形变的过程。
材料的流变规律是指在应力条件下材料的变形规律和流动规律，这对于塑性成形技术的研究和应用非常重要。
2. 材料在塑性成形过程中还会出现应力和应变的分布不均匀、表面变形、壁厚变化等现象。
这些现象会导致成形件质量的不稳定性和变形过程的复杂性，需要进行合理的控制和调整。
3. 材料在塑性成形过程中还会受到局部热和化学变化的影响。
局部热和化学变化会影响材料的微观结构和性能，对于成形过程的控制和调整也具有重要的参考意义。
四、塑性成形的热变形和冷变形1. 塑性成形通常分为热变形和冷变形两种方式。
第3章材料形变
3.1本章综述 3.2金属材料的形变
3.2.1金属形变基础 3.2.2金属的弹性变形 3.2.3滑移系统 3.2.4单晶体的塑性变形 3.2.5多晶体的塑性变形 3.2.6合金的塑性变形 3.2.7塑性变形对础
第三章
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。图5．1为 低碳钢在单向拉伸时的应力一应变曲线。
② 孪生是一种均匀切变。而滑移是不均匀的。
③ 孪生的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。而滑 移后晶体各部分的位向并未改变。
④孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。但孪生能改 变晶体取向，使滑移转到有利位置。
⑤ 由于孪生变形后，局部切变可达较大数量，所以在 变形试样的抛光面上可以看到浮凸，经重新抛光后，表面 浮凸可以去掉，但因已变形区和未变形区的晶体位向不同， 所以在偏光下或侵蚀后仍能看到孪晶。而滑移变形后的试 样经抛光后滑移带消失。
(2)弥散分布型两相合金(两相尺寸、性能相 差很大)
聚合型合金的塑性变形
材料科学基础
第三章
该类合金具有较好的塑性,合金的变形能力取 决于两相的体积分数。可按照等应力(变)理论 来计算合金在一定应变条件下的平均流度应力 和在一定条件下的平均应变，则由混合定律计 算得：P172式。而实际上这类合金滑移首先 发生在较软的相中。
滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同； 晶体中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好。
结论:① 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最 密排面和最密排晶向。
如fcc： ｛111｝ <110>
材料的力学1
应变硬化的意义： 1、使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证 机件安全； 2、应变硬化与塑性变形适当配合可使金属进行均 匀塑变； 3、是强化金属的重要工艺手段之一。
应变硬化机理：塑变过程中位错的运动有关。
应变硬化指数
在金属材料拉伸真实应力应变曲线上的均匀塑变 n 阶段，应力与应变满足：
S Ke
d dt
A
O
0
金属、陶瓷的蠕变曲线 时间t
I阶段：AB段，减速蠕变阶段 II阶段：BC段，恒速蠕变阶段 III阶段：CD段，加速蠕变阶段
（2）影响蠕变曲线形状的因素 温度和应力都影响蠕变曲线的形状：
温度升高时，形变速率加快，恒定蠕变阶段缩短。
应力增加时，曲线形状的变化类似与温度。
应 变
Fp—比例极限对应的试验力 A0—原始截面积
弹性极限σe—由弹性变形过渡到塑性变形时的应力。
Fe—弹性极限对应的试验力 A0—原始截面积
1.3 塑性变形
一、塑变及塑性的定义 塑变——材料微观结构的相邻部分产生永久性位移， 但并不引起材料破裂的现象。 塑性——材料在外加应力去除后仍保持部分应变的 特性。
无机材料： 先是弹性形变(较小)，然后不发生塑性形变 (或很小)而直接脆性断裂。
船身断裂，一分为二的油轮
性，形变或塑性形变很小。
脆性材料的应力－应变曲线
延性材料(金属材料) ：有弹性形变和塑性形变。
延性材料的应力－应变曲线
弹性材料 (橡胶) ：弹性变形很大，没有残余形 变(无塑性形变)。
弹性材料的应力－应变曲线
1.2 弹性形变
弹性形变——当外力去除后，能恢复到原来形状
和尺寸的形变。 特点：可逆性、变形量很小（<0.5~1%） 可逆性：受力作用后产生形变，卸除载荷后，形 变消失。
典型的蠕变曲线
典型的蠕变曲线蠕变曲线是材料在长时间内受力下的形变规律的一种表现形式。
它反映了材料在恒定应力作用下，随着时间的推移，其变形量逐渐增大的现象。
蠕变曲线具有以下几个特点：1.非线性：蠕变曲线通常呈现出非线性的特点，即应变随时间呈非线性增加。
2.应力恒定：在蠕变过程中，材料所受的应力保持恒定。
3.时效性：蠕变曲线体现了材料在长时间内受力后的变形特性，因此具有明显的时间效应。
