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1、00:59,1,第2章 材料的塑性变形 Plastic deformation of materials,2.1. 材料的塑性变形机理 Plastic deformation mechanisms 2.1.1 金属与陶瓷晶体的塑性变形机理 Plastic deformation mechanisms of Metal and ceramics 2.1.2 陶瓷材料的塑性变形特点 Characteristics of plastic deformation of ceramic materials 2.1.3 高分子材料的塑性变形 Plastic deformation of the polym
2、ers 2.2 冷变形金属的回复与再结晶 Recovery and recrystallization of Cold-deformed metals 2.2.1 塑性变形对材料性能的影响 Effection of Plastic deformation on material properties 2.2.2 冷变形金属的回复与再结晶 Recovery and recrystallization process 2.2.3 材料的热加工与冷加工 2.3 塑性变形的力学性能指标 Mechanical propeties of Plastic deformation,材料 科学 基础,00:59
3、,2,第2章 材料的塑性变形,2.1. 材料的塑性变形机理 2.1.1 金属与陶瓷晶体的塑性变形机理 一、单晶体的塑性变形 Plastic deformation of single crystals 二、多晶体的塑性变形 Plastic deformation of multi-crystals （一）多晶体塑性变形的特点 Characteristics （二）冷变形金属的组织与结构 Structure 2.1.2 陶瓷材料的塑性变形特点 一、结合键对位错运动的影响 Bonding effect on dislocation sliding 二、单晶陶瓷的塑性变形特点 三、多晶陶瓷的塑性变形
4、特点 四、非晶体陶瓷的塑性变形 2.1.3 高分子材料的塑性变形机理 一、线性非晶态高分子材料的塑性变形 Plastic deformation of Linear amorphous polymers 二、结晶态高聚物的塑性变形 Plastic deformation of Crystalline polymers,00:59,3,第2章 材料的塑性变形,2.1. 材料的塑性变形机理 2.1.1 金属与陶瓷晶体的塑性变形机理 2.1.2 陶瓷材料的塑性变形特点 2.1.3 高分子材料的塑性变形 2.2 冷变形金属的回复与再结晶 2.2.1 塑性变形对材料性能的影响 2.2.2 冷变形金属的回
5、复与再结晶 2.2.3 材料的热加工与冷加工 2.3 塑性变形的力学性能指标,00:59,4,00:59,5,2.3 力学性能指标,2类力学性能指标,材料的强度指标；,材料的塑性指标,表征材料对塑性变形和断裂抗力。,表征材料塑性变形能力。,屈服强度 抗拉强度 断裂强度,延伸率 断面收缩率,00:59,6,材料常规力学性能 五大力学性能指标 s、b、 和Ak,应力应变曲线 （低碳钢）,00:59,7,2.3.1 屈服强度,应力应变曲线（低碳钢）,00:59,8,2.3.1 屈服强度,一、屈服强度的工程意义及表示,屈服：材料由弹性变形向 塑性变形过渡的明显标志。,s：材料抵抗起始 （或微量）塑变的
6、能力。,？开始塑变： 1根位错滑移？,工程测量？,00:59,9,2.3.1 屈服强度,一、屈服强度的工程意义及表示,屈服强度的表示：,有屈服平台：下屈服点sl；,无明显屈服： 人为确定-条件屈服强度。,工程测量,00:59,10,规定残余伸长应力r： 卸除拉力后，0.05%、 0.1%、0.2% 残余伸长 -r0.05，r0.1，r0.2 。,规定总伸长应力-t ： 标距部分的总长-t0.5。 加载过程中易自动测量。,条件屈服强度：,统一用 0.2表示 s （不计测量方法）,2.3.1 屈服强度,00:59,11,屈服强度在工程结构选材中的应用,00:59,12,武汉长江大桥 1955195
7、7年 Q235(A3),主跨128m。 前苏联援助,南京长江大桥(1968年) 钢梁主跨度160米，铆接； 鞍钢公司开发16Mn（ Q345 ）桥梁钢； 完全自主国产材料建成， 首届国家科学技术进步特等奖。,应用实例：,00:59,13,芜湖长江大桥(2000年) 武钢14MnNbq（Q345）。 钢梁主跨216米，全长10616米，钢梁总长2193.7米。采用厚板焊接全封闭整体节点钢梁，目前中国最长公铁两用桥。,00:59,14,国家大剧院：345- 河北钢铁集团-邯钢-舞阳钢铁公司。,00:59,15,九江长江大桥(1992年) 15MnVNq （Q420）/配套35VB高强度螺栓； 钢梁
8、主跨跨度达到了216米。 板厚56毫米，厚板焊接钢梁新结构， 突破了铁路桥梁钢板厚度50毫米的限制。 铆接桥梁退出了历史舞台。,“鸟巢”总用钢量达到11万吨， 外部钢结构总重4.2万吨， 主结构用钢2.3万吨， 受力最大的主支撑 用了400吨的Q460钢材。 最大跨度343米。,企业/ 材质 /订货量(吨) /比例(%) 舞钢/Q460、Q345GJD /2641.5 /5.97 武钢/Q345D、Q345GJ /15803 /35.73 宝钢/Q345D、Q345GJ /7876 /17.80 济钢/Q345C /7069 /15.98 首钢/Q345C /2216 /5.01 重钢/Q34
