材科基考点强化(第7讲 塑性形变)
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性材料的塑性变形是指在一定条件下，材料受到外界力作用而产生形状和尺寸的永久性改变的能力。
塑性变形是材料工程中非常重要的概念，我们需要深入了解材料的可塑性特性以便正确选择和应用材料。
本文将详细介绍材料的塑性变形和其可塑性特性。
一、材料的塑性变形概述在材料工程中，塑性变形是指在材料受到外力作用后，材料发生永久性变形的过程。
与之相对应的是弹性变形，即当外力作用消失后，材料恢复到原来的形状和尺寸。
材料的塑性变形主要表现为拉伸、压缩、弯曲、扭转等形式。
二、材料的可塑性特性1. 塑性变形能力：材料的可塑性特性主要体现在其对外力作用下发生塑性变形的能力上。
一般来说，金属材料更具有塑性变形能力，而脆性材料则相对较差。
2. 塑性变形的可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是永久性的，即使外力作用消失，材料也无法完全恢复到原来的形状和尺寸。
这是材料可塑性特性的重要表现。
3. 塑性变形的抗性：材料的抗塑性变形能力与材料的应变硬化特性密切相关。
应变硬化是指材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，抵抗进一步变形的能力也随之增强。
4. 塑性变形的本质：材料的塑性变形是由于材料的晶体结构的滑移和位错运动所致。
在外力的作用下，晶体中的位错沿着晶体结构中的特定平面和方向移动，导致材料的塑性变形。
三、材料塑性变形的影响因素1. 温度：温度对材料的塑性变形有着重要影响。
一般来说，高温下材料的塑性变形能力增强，而低温则相对减弱。
2. 应变速率：应变速率是指材料在受外力作用下形变的速率。
较高的应变速率会导致材料的变形更加集中，容易发生塑性变形。
3. 结晶度：结晶度高的材料具有较好的塑性变形能力，而非晶态材料则相对较差。
4. 化学成分和加工方式：不同化学成分的材料在受力时表现出不同的塑性特性。
此外，材料的加工方式（如冷轧、热轧等）也会对塑性变形产生影响。
四、材料塑性变形实例1. 金属材料的塑性变形：金属材料是最常见的可塑性材料，广泛应用于工程领域。
塑性形变
塑性形变
任何物体在外力作用下都会发生形变，当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变能随之消失，这种形变称为弹性形变。
如果外力较大，当它的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变，称为塑性形变。
弹性形变
固体受外力作用而使各点间相对位置的改变，当外力撤消后，固体又恢复原状谓之“弹性形变”。
若撤去外力后，不能恢复原状，则称为“范性形变”。
因物体受力情况不同，在弹性限度内，弹性形变有四种基本类型：即拉伸和压缩形变；切变；弯曲形变和扭转形变。
屈服点
材料受应力时，材料的应力随应变增加而增加，两者呈正比，当应力增大到某一值时，材料发生屈服，其拉应力与应变不再成正比，而是在某一范围内波动，随后，材料发生断裂。
屈服点也是材料发生弹性形变与塑性形变的分界点。
强度
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出
强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。
也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。
强度是机械零部件首先应满足的基本要求。
机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。
强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
材科基考点强化(第7讲 塑性形变)
主要考点考点1：弹性形变考点2：单晶体的塑性变形考点3：施密特定律考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）考点7：塑性变形后材料组织的变化考点8：塑性变形后材料性能的变化考点9：综合题考点1：弹性形变。
例1（名词解释）：弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
考点2：单晶体的塑性变形。
例1（名词解释）：孪晶。
例2：常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？例3（判断题）：金属晶体中，密排六方晶体比面心立方晶体的塑性好，更适宜塑性加工。
考点3：施密特定律。
例1（名词解释）：临界分切应力。
例2（名词解释）：施密特（Schmid ）因子。
例3：单晶体的临界分切应力值与（ ）有关。
A ．外力相对滑移系的取向B ．拉伸时的屈服应力C ．晶体的类型和纯度D ．拉伸时的应变大小例4（判断题）：根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
例5：已知纯铜的{111}[110]滑移系的临界切应力c τ为1Mpa ，考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）。
例1：多晶体塑性变形时，至少需要（ ）独立的滑移系。
A ．3个B ．8个C ．5个例2：实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异，这是因为（ ）。
A ．晶体不同方向性能相同B ．晶体的各向异性现在测量不出来C ．金属材料结构不是晶体D ．大量晶粒随机取向掩盖了各向异性例3：解析Hall-Petch （霍尔-佩奇）公式。
例4：有两块相同成分的固溶体合金，其区别仅为一块晶粒较粗大，另一块晶粒较细小。