蠕变曲线主要由四个部分组成：1.初始蠕变阶段：在此阶段，材料受到应力后，变形速率迅速增加，随着时间的推移，变形速率逐渐减慢。
2.稳定蠕变阶段：在此阶段，材料的变形速率保持相对稳定，变形量持续增加。
3.加速蠕变阶段：随着应力的继续作用，材料变形速率再次加快，直至破裂。
4.破裂阶段：材料在蠕变过程中，当应力达到一定程度时，材料发生破裂，蠕变曲线趋于水平。
蠕变曲线在不同材料中的应用：1.金属材料：金属材料在长时间内受力后，容易出现蠕变现象。
通过分析蠕变曲线，可以了解金属材料的持久强度和稳定性。
2.陶瓷材料：陶瓷材料具有较高的蠕变抗力，但在高温高压环境下，仍需关注其蠕变性能。
3.聚合物材料：聚合物材料在受到应力作用时，容易出现蠕变现象。
通过研究蠕变曲线，可以优化材料的设计和使用。
要分析和解读蠕变曲线，需要关注以下几个方面：1.蠕变曲线的基本形态：观察蠕变曲线，了解材料的蠕变特性。
2.初始蠕变阶段：分析材料在初始阶段的蠕变速率，评估其稳定性。
3.稳定蠕变阶段：研究材料在稳定阶段的蠕变特性，为工程应用提供依据。
4.加速蠕变阶段：关注材料在加速蠕变阶段的变形速率，预测其使用寿命。
5.破裂阶段：分析材料在破裂前的蠕变特性，避免工程事故。
蠕变曲线在工程领域具有广泛的应用，如航空航天、核电站、石油化工等。
通过研究蠕变曲线，可以优化工程设计、提高材料使用寿命、降低事故风险。
激光加工中材料变形规律探究
激光加工中材料变形规律探究激光加工技术在工业制造领域得到了广泛的应用，其高精度、高效率、非接触式加工的特点使其成为许多行业的首选。
然而，激光加工过程中材料的变形问题一直是限制其应用范围和效果的重要因素。
本文将探究激光加工中材料的变形规律，希望能够深入了解这一问题并提出解决方法。
首先，我们需要明确激光加工中材料变形的原因。
激光加工过程中，激光能量会被材料吸收并转化为热能，导致材料温度升高。
高温下材料的热膨胀系数增大，使材料发生膨胀或收缩。
此外，激光加工中产生的热应力和热应变也会引起材料的变形。
因此，激光加工中材料的变形是由热效应引起的。
接下来，我们要研究激光加工中材料的变形规律。
首先要考虑的是材料的导热性能。
导热性能直接影响激光加工过程中材料的温度分布和传热过程，进而影响材料的变形情况。
热导率越高的材料，其热能能够迅速传递到周围环境，从而减少材料的温度升高，降低变形的风险。
其次，材料的热膨胀系数也是影响材料变形的重要因素。
热膨胀系数是材料受热时单位温度升高下的线膨胀率，它描述了材料在温度变化时的膨胀或收缩情况。
热膨胀系数越大的材料，在受热时会产生更大的线膨胀变形，从而增加材料变形的风险。
此外，激光加工过程中材料的形变还受到材料的力学性能的影响。
材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等参数会影响材料在激光加工过程中的应力分布和应力集中状况，进而影响材料的变形情况。
在选择激光加工材料时，应尽量选择具有良好力学性能的材料，以减少变形的风险。
此外，激光加工过程中的工艺参数也会对材料变形产生影响。
激光功率、扫描速度、光斑直径等参数的选择会直接影响激光能量的输入和分布情况，进而影响材料的温度分布和热应力分布。
在激光加工中，应根据具体材料和零件的要求，合理选择和控制工艺参数，以减少材料的变形。
针对激光加工中材料变形的问题，我们可以采取一些解决方法来降低变形风险。
首先，可以通过优化工艺参数来控制激光加工过程中材料的温度分布和热应力分布，减少变形的发生。
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。
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金属 由一种粒子组成 金属键无方向性 结构简单 滑移系统多
非金属 组成复杂 共价键或离子键有方向 结构复杂 滑移系统少
3 . 塑性形变的机理（位错运动理论） 塑性形变的机理（位错运动理论）
从原子尺度变化解释塑性形变：当构成晶体的一部 从原子尺度变化解释塑性形变： 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时， 分原子相对于另一部分原子转移到新平衡位置时， 晶体出现永久形变，晶体体积没有变化， 晶体出现永久形变，晶体体积没有变化，仅是形状 发生变化。 发生变化。 如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 如果所有原子同时移动，需要很大能量才出现滑动， 该能量接近于所有这些键同时断裂时所需的离解能 总和； 总和； 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级； 由此推断产生塑变所需能量与晶格能同一数量级； 实际测试结果： 实际测试结果：晶格能超过产生塑变所需能量几个 数量级。 数量级。
