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塑性變形 |
塑性變形是一種不可自行恢復的變形。工程材料及構件受載超過彈性變形範圍之後將發生永久的變形,即卸除載荷後將出現不可恢復的變形,或稱殘餘變形,這就是塑性變形。不是任何工程材料都具有塑性變形的能力。金屬、塑料等都具有不同程度的塑性變形能力,故可稱為塑性材料。玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料則無塑性變形能力。工程構件設計時一般不允許出現明顯的塑性變形,否則構件將不能維持原先的形狀甚至發生斷裂。
簡介
材料在外力作用下產生形變,而在外力去除後,彈性變形部分消失,不能恢復而保留下來的的那部分變形即為塑性變形 。材料在外力作用下產生應力和應變(即變形)。當應力未超過材料的彈性極限時,產生的變形在外力去除後全部消除,材料恢復原狀,這種變形是可逆的彈性變形。當應力超過材料的彈性極限,則產生的變形在外力去除後不能全部恢復,而殘留一部分變形,材料不能恢復到原來的形狀,這種殘留的變形是不可逆的塑性變形。在鍛壓、軋制、拔制等加工過程中,產生的彈性變形比塑性變形要小得多,通常忽略不計。這類利用塑性變形而使材料成形的加工方法,統稱為塑性加工。
評價
固態金屬是由大量晶粒組成的多晶體,晶粒內的原子按照體心立方、面心立方或緊密六方等方式排列成有規則的空間結構。由於多種原因,晶粒內的原子結構會存在各種缺陷。原子排列的線性參差稱為位錯。由於位錯的存在,晶體在受力後原子容易沿位錯線運動,降低晶體的變形抗力。通過位錯運動的傳遞,原子的排列發生滑移和孿晶(圖1)。滑移使一部分晶粒沿原子排列最緊密的平面和方向滑動,很多原子平面的滑移形成滑移帶,很多滑移帶集合起來就成為可見的變形。孿晶是晶粒一部分相對於一定的晶面沿一定方向相對移動,這個晶面稱為孿晶面。原子移動的距離和孿晶面的距離成正比。兩個孿晶面之間的原子排列方向改變,形成孿晶帶。滑移和孿晶是低溫時晶粒內塑性變形的兩種基本方式。多晶體的晶粒邊界是相鄰晶粒原子結構的過渡區。晶粒越細,單位體積中的晶界面積越大,有利於晶間的移動和轉動。某些金屬在特定的細晶結構條件下,通過晶粒邊界變形可以發生高達 300~3000%的延伸率而不破裂。[1]