试回答下列问题：（1）哪块合金的塑性更好，为什么？（2）在冷塑性变形量相同的情况下，哪一块合金变形所消耗的变形功更大，为什么？（3）当加热这两块经冷塑性变形的合金时，哪一块合金更易发生再结晶，为什么？例5：已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/2mm 时，屈服强度s σ=100MPa ；当晶粒大小为4096个/2mm 时，s σ=250MPa ，试求晶粒大小为256个/2mm 时，屈服强度s σ的值。
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。
材料科学基础重点总结 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。
塑性变形课件
滑移时，晶体的一部分相对于另一部分 沿滑移方向位移的距离为原子间距的整
数倍。滑移结果在晶体表面造成台阶。
铜中的滑移带
2015-5-7
500×
Anming Li, Dept of MSE,hpu 6
材料科学与工程学院
3、滑移沿原子密度最大的晶面、晶向发生。 滑移系： 滑移系的个数:
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu
移
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材料科学与工程学院
滑移四要点：
1、滑移只能在切应 力作用下发生
晶格在正应力作用下的变化
晶格在切应力作用下的变化
2015-5-7 Anming Li, Dept of MSE,hpu 5
材料科学与工程学院
滑移带
2、滑移使晶体表面形成台阶
第一类残余应力（Ⅰ）：宏观内应力，
利： 预应力处理，如汽车板簧的生产。
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弊： 引起变形、开裂，如工件的变形。 消除：去应力退火。
工件加工后的变形
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晶粒大小与力学性能的关系：
晶粒越细，强度越高(细晶强化)
s=0+kd-1/2
（Hall-Petch)
晶粒越细，单位体积中晶界面积越大，位错运动的阻
力越大。同
时，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便多。对塑性变形的抗力增大， 金属的强度愈高。
晶粒越细，塑韧性提高
晶粒越多，变形均匀，由应力集中导致的开裂机会减少，表现出高 塑性。细晶材料应力集中小，裂纹不易萌生和传播，断裂过程中可吸 收较多能量,表现高韧性。
《材料科学基础》材料塑性变形剖析
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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7.滑移的表面痕迹
单滑移：单一方向 的滑移带； 多滑移：相互交叉 的滑移带； 交滑移：波纹状的 滑移带。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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二、孪晶变形
孪晶变形是在切应力作用下，晶体的一部 分相对于另一部分沿一定的晶面（孪晶面）和 晶向（孪晶方向）发生均匀切变，并形成晶体 取向的镜面对称关系。
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。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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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。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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位错移动引起永久变形的示意图
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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2. 滑移的观察 光镜下：滑移带。 电镜下：滑移线。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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3. 滑移的晶体学 （1）几何要素：滑移面 （密排面）、滑移方向 （密排方向）
原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力 最小，因而容易沿着这些面发生滑移。
coscos（取向因子）：
软取向，值大；硬取向，值小。
《材料科学基础》材料塑性变形剖
析
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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。
塑性形变
610-4m2，抗压强度＝17107N/m2，求：受压负荷多
大时骨骼碎裂？假定碎裂前应力与应变是线性关系， 则碎裂时应变为多少？ 解：抗压强度即碎裂时的应力
F S
F S 17 107 6 104 N 1.02 105 ( N )
E
医学物理学
17 10 7 0.019 1.9% 10 E 0.9 10
医学物理学
二、应力与应变