有位错时， 有位错时，晶体的势能 曲线
H(τ) τ
加剪应力后的势能曲线
位错运动的激活能H(τ 与剪切应力有关， 位错运动的激活能 τ) ，与剪切应力有关，剪应 力τ大，H(τ)小； τ小，H(τ)大。当τ =0时，H(τ)最 τ小 τ大 时 τ最 大,H(τ)=h′. τ ′ b 原子运动的速度 原子具有激活能的几率（或原子脱离平衡位置的 原子具有激活能的几率（ 几率）与波尔兹曼因子成正比，其运动速度与波 几率）与波尔兹曼因子成正比， 尔兹曼因子成正比。 尔兹曼因子成正比。 v=v0exp[-H(τ)/kT] τ v0------与原子热振动固有频率有关的常数； 与原子热振动固有频率有关的常数； 与原子热振动固有频率有关的常数 k------波尔兹曼常数，为1.38×10-23 J/K 波尔兹曼常数， 波尔兹曼常数 ×
b 讨论： 讨论： 塑性形变速率取决于位错运动速度、位错密度、 塑性形变速率取决于位错运动速度、位错密度、 柏格斯矢量、位错的增殖系数，且与其成正比。 柏格斯矢量、位错的增殖系数，且与其成正比。 柏格斯矢量与位错形成能有关系E=aGb2 (a为几何 柏格斯矢量与位错形成能有关系 为几何 因子) 柏格斯矢量影响位错密度， 因子 ，柏格斯矢量影响位错密度，即柏格斯矢量 越大，位错形成越难，位错密度越小。 越大，位错形成越难，位错密度越小。 金属与无机材料的柏格斯矢量比较： 金属与无机材料的柏格斯矢量比较： 金属的柏格斯矢量一般为3 左右， 金属的柏格斯矢量一般为 A 0左右，无机材料的 三元化合物为8A， 的为5A 大，如MgAl2O4三元化合物为 ，Al2O3的为 0 。
（3）位错的滑移运动 ） 实际晶体中存在许多局部高能区，如位错； 实际晶体中存在许多局部高能区，如位错； 并不是晶体内两部分整体错动， 受剪应力作用 ，并不是晶体内两部分整体错动， 而是位错在滑移面上沿滑移方向运动； 而是位错在滑移面上沿滑移方向运动； 位错运动所需的力比使晶体两部分整体相互滑动 所需力小得多； 所需力小得多； 实际晶体的滑动是位错运动的结果。 实际晶体的滑动是位错运动的结果。
＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋
2. 滑移系统和临界分解剪切应力
（1） 滑移系统 ） 滑移系统：包括滑移方向和滑移面，即滑移按一定 滑移系统：包括滑移方向和滑移面， 的晶面和方向进行。 的晶面和方向进行。 滑移方向与原子最密堆积的方向一致，滑移面是原 滑移方向与原子最密堆积的方向一致， 子最密堆积面。 子最密堆积面。
1. 晶格滑移 滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 滑移：晶体的一部分相对另一部分平移滑动。 在晶体中有许多族平行晶面， 在晶体中有许多族平行晶面，每一族晶面都有一 定面间距，且晶面指数小的面， 定面间距，且晶面指数小的面，原子的面密度越 面间距越大，原子间的作用力小， 大，面间距越大，原子间的作用力小，易产生相 对滑动。 对滑动。
产生滑移的条件： 产生滑移的条件： 面间距大； 面间距大； 每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动面上的 每个面上是同一种电荷的原子， 电荷相反； 电荷相反； 滑移矢量（柏格斯矢量）小。 滑移矢量（柏格斯矢量）
＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － － ＋ － ＋ － ＋
1.3
无机材料中晶相的塑性形变
塑性：使固体产生变形的力， 塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服 应力后， 应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状 或尺寸，即非可逆性能。 或尺寸，即非可逆性能。 屈服应创：当外力超过物体弹性极限， 屈服应创：当外力超过物体弹性极限，达到某一点 在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快， 后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快， 此点为屈服点，达到屈服点的应力。 此点为屈服点，达到屈服点的应力。 1.3.1 晶体的塑性形变
