ANSYS-塑性变形..doc

塑性变形 中文名称： 塑性变形 英文名称： plastic deformation 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 　　 ?? 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限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形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排列方向改变，形成孪晶带。滑移和孪晶是低温时晶粒内塑性变形的两种基本方式。 多晶体的晶粒边界是相邻晶粒原子结构的过渡区。晶粒越细，单位体积中的晶界面积越大，有利于晶间的移动和转动。某些金属在特定的细晶结构条件下，通过晶粒边界变形可以发生高达 300～3000％的延伸率而不破裂。 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 生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。 内应力 　　塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的弹性恢复也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。 各向异性 　　金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现滑移带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大(如70％或更大)而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。 再结晶和回复 　　经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。 　　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40～50％。 低碳钢的再结晶温度约460℃。当变形程度较小时,在再结晶过程中，尤其是当温度偏高时，再结晶的晶粒特别粗大。因此如要晶粒细小，金属材料在再结晶处理前会有较大的变形量。 　　再结晶温度对金属材料的塑性加工非常重要。在再结晶温度以上进行的塑性加工和变形称为热加工和热变形；在再结晶温度以下进行的塑性加工和变形称为冷加工和冷变形。热变形时，金属材料在变形过程中不断地发生再结晶，不引起加工硬化，假如缓慢地冷却，也不出现内应力。 　　回复 　　冷变形后的金属，当加热到稍低于再结晶温度时，通过原子的扩散会减少晶体的缺陷，降低晶体的畸变能，从而减小内应力；但是不出现新的晶粒，金属仍保留加工硬化和各向异性，这就是金属的回复。这样的热处理称为去应力退火。 变形量和塑性 　　塑性变形变形量的大小，常依变形方式的不同用不同的指标来表示。有的用坯料变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,扭转时用转角的大小