• “a”为正比例极限；
弹性区
• “b”为弹性极限，
ab为弹性区；
• “c”为断裂点。
“bc”为塑性形变区；
医学物理学
三、弹性模量 外力作用使物体形变，力与形变之间关系， 可用应力与应变之间函数关系表示。 在正比极限范围内，应力与应变的比值叫该 材料的弹性模量。 1.杨氏模量 2.切变模量 3.体变模量
1.骨组织在拉伸载荷作用下的断裂机制主要是骨单位
间结合线的分离和骨单位的脱离。 临床上：拉伸骨折多见于松质骨。
医学物理学
2.骨骼最常承受的载荷是压缩载荷。压缩载荷能够
刺激骨的生长，促进骨折愈合，较大压缩载荷作
用能够使骨缩短和变粗。
骨组织在压缩载荷作用下的破坏表现，主要是 骨单位的斜行劈裂。人湿骨破坏的极限应力大于拉 伸极限应力。
切应变
医学物理学
3、体积弹性模量K 压强与体应变的比值 体应力
P P K V V0
医学物理学
体应变
医学物理学
医学物理学
4、应力、应变、弹性模量公式小结一览表 应力分类 应力 应变 模量（名称)
张/压应力 F S
l l0
l0 F E杨 S l
切应力
张应变
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主要考点
考点1：弹性形变
考点2：单晶体的塑性变形
考点3：施密特定律
考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）
考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）
考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）
考点7：塑性变形后材料组织的变化
考点8：塑性变形后材料性能的变化
考点9：综合题
考点1：弹性形变。
例1（名词解释）：弹性形变、滞弹性和弹性变形能。
考点2：单晶体的塑性变形。
例1（名词解释）：孪晶。
例2：常温下金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？
例3（判断题）：金属晶体中，密排六方晶体比面心立方晶体的塑性好，更适宜塑性加工。
考点3：施密特定律。
例1（名词解释）：临界分切应力。
例2（名词解释）：施密特（Schmid ）因子。
例3：单晶体的临界分切应力值与（ ）有关。
A ．外力相对滑移系的取向
B ．拉伸时的屈服应力
C ．晶体的类型和纯度
D ．拉伸时的应变大小
例4（判断题）：根据施密特定律，晶体滑移面平行于拉力轴时最容易产生滑移。
例5：已知纯铜的{111}[110]滑移系的临界切应力c τ为1Mpa ，
考点4：多晶体的塑性变形（细晶强化）。
例1：多晶体塑性变形时，至少需要（ ）独立的滑移系。
A ．3个
B ．8个
C ．5个
例2：实际金属材料的性能在不同方向并不存在差异，这是因为（ ）。
A ．晶体不同方向性能相同
B ．晶体的各向异性现在测量不出来
C ．金属材料结构不是晶体
D ．大量晶粒随机取向掩盖了各向异性
例3：解析Hall-Petch （霍尔-佩奇）公式。
例4：有两块相同成分的固溶体合金，其区别仅为一块晶粒较粗大，另一块晶粒较细小。
试回答下列问题：（1）哪块合金的塑性更好，为什么？（2）在冷塑性变形量相同的情况下，哪一块合金变形所消耗的变形功更大，为什么？（3）当加热这两块经冷塑性变形的合金时，哪一块合金更易发生再结晶，为什么？
例5：已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/2mm 时，屈服强度s σ=100MPa ；当晶粒大小为4096个
/2mm 时，s σ=250MPa ，试求晶粒大小为256个/2mm 时，屈服强度s σ的值。
考点5：固溶体合金的塑性变形（固溶强化）。
例1（名词解释）：屈服强度、断裂强度。
例2：为什么低碳钢在拉伸时表现出上下屈服点，而纯金属却没有？
例3：何为固溶强化？请简述其强化机制。
考点6：复相合金的塑性变形（弥散强化）。
例1：请论述第二相弥散粒子对合金塑性变形的影响。
例2：用位错理论分析纯金属与两相合金在冷形变加工时，在产生加工硬化机理上有何区别？
考点7：塑性变形后材料组织的变化。
例1：简述单向压缩条件下，形变量、形变温度对金属组织及性能的影响（包括晶粒形状和位错亚结构的变化）？可用示意图表示。
例2：什么是变形织构？材料冷变形时为什么会产生变形织构？对要求变形量大的材料怎么样防止产生变形织构。
考点8：塑性变形后材料性能的变化。
例1：金属材料经冷塑性变形后________密度增加，其机械性能是________升高，________降低，内应力________，但其显微组织和机械性能________。
例2：请画出金属单晶体的典型应力-应变曲线，并标明各阶段。
铝（层错能约为200mJ/m2）和不锈钢（层错能约为10mJ/m2），哪一种材料的形变第Ⅲ阶段开始得更早？这两种材料滑移特征有什么区别？
例3：工业生产中，为防止深冲用的低碳薄钢板在冲压成型后所制得的工件表面粗糙不平，通常采用何种工艺？说明理由。
例4：金属材料经过冷塑性变形后，其力学性能将出现（）。
A．硬度上升塑性上升B．硬度上升塑性下降
C．硬度下降塑性上升D．硬度下降塑性下降
例5：什么是时效处理？通过时效处理产生强化的原因？实际应用过程中，为消除时效强化可采用什么处理方法？为什么？
例6：以低碳钢的拉伸曲线为例，运用位错理论说明屈服现象及加工硬化现象。
例7：论述冷变形后材料的组织和性能特点。
例8：试比较单晶锌与多晶锌的塑性变形特性。
考点9：综合题。
例1：叙述你所熟悉的某一类材料的变形行为及其特点。
例2：分析位错对金属材料性能的影响。
例3：就你所学所有知识，谈谈如何控制和改善金属材料中的组织。
例4：铜是工业上常用的一种金属材料，具有电导率高和耐腐蚀性好等优点，但是纯铜的强度较低，经常难以满足要求，根据你所学的知识，提出几种强化铜合金的方法，并说明其强化机理。