当力持续作用，处于移动面 ′ 当力持续作用，处于移动面1′的下端棱上原子产生 一个位移，使它们的位置与半晶面2上端原子位置连 一个位移，使它们的位置与半晶面 上端原子位置连 成一线，半晶面1′ 的原子形成一个新原子面 的原子形成一个新原子面， 成一线，半晶面 ′和2的原子形成一个新原子面，晶 进一步向右移动，形成一个附加半晶面。 面2 ′进一步向右移动，形成一个附加半晶面。 依次类推，下一步2′和3 连接起来。 连接起来。 依次类推，下一步 ′ 外力持续作用的结果：晶体在剪切应力作用下，不 外力持续作用的结果：晶体在剪切应力作用下， 是晶体中所有原子都同时移动，而是其中一小部分， 是晶体中所有原子都同时移动，而是其中一小部分， 在较小外力作用下，使晶体两部分彼此相对移动。 在较小外力作用下，使晶体两部分彼此相对移动。
从上图可以理解在外力作用下： 从上图可以理解在外力作用下： 刃型位错的形成过程； 刃型位错的形成过程； 刃型位错沿滑移面从晶体内部移出的过程； 刃型位错沿滑移面从晶体内部移出的过程； 塑性形变的过程； 塑性形变的过程； 位错线运动的特点： 位错线运动的特点：整个原子组态不作长距离的传 而每一参与运动的原子只作短距离（ 播，而每一参与运动的原子只作短距离（数个原子 间距）的位移。 间距）的位移。
刃型位错
位错的产生： 位错的产生：滑移是由一个有限的小面积畸变区穿 过晶体的运动而产生。 过晶体的运动而产生。
O C D CD
滑移面
迁移方向
附加半晶面棱上的一个原子O受到原子 和 的吸引 附加半晶面棱上的一个原子 受到原子C和D的吸引 受到原子 这两个原子对原子O水平方向上的吸引力大小 力。这两个原子对原子 水平方向上的吸引力大小 相等，方向相反。 相等，方向相反。 当有剪应力作用，并使原子O有一个小的向右移动 有一个小的向右移动， 当有剪应力作用，并使原子 有一个小的向右移动， 原子D对原子 的吸引力增加，而原子C对原子 对原子O的吸引力增加 对原子O的 原子 对原子 的吸引力增加，而原子 对原子 的 吸引力减小。此时原子O受到向右的推力 受到向右的推力， 吸引力减小。此时原子 受到向右的推力，使位错 向右移动一个距离。 向右移动一个距离。
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2
原子局部位移引起塑性形变的过程 剪力作用，仅引起半个晶面 ′的原子， 剪力作用，仅引起半个晶面1′的原子，从平衡位置位 移到一个新位置。 移到一个新位置。
结 论 位错运动理论说明， 位错运动理论说明，无机材料中难以发生塑性 形变。 形变。当滑移面上的分剪应力尚未使位错以足 够速度运动时， 够速度运动时，此应力可能已超过微裂纹扩展 所需的临界应力，最终导致材料的脆断。 所需的临界应力，最终导致材料的脆断。
或应变速率） （5）形变速率 或应变速率） ）形变速率(或应变速率 a 应变速率 平面上有n个位错 设L×L平面上有 个位错，位错密度： D=n/L2 × 平面上有 个位错，位错密度： 在时间t内 边界位错通过晶体到达另一边界， 在时间 内，边界位错通过晶体到达另一边界，位错 运动平均速度为： 运动平均速度为： v=L/t 设：在时间t内，长度为 的试件形变量 L ， 在时间 内 长度为L的试件形变量 应变： 应变速率： 应变： L /L= ε ， 应变速率：U=dε/dt ε
⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ L ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥ L L
塑性形变的简化模型
考虑位错在运动过程增殖， 考虑位错在运动过程增殖，通过边界位错数为 cn个，c为位错增殖系数。 为位错增殖系数。 个 为位错增殖系数 每个位错在晶体内通过都会引起一个原子间距 滑移，也就是一个柏格斯矢量(b)， 滑移，也就是一个柏格斯矢量 ，单位时间内 的滑移量： 的滑移量： cnb/t= L /t 应变速率： 应变速率： U=dε/dt= ε L /Lt=cnb/Lt=cnbL/L2t=vDbc
单个位错移过晶体后，形成一个原子滑移台阶（ 单个位错移过晶体后，形成一个原子滑移台阶（红 色多边形表示滑移面） 色多边形表示滑移面） 位错滑移的结果在宏观上的表现为材料发生了塑性 形变。 形变。
（4）塑性形变的位错运动理论 ） a 原子的势能曲线
一列原子的势能曲线
h 滑移面
完整晶体的势能曲线
h′ ′
[111]
面 心 格 子
（111） ）
滑移面（111） 滑移面（ ）
体 心 格 子
滑移面（112） 滑移面（ ）
滑移面（ ） 滑移面（110）
滑移面（ ）方向[111] 滑移面（123）方向
°
°
°
°
°
°
°
（2）临界分解剪切应力 ） 滑移面面积： 滑移面面积：S/cos φ； 滑移面上分剪应力： 滑移面上分剪应力： τ= Fcosψ/(S/cos φ)=(F/S)cosψcosφ ψ ψ φ
（1）形变时晶体中原子的位置 ）
负荷作用前原子的位置
小负荷作用下的应变
高负荷作用下的应变
达到高负荷作用下的状 态除去负荷后原子的位置