《塑性變形物理本質(zhì)》課件

《塑性變形物理本質(zhì)》ppt課件REPORTING2023WORKSUMMARY目錄CATALOGUE引言塑性變形的微觀機(jī)制塑性變形的力學(xué)行為材料對(duì)塑性變形的影響塑性變形過程中的物理現(xiàn)象塑性變形的應(yīng)用PART01引言塑性變形：金屬在切應(yīng)力的作用下發(fā)生不可逆的永久變形。塑性變形是金屬在加工過程中常見的現(xiàn)象，涉及到金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變。塑性變形可以通過各種加工工藝實(shí)現(xiàn)，如軋制、鍛造、擠壓等。塑性變形的定義03在實(shí)際應(yīng)用中，塑性變形廣泛應(yīng)用于航空、汽車、建筑和能源等領(lǐng)域。01塑性變形是金屬加工和制造過程中必不可少的環(huán)節(jié)，能夠改變金屬的形狀和性能。02通過塑性變形可以細(xì)化金屬的晶粒，提高材料的力學(xué)性能和物理性能。塑性變形的重要性掌握塑性變形的物理本質(zhì)、變形機(jī)制和相關(guān)理論，了解實(shí)際應(yīng)用中的問題和解決方法。介紹塑性變形的相關(guān)概念、基本理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)際應(yīng)用案例。課程目標(biāo)和內(nèi)容概述課程內(nèi)容課程目標(biāo)PART02塑性變形的微觀機(jī)制位錯(cuò)理論是解釋塑性變形微觀機(jī)制的重要理論之一。位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和交互作用可以導(dǎo)致材料在宏觀尺度上表現(xiàn)出塑性變形的性質(zhì)。位錯(cuò)理論位錯(cuò)是晶體中局部原子排列發(fā)生扭曲的區(qū)域，可以在外力作用下移動(dòng)，從而引起材料的塑性變形。位錯(cuò)理論可以解釋許多塑性變形現(xiàn)象，如加工硬化、應(yīng)變時(shí)效等。010203晶界滑移是指在多晶體材料中，晶界在切應(yīng)力作用下發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象。晶界滑移可以導(dǎo)致材料在宏觀尺度上表現(xiàn)出塑性變形的性質(zhì)，并且對(duì)材料的力學(xué)性能有重要影響。晶界滑移與晶粒尺寸、晶界結(jié)構(gòu)和晶界性質(zhì)等因素有關(guān)。晶界滑移在孿生變形過程中，晶體的一部分相對(duì)于另一部分發(fā)生對(duì)稱性切變，從而引起材料的塑性變形。孿生變形通常需要較大的切應(yīng)力才能引發(fā)，并且對(duì)材料的力學(xué)性能有重要影響。孿生變形是一種特殊的塑性變形方式，主要發(fā)生在某些金屬合金中。孿生變形ABCD動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶動(dòng)態(tài)回復(fù)可以降低位錯(cuò)密度、消除應(yīng)力集中，從而提高材料的塑性變形能力。動(dòng)態(tài)回復(fù)是指在塑性變形過程中，材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的自適應(yīng)調(diào)整過程。再結(jié)晶可以改變材料的晶粒結(jié)構(gòu)，從而改變其力學(xué)性能。再結(jié)晶是指在塑性變形過程中，新晶粒的形核和長(zhǎng)大過程，通常發(fā)生在較高溫度下。PART03塑性變形的力學(xué)行為應(yīng)力是物體受到外力作用時(shí)單位面積上的內(nèi)力，分為正應(yīng)力和剪切應(yīng)力。應(yīng)力分析應(yīng)變是描述物體形狀和尺寸變化的物理量，分為線應(yīng)變和剪應(yīng)變。應(yīng)變描述應(yīng)力和應(yīng)變屈服準(zhǔn)則屈服準(zhǔn)則是描述材料開始發(fā)生屈服行為的應(yīng)力狀態(tài)，通常與材料的屈服點(diǎn)相關(guān)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線是描述材料在受力過程中應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系的曲線，可分為彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段。屈服準(zhǔn)則與應(yīng)力-應(yīng)變曲線加工硬化與軟化加工硬化加工硬化是指材料在塑性變形過程中強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象，通常是由于位錯(cuò)密度增加和晶粒細(xì)化引起的。軟化機(jī)制軟化機(jī)制是指材料在塑性變形過程中隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力逐漸減小的現(xiàn)象，通常是由于動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶引起的。流動(dòng)應(yīng)力流動(dòng)應(yīng)力是指材料在塑性變形過程中所受到的應(yīng)力，與應(yīng)變速率和溫度有關(guān)。溫度影響溫度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響表現(xiàn)在高溫下材料的流動(dòng)應(yīng)力較低，低溫下材料的流動(dòng)應(yīng)力較高。這是因?yàn)楦邷叵略踊顒?dòng)能力增強(qiáng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑移更容易進(jìn)行。流動(dòng)應(yīng)力與溫度的關(guān)系PART04材料對(duì)塑性變形的影響材料的晶體結(jié)構(gòu)材料的晶體結(jié)構(gòu)決定了原子在空間的排列方式和排列規(guī)律，從而影響材料的塑性變形行為。