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1、塑性变形中文名称：塑性变形英文名称：plastic deformatio n定义：岩体、土体受力产生的、力卸除后不能恢复的那部分变形。应用学科：水利科技（一级学科）；岩石力学、土力学、岩土工程（二级学科）；土 力学（水利）（三级学科）塑性变形（Plastic Deformation ），的定义是物质-包括流体及固体在一定的条 件下，在外力的作用下产生 形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原 状的一种物理现象。材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形V 9<塑性变形。材料在外力 作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产 生的变形在外力去除后全部
2、消除 ，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性 变形。当应力超过材料的弹性极除后不能全部 恢复，而残留一部分变形，材料限，则产生的变形在外力去不能恢复到原来的形状，这轧制、拔制等加工过程中， 略不计。这类利用塑性变形种残留的变形 是不可逆的塑性变形。在 锻压、 产生的弹性变 形比塑性变形要小得多，通常忽 而使材料成形 的加工方法，统称为塑性加工。机理固态金属 是由大量晶粒组成的多晶体，晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧 密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于多种原因，晶粒内的原子结 构会存在各种缺陷。原塑性变形子排列的线性参差称为位错。由于位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位 错线运动，降低
3、晶体的变形抗 力。通过位错运动的传递，原子的排列发生滑 移和孪晶（图1）。滑移是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动 很多原子平面的滑移形成滑移带，很多滑移 带集合起来就成为可见的变形 孪晶是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方 向相对移动，这个晶面称为 孪晶面。原子移动的距离和孪晶面的距离成正 比。两个孪晶面之间的原子温时晶粒内塑性变形的两种 子结构的过渡区。晶粒越细,动和转动。某些金属在特定生高达3003000 %的延伸排列方向改变，形成孪晶带。滑移和孪晶是低 基本方式。 多晶体的晶粒边界是相邻晶粒原 单位体积中的 晶界面积越大，有利于晶间的移 的细晶结构条件下，通过晶粒边界变形可以发
4、 率而不破裂。影响金属在室 温下的塑性变形，对金属的组织 和性能影响很大，常会出现 加工硬化、内 应力和各向异性等现象。加工硬化塑性变形 引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发塑性变形力学原理M L 負力生交割，位错 属的硬度、强的运动受到阻碍，使金属产生加 度和变形抗力，同时降低塑性，工硬化。加工硬化能提高金 使以后的冷态变形困难。内应力塑性变形 弹性恢复也不 应力，即残余 向。在金属体内的分布是不均匀的， 会完全一样，这就使金属体内各 应力。残余应力降低零件的尺寸所以外力去除后，各部分的 部分之间产生相互平衡的内 稳定性，增大应力腐蚀的倾各向异性金属经冷 变形方向伸长 时，晶粒内原
5、变形方向拉长 塑性和韧性都 粒的取向会不 金属仍有各向态塑性变形后，晶粒内部出现滑和扭曲。当变形量很大 （如70%或更大）而且是沿着 子排列的位向趋向一致，同时金 形成纤维组织，使金属产生各向 比横向的高。当金属在热态下变 同程度地偏离变形方向，但夹 异性。移带或孪晶带。各晶粒还沿个方向属内部存在的夹杂物也被沿异性。沿变形方向的强度、形，由于发生了再结晶，晶 杂物拉长形成的纤维方向不变，再结晶和回复经过冷变 活能增加到足 种现象称为再 引起的加工硬形的金属，如加热到一定温度并 够的活动力时，便会出现新的晶 结晶。经过再结晶处理后，冷变 化、残余应力等都会完全消除。保持一定的时间，原子的激 核，
6、并成长为新的晶粒，这 形引起的晶粒畸变以及由此再结晶温度通常以经一小时保温完成再结晶的温度为金属的再结晶温度。各种金属的再结晶温 度，按绝对温度（K）计大约相当于该金属熔点的4050%。低碳钢的再结晶 当温度偏高时 再结晶处理前再结晶温 的塑性加工和 工和变形称为 发生再结晶，回复冷变形后 减少晶体的缺 晶粒，金属仍 理称为去应力温度约460C。当变形程度较小时，再结晶的晶粒特别粗大。因此 会有较大的变形量。度对金属材料的塑性加工非常重 变形称为热加工和热变形；在再 冷加工和冷变形。热变形时，金 不引起加工硬化，假如缓慢地冷 的金属，当加热到稍低于再结晶 陷，降低晶体的畸变能，从而减 保留加工
7、硬化和各向异性，这就 退火。,在再结晶过程中，尤其是 如要晶粒细小，金属材料在 要。在再结晶温度以上进行 结晶温度以下进行的塑性加 属材料在变形过程中不断地 却，也不出现内应力。温度时，通过原子的扩散会 小内应力；但是不出现新的 是金属的回复。这样的热处变形量和塑性塑性变形 有的用坯料变 扭转时用转角不同用不同的指标来表示。变形量的大小，常依变形方式的形前后截面积的变化表示，有的用某一方向长度 的变化表示， 的大小表示。镦粗和压缩的变形量在工程上常用压缩率表示如坯料原始高H 0,镦粗后高H1 （图2）,则压下量厶Hk H 0 H 1，压缩率 为(%)公式1 金属在锻压过程中所能承受的变形量有一
8、定的 形量而不破裂 的性能称为塑性。金属的塑性可 验）。金属塑性的好坏与化学成分、内部组织 方式等因素有 塑性好，高合 温时塑性好。 的周围向外凸关。纯金属和合金元素低的金属 金和含杂质多的金属塑性差。一 金属的塑性还与变形方式有关， 出，材料受拉应力，金属的塑性料三向受压，金属的塑性高。在很小的变形 如铸铁。脆性 变形力 变形的应力不 意一点单元体限值。金属能承受较大的变 由实验测定（见锻造性能试 结构、变形温度和速度、变形（如铝、紫铜、低碳钢等）般金属在低温时塑性差，高 例如在自由锻镦粗时，坯料 低，容易开裂。挤压时，坯F就开裂的金属称为脆性材料，材料通常不宜锻压加工在锻压过程中，坯料内部
9、一般处于三向应力状态。开始塑性是由某一方向的应力单独确定的。用1、2、3代表坯料内任上三个相互垂直方向的主应力（图3），实验表明，如要这个单元体发生塑性 变形，则三个主应力所引起的弹性畸变能应达到一定值。它的数学表达式为公式3试验测定。上式表示金属坯 所应达到的条件，称为屈服 会发生塑性变形，这时所加式中丫为金属的变形抗力，由抗拉试验或抗压 料内任意一点开始塑性变形时三个方向主应力 准则。在锻压 过程中，坯料内某些面上各点都 的外力称为变形力。影响变形力P的主要因素有4个，即公式2式中丫为金属的静载变形抗力，它与化学成分、温度、变形过程等有关。低 碳钢的变形抗 力低，高合金钢的变形抗力高； 低温时变形抗力高，高温时 变形抗力低；塑性变形室温下的退火金属在开始锻压时变形抗力低，经过变形产生加工硬化后变 形抗力增高。A为锻件加力方向 的横截面积。a 1为应变速率系数。在慢速 的液压机上锻压时，a 1=11.5 ；在应变速率高的锻锤上锻压时，a 1埍3。a 2为多余功系数，它与变形方式有关，例如自由锻时坏料侧表面不受约 束,a 2=12.5 ;模锻和挤压时，金属的流动受模膛约束，a 2=2.56。 另外，模膛表面的粗糙度和润 滑状况也有影响，锻模表面光 洁且有良好的润 滑时a 2较小；模具表面粗 糙且没有润滑时，a 2较大。