1、金属塑性变形的机理2.3 金属塑性变形的基本理论金属材料的性能是由这些金属的化学成分和内部的结构所决定的，想要了解金属的性能，就必须首先了解金属内部的组织结构。2.3.1 金属塑性变形的机理1晶体结构的概念固态物质内部粒子有规则的排列聚合被称为晶体，用于描述原子在晶体中排列方式的空间格架称为晶格，晶体中原子排列的规律性可以从晶体中提取能够完全代表晶格结构特征的最基本的几何单元，称为晶胞。晶体结构（a）晶体（b）晶格（c）晶胞2单晶体的塑性变形单晶体塑性变形的主要方式为滑移，单晶体受到切向力时，从未变形状态（a）开始倾斜变形（b），消除切向力可恢复原状；如果继续增大切向力，就会发生滑移，即弹塑性
2、变形（c）；消除切向力，弹性变形可恢复，但晶胞之间发生滑移是不能恢复到初始位置，发生了塑性变形（d）。单晶体滑移变形示意图（a）未变形（b）弹性变形（c）弹塑性变形（d）塑性变形3多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。多晶体在变形的过程中增加了若干复杂的因素，具有区别于单晶体变形的一些特点：（1）多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不同的晶粒的影响；（2）任何一个晶体的塑性变形都不是出于独立的自由变形状态，需要周围的晶粒同时发生相适应的变形来配合，以保持晶粒之间的结合与整个物体的连续性。随着晶内滑移，滑移的阻力增大。晶体排列位向不适于产生滑移的晶粒将发生滑动和转动，使自己的
3、排列位向适用于产生滑移，而逐渐开始滑移。逐批进行的晶内滑移与晶粒的转动构成了多晶体的塑性变形。多晶体的塑性变形4塑性变形后金属的组织与性能u纤维组织随着金属外形的压扁或拉长，内部的晶粒也会被压扁或拉长，当变形量很大时，各晶粒将会被拉长成为细条状或纤维状，晶界也变得模糊不清；金属的性能也将会具有明显的方向性，纵向上的塑性、韧性提高，而横向上的降低，出现各向异性。纤维组织的稳定性非常高，不能用热处理的方法加以消除，只有经过塑性变形，才能改变其分布和方向金属塑性变形后纤维组织（a）变形前；（b）变形后2.3.2 金属塑性变形的受力状态1点的应力状态单元体上的应力状态沿着六面体的三个空间坐标系可分解为
4、九个应力分量，包括六个剪应力与三个正应力，如图所示。互相垂直平面上的剪应力相等，yzzy，zxxz，xyyx。2点的主应力由于坐标系所取的方位不一样，这六个应力与分量的大小也不相同。对任何一种应力状态，总存在某一方位的坐标系，使得单元体各表面上只有正应力，没有无剪应力。一般按照代数值的大小依次为1、2、3，123。123时，最大的剪应力为max（13）/2，最大剪应力和材料塑性变形关系很大。一般情况下单元体的三个主方向都有主应力存在，称为三向应力状态。若三个主应力中有一个为零，只在一个平面内有应力，称为平面应力状态。若三个主应力中有两个为零，只在一个方向有应力，称为单向应力状态。3点的主应变点
5、的主应变状态应力产生应变，存在应变主轴使单元体各表面上剪应变为零，沿着应变主轴方向上的正应变称之为主应变。主应变有三个，分别为1、2和3，按照代数值排列123。2.3.3 塑性变形时应力和应变的关系1应力与应变金属材料在变形的作用力下，可以产生弹性的变形，又可以从弹性变形发展到塑性变形。静载拉伸实验是最基本的金属力学性能试验方法，图（a）（b）分别为应力-应变曲线图和退火低碳钢的载荷-伸长曲线图。退火低碳钢拉伸曲线示意图（a）应力-应变曲线；（b）载荷-伸长曲线在上图中，在e 点一下，卸载后试样立即完全恢复原形状。特别是在p 点以下，应力与应变之间和载荷与伸长量之间都是成正比，为线弹性变形，表
6、现为主应力 和正应变 成正比：这个公式就是胡克定律，公式中比例系数E 为正弹性模量。从e点到K点在任意一点卸载，试样都会保留一部分的残余变形，为塑性变形阶段。2真实应力和真实应变概念u 真实应力应力指的是单位面积上的内力，单向拉伸试验过程中，试件横截面上的拉应力有两种计算方法。第一种就是不考虑横截面积的变化，公式如下：第二种就是考虑横截面积的变化，在拉伸的过程中，试件的横截面会明显的缩小，如果仍然按照F0计算的话就会出现明显误差，就必须要按照每瞬间的实际横截面积F来计算应力，公式如下：通过这个公式计算得到的结果就叫做真实应力。习惯上常常将用真实应力表示的每一瞬间的实际屈服应力直接成为该瞬间的真实应力，它反映了材料的塑性变形抗力。u 真实应变塑性变形的拉深过程那个，某个瞬间的真实应变为：式中：dl瞬时长度改变量；l试样的瞬时长度2.3.4 塑性变形的基本定律 金属塑性变形后的体积与塑性变形前的体积相同，这就是塑性变形体积不变定律。1塑性变形体积不变定律 塑性变形时，变形体内任一质点或微小区域的流动总是沿着阻力最小的方向进行。这规律称之为最小阻力定律。2最小阻力定律 塑性指固体材料在外力作用下，产生永久变形而不被破坏的能力。塑性变形时，抵抗塑性变形的力称为变形抗力。3塑性和变形抗力感 谢 聆 听