例如，面心立方金屬具有良好的塑性變形能力，而體心立方金屬的塑性變形能力較差。晶體結(jié)構(gòu)對(duì)塑性變形的影響材料的晶體取向決定了晶體的易滑移面和滑移方向，從而影響塑性變形的難易程度。在加工過程中，應(yīng)盡量使材料的易滑移面與外力方向一致，以提高材料的塑性變形能力。晶體取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懢ЯＴ郊?xì)，材料的塑性變形能力越好。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶界數(shù)量越多，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大，從而提高了材料的強(qiáng)度和塑性。晶粒尺寸對(duì)塑性變形的影響不同相的塑性變形能力不同。例如，奧氏體相的塑性變形能力較好，而馬氏體相的塑性變形能力較差。因此，材料的相組成也會(huì)影響其塑性變形能力。相組成對(duì)塑性變形的影響材料的微觀組織合金元素對(duì)塑性變形的影響合金元素可以改變材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織，從而影響其塑性變形能力。例如，加入合金元素可以細(xì)化晶粒、改變相組成等，從而提高材料的強(qiáng)度和塑性。雜質(zhì)元素對(duì)塑性變形的影響雜質(zhì)元素在材料中以固溶、化合物等形式存在，對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織產(chǎn)生影響，從而影響其塑性變形能力。例如，雜質(zhì)元素可以導(dǎo)致晶格畸變、降低滑移面能等，從而降低材料的塑性變形能力。材料的成分與相組成熱處理對(duì)塑性變形的影響熱處理是改變材料內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)的有效手段。通過合理的熱處理工藝，可以改善材料的塑性變形能力。例如，通過退火、正火等工藝可以改變材料的晶粒尺寸和相組成，從而提高其塑性變形能力。工藝處理對(duì)塑性變形的影響在加工過程中，工藝參數(shù)的選擇和處理方法對(duì)材料的塑性變形能力也有重要影響。例如，在軋制過程中，應(yīng)選擇合適的軋制溫度和軋制速度，以獲得最佳的加工效果和材料性能。材料的熱處理與工藝處理PART05塑性變形過程中的物理現(xiàn)象VS塑性變形過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，這是由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、晶格畸變等微觀機(jī)制產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力導(dǎo)致的。熱傳導(dǎo)在塑性變形過程中，由于溫度梯度的存在，熱量會(huì)從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞，影響材料的溫度分布和熱穩(wěn)定性。熱效應(yīng)熱效應(yīng)與熱傳導(dǎo)塑性變形過程中，材料內(nèi)部的自由電子和離子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電流，形成電效應(yīng)。當(dāng)材料受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，其內(nèi)部的磁通量會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電效應(yīng)電磁感應(yīng)電效應(yīng)與電磁感應(yīng)內(nèi)應(yīng)力塑性變形過程中，由于應(yīng)力分布不均勻，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。要點(diǎn)一要點(diǎn)二殘余應(yīng)力塑性變形后，由于內(nèi)部應(yīng)力的釋放不完全，材料內(nèi)部會(huì)保留一定的殘余應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力與殘余應(yīng)力塑性變形過程中，隨著變形的增加，材料逐漸硬化，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高。當(dāng)變形量超過某一臨界值后，材料會(huì)發(fā)生軟化現(xiàn)象。硬化與軟化塑性變形過程中，材料的韌性會(huì)發(fā)生變化。隨著變形的增加，材料的韌性逐漸降低。韌性塑性變形對(duì)材料的疲勞性能產(chǎn)生影響。經(jīng)過塑性變形的材料，其疲勞極限會(huì)降低。疲勞性能塑性變形對(duì)材料性能的影響PART06塑性變形的應(yīng)用通過塑性變形將金屬板料加工成各種形狀的零件，如汽車覆蓋件、家用電器外殼等。金屬板料沖壓金屬拉拔與擠壓金屬鍛造利用塑性變形將金屬棒料拉長(zhǎng)或擠壓成各種管材、型材等，廣泛應(yīng)用于建筑、石油、化工等領(lǐng)域。通過塑性變形將金屬坯料鍛造成所需形狀的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、齒輪等。030201金屬成型與加工通過塑性變形將塑料熔體注入模具中，冷卻后得到各種形狀的塑料制品，如家電外殼、日用品等。塑料注塑成型將塑料原料在加熱狀態(tài)下通過塑性變形進(jìn)行壓延，制成薄膜或片材，如食品包裝膜、建材貼膜等。塑料壓延成型通過塑性變形將塑料原料吹制成各種中空制品，如飲料瓶、洗發(fā)水瓶等。塑料吹塑成型塑料加工與成型復(fù)合材料編織將纖維材料編織成預(yù)制件，通過塑性變形加工成所需形狀的復(fù)合材料構(gòu)件，如體育器材、船舶等。復(fù)合材料注塑將復(fù)合材料熔體注入模具中，冷卻后得到各種形狀的復(fù)合材料制品，如電子產(chǎn)品外殼、醫(yī)療器械等。復(fù)合材料層壓將多層材料疊合在一起，通過塑性變形進(jìn)