《塑性变形物理本质》课件.pptVIP

*******************塑性变形物理本质探讨塑性变形的物理机制,了解材料的力学特性和变形行为。通过分析结构单元的内部应力与应变分布,深入认识塑性变形的微观机理。M什么是塑性变形？永久变形塑性变形是材料在外力作用下发生的一种永久性形状改变的过程。这种变形不会在力的作用消除后恢复到原来的形状。原子位移塑性变形是由材料内部原子的局部位移引起的,即原子在晶体结构中发生滑移或扭转。这种微观位移累积形成宏观的形状变化。不可逆过程与弹性变形不同,塑性变形是一种不可逆的过程,材料在外力作用下发生了永久的内部结构改变。塑性变形的机理原子间相互作用当外力施加到物体上时,会引起原子间相互作用的改变,从而导致原子位置的变化。晶格畸变原子位置的变化会引起晶格结构的畸变,这种畸变即为塑性变形的基础。位错运动位错的形成和运动是塑性变形的主要机理,它使得晶体结构可以沿着特定面滑移而发生变形。晶体结构与塑性变形晶体结构金属材料的晶体结构对塑性变形行为有重要影响。原子在有序排列的晶格中相互作用,决定了材料的机械性能。晶格畸变在塑性变形过程中,晶格会发生局部畸变,导致内应力的产生。这种内应力会影响材料的强度和延展性。滑移面和滑移系材料在受力时,原子会沿着特定的滑移面和滑移系发生规则的滑移,从而产生塑性变形。滑移系的特性决定了材料的变形能力。原子的局部位移塑性变形过程中，材料内部的原子会发生局部位移。这种原子位移是微观层面上的分子重排，体现了原子尺度上材料的可塑性。位移的大小和方向取决于外加应力的大小和方向。局部原子位移是塑性变形的基本机理之一。位错的形成和传播1位错的生成位错由于金属晶体中原子的局部位移而产生。2位错扩散位错可沿特定方向扩散和传播，引起塑性变形。3位错堆积位错的堆积导致晶格畸变，增加了材料强度。位错是导致晶体材料产生塑性变形的关键因素。它们的形成和传播过程包括原子的局部位移、位错扩散以及位错在晶体中的堆积等。这些过程是塑性变形机理的基础,对理解和优化材料性能具有重要意义。位错的类型和特点边界位错边界位错是原子面上的缺陷,类似于平面上的裂缝,可以导致晶格畸变。它们可以促进金属的塑性变形。螺旋位错螺旋位错是晶格上的螺旋形缺陷,可以引起局部应变和晶格扭曲。它们在塑性变形中起重要作用。混合位错混合位错结合了边界位错和螺旋位错的特点,是最常见的位错形式。它们在材料加工中广泛存在。位错的生成和增殖1核生成位错位错可以在晶体缺陷或表面处自发形成，这种位错称为核生成位错。它们通常起源于内部应力集中区域。2迁移位错外加应力可以使位错在晶体中移动和滑移。位错的滑移过程增加了材料的塑性变形。3位错源激活在加工过程中,晶体中预先存在的位错源可以被激活并大量生成新的位错。这种现象称为位错源激活。应力与塑性变形不同类型的应力会导致不同程度的塑性变形。拉伸应力会使材料产生最大的塑性变形量，而压缩应力导致的塑性变形相对较小。剪切应力介于两者之间。因此，在材料加工中需要根据实际情况选择合适的应力状态来达到所需的变形效果。加工硬化现象1材料变形过程中的塑化材料在机械加工过程中会发生塑性变形,这会导致材料内部的晶粒结构发生变化。2晶粒细化与位错增多塑性变形过程中,晶粒不断细化,并且位错密度不断增加,从而提高了材料的强度。3加工硬化的机理加工硬化是由于位错密度的增加以及晶粒细化造成的,阻碍了位错的运动和滑移。4应用及局限性加工硬化广泛应用于金属加工,但过度变形会导致材料的断裂和脆性增加。加工硬化的物理机理1晶体畸变塑性变形过程中晶体发生畸变和晶格缺陷的产生2位错增殖位错密度的不断增加导致畸变程度提高3晶粒细化变形过程中晶粒尺度逐步减小提高强度4沉淀强化塑性变形引发次生相的析出增强阻碍位错运动塑性变形过程中材料内部会发生晶格畸变和晶体缺陷的产生,导致位错密度不断增加。这些微观结构变化使得材料变得更加强硬,即加工硬化。晶粒细化和沉淀强化等机制也是加工硬化的重要原因。塑性变形的热力学过程热能吸收在塑性变形过程中,物体会吸收大量热能,使其内部温度升高。这种热能吸收源于外加应力做功。内部应力产生热能的吸收引发了晶体内部原子的局部位移,从而产生了大量位错,并积累了内部应力。热力学分析可以利用热力学理论对塑性变形过程中的温度变化、热量变化及内部能量演化进行分析和描述。热处理对塑性变形的影响晶粒尺寸的变化热处理可以改变金属材料的晶粒尺寸。更小的晶粒有助于提高材料的强度和硬度,从而影响其塑性变形行为。晶体结构的转变某些金属材料在不同温度下会发生相变,从而导致晶体结构的