9、5C /449 /1.01 新(余)钢/Q345B、Q345C /4452 /10.06 南(京)钢/Q345B、Q345C /3720 /8.41,00:59,17,钢筋：,级钢筋（235/370级）： HPB235 级钢筋（335/510级）： HRB335 级钢筋（370/570）： HRB400 级钢筋（540/835）： HRB500（视频） H-热轧；P-光圆， R-带肋ribbing；B-钢筋bar。 数字-最低屈服强度。,00:59,18,s的工程意义：,不允许过量塑变的设计与选材依据；,2.3.1 屈服强度,s 不是越高越好， 形状、尺寸、服役条件。,00:59,19,二、影
10、响屈服强度的因素,s 的产生机理：（难点）,三个问题：,2.3.1 屈服强度,A. 屈服平台的产生？,B. 屈服波动？,C. 不同材料的屈服差异？,00:59,20,二、影响屈服强度的因素,s 的产生机理：（难点）, 材料在变形前可动位错密度很小，或虽有 大量位错但被钉扎（杂质原子或第二相质点 ）。,1957年，Gilman和Johnston提出 金属材料屈服的三个条件：,随塑性变形的发生，位错能 快速增殖，即可动位错急速增加。,2.3.1 屈服强度,00:59,21,位错运动速率与外加切应力有强烈依存关系：,-滑移面上的切应力。 0-位错以单位速率运动所需的 切应力。 m-位错运动速率应力敏
11、感指数。 位错速度对应力的敏感性 。,2.3.1 屈服强度,00:59,22,解释：,材料的宏观塑性应变速率 （试验机夹头移动速率）与可动位错密度、位错运动速率 及柏氏矢量 b成正比。,2.3.1 屈服强度,00:59,23,变形前可动位错密度较小，为了满足一定的 塑性变形应变速率 的要求，须增大位错运动 速率 ，需有较高应力上屈服点。,解释：,00:59,24,塑性变形一旦发生，位错大量增殖， 位错密度增加：,另一方面，位错间相互 作用增强，位错缠结；,这2方面的原因使位错运动速率 下降，相应的应力突然降低，产生 屈服降落平台。,2.3.1 屈服强度,一方面，要保持一定的塑性应变速率 ；,0
12、0:59,25,屈服降落平台的明显与否取决于m值： m值越低，的变化所需应力的变化越大， 屈服现象越明显。,2.3.1 屈服强度,00:59,26,本质较软的材料（fcc），稍许提高应力就引起 位错运动速率大幅上升，m很大, 屈服现象不明显。 Cu 200，Ag 300。,本质很硬的材料，m很小， 若要提高要大上屈服点， 明显的屈服现象 。 Ge：1.4, Si：1.4-1.7。,2.3.1 屈服强度,00:59,27,bcc金属的 m较小(20)明显的屈服现象。 fcc金属的 m较大(100200)屈服现象不明显。,应力敏感指数m愈小，的变化所需切应力的变化越大，屈服现象越明显。,小结：,2
13、.3.1 屈服强度,查文献： 不同材料 不同状态 -曲线,00:59,28,小结：,变形机制的改变： 滑移孪生 ，有利位向增多； 极快速生长，爆发性传播；,2.3.1 屈服强度,屈服 波动,00:59,29,第2章 材料的塑性变形,2.1. 材料的塑性变形机理 2.1.1 金属与陶瓷晶体的塑性变形机理 2.1.2 陶瓷材料的塑性变形特点 2.1.3 高分子材料的塑性变形 2.2 冷变形金属的回复与再结晶 2.2.1 塑性变形对材料性能的影响 2.2.2 冷变形金属的回复与再结晶 2.2.3 材料的热加工与冷加工 2.3 塑性变形的力学性能指标,00:59,30,s：材料抵抗起始（或微量）塑变的
14、能力。,00:59,31,s 的产生机理：（难点-了解）,2.3.1 屈服强度,00:59,32,2. 影响s 的因素,内因,2.3.1 屈服强度,外因,化学成分； 晶体结构； 组织结构等；,温度 应变速率 应力状态 等。,00:59,33,2. 影响s 的因素,屈服是位错运动的结果； 位错运动阻力决定了s 的大小。,晶格阻力,位错间交互作用力,位错与各种缺陷间的交互作用阻力,2.3.1 屈服强度,00:59,34,b-柏氏矢量（滑移方向上的原子间距） -位错宽度，=a/(1-) ，a为滑移面间距： fcc密排-位错宽度大；bcc位错宽度小。,理想晶体中仅存在1个位错运动时所克服的阻力。,派-
15、纳力(P-N)： 派尔斯（Peierls）和纳巴罗 （Nabarro）,（1）晶体结构（晶格阻力）： p-N ( 派-纳力),2.3.1 屈服强度,Sir Rudolf Ernst Peierls (19071995) German-born British physicist.,00:59,35,Frank Reginald Nunes Nabarro (1916 2006) English-born South African physicist,00:59,36,00:59,37,派-纳力推导十分复杂，也不精确， 它的一些定性结果有 ：,1)本质上，位错宽度越小，P-N越大，位错难以滑移，屈服强度越高。,从能量角度看：,小晶格畸变大，位错运动阻力高 p-N大，s大。 bcc.,2.3.1 屈服强度,00:59,38,2)位错宽度主要决定于结合键和晶体结构。,共价键：键角和键长难改变，位错宽度很窄， b， P-N很高但很脆； 金属键：无方向性，位错宽度较大， Cu：6b，派-纳力很低。,0
