[讨论]：影响材料塑性的因素

simulationstar

金属在压力加工中可能出现断裂。一旦出现断裂，加工过程就很难顺利地进行下去。为了顺利加工，就要求金属具有在外力作用下，能发生永久变形而不破坏其完整性的能力，这就是所谓的塑性。影响塑性的因素有很多，大家畅所欲言，谈谈自己的认识。

meihejin

塑性变形 ，即材料发生的超过弹性极限的不可逆永久变形。
塑性变形的主要机制就是滑移和孪生了。
     考虑温度的因素，可将塑性变形分为冷加工塑性变形和热加工塑性变形，当然热塑性变形情况下材料的塑性一般都优于冷加工情况下的塑性，原因是温度的升高使得位错运动加剧，材料在变形过程中发生了回复和再结晶，即发生了所谓的流动软化现象，使得加工硬化作用减小，因此易于塑性变形。
      考虑晶体结构的因素，当然是面心立方结构的材料塑性优于体心立方，最烂的当是密排六方，因为面心立方能够提供五个独立的滑移系，满足了塑性变形协调的要求，因此塑性自然好了；而最差的密排六方，则独立滑移系少于5个，室温下塑性理所当然很差，由于滑移基面上的减切应力较小，因此具有次结构的材料室温塑性变形常伴有孪生的机制。当然随着变形温度的升高，密排六方结构的材料在变形过程中会启动其它的滑移系，比如说锥面滑移系，使得塑性大大提过了，其中镁合金材料就是一例了。
       考虑晶粒尺寸的因素，当然是晶粒尺寸越小越好罗，这样塑性和强度都会提高，当然在纳米级尺寸就符合规律拉。

africamouse

加工方式（即使工件处于什么样得应力状态）也应该算作是一个影响因素吧：）

meihejin

跟改笔误，晶粒在纳米级尺寸不符和前述的规律：），即hall-petch公式。

simulationstar

还有很多因素,大家开动脑筋,查阅文献与参考书目,定能给出不同哦的答案!
另外,主要是给出具体的解释过程!

yycgy

以单向拉伸为例，单晶材料和多晶材料有很大的不同的。
其中，涉及的硬化和再结晶机制也有所区别。在微观上，是由于位错的运动机制引起的。在连续介质力学中，普遍采用位错密度作为物理上的指标，并把它与流动应力挂钩，还涉及位错组态等方面的知识；而在离散位错框架中，单个位错成为研究的主题，研究起来更纯粹一些，但目前离实际应用，还有很大的距离。

我现在就在做这方面的研究，希望大家可以多多交流。

simulationstar

总版主也来光临，欢迎欢迎！
其实对于塑性的理解，从宏观的角度入手是为了在工程和实际实验中的应用，而在微观和原子尺度考虑是为了更好的理解其本质特征，做一些基础性研究，双方各有侧重！
既然你做的是位错方面的东西，希望下面的解释对你会有所帮助！

simulationstar

Plastic deformation is characterized by a permanent deformation of the material. Unlike elastic deformation, it does not reverse on unloading but leaves the material with a permanent shape. This is called the plastic region. Between these two regions, there is a limiting stress, called the yield stress of the material, or the critical resolved shear stress for a single crystal.
The crystallinity of the structure is the prime cause of this behavior, for it enables whole slabs of crystal to glide past one another. Each slip is a displacement, in certain glide direction, generally the crystal direction of closest atomic packing on certain crystal planes which is called the slip plane. In FCC. and HCP metals, these are mainly close-packed planes, but in BCC metals, the situation is complicated. It will be discussed elsewhere. Slip begins on some small area of the surface. The slip-front line between the slipped and unslipped areas is by definition a dislocation line. The glide motion of a dislocation is a property of a periodic crystal. The transition from the slipped to the unslipped region is spread over several atomic distances which is the width of the dislocation. Every atom in this transition region is pushed only a little further out of its original equilibrium site when it moves forward. This is the reason why dislocations can move easily in the crystal. Thus, the yield stress is much lower than the theoretical strength of crystals. Dislocation theory plays important role in understanding the microscopic processes in plastic deformation. Even the elastic theory of dislocations may explain many phenomena, such as yielding, work hardening, etc. It provides not only a deeper qualitative physical picture of plastic deformation but also to a certain degree a quantitative analysis of it.
Plastic deformation can also occur by twinning. The atoms slide, layer by layer to bring each deformed slab into mirror-image lattice orientation relative to the undeformed material. The critical stress of twinning is usually higher. Twins form at low temperature and under rapid deformation, e.g. bcc iron strained quickly at room temperature and slowly at 100K

simulationstar

从宏观角度考虑，仅对于不同的组织形态和晶体结构来说，其塑性也相差很大！
不同的晶体结构的金属，如同meihejin 仁兄所说，一般来说，面心立方结构的金属塑性最好，体心立方结构的次之，密排六方结构的金属塑性最差。
纯金属与合金相比，一般纯金属的塑性较好。
单相同多相组织比较，一般单相较多相塑性好。这是由于各相性能差别，引起变形难易程度的不同，如Ni－Cr奥氏体不锈钢中，若出现Alpha铁素体相，则塑性降低。当Alpha铁素体含量较大时，塑性加工就有困难。但是超塑性条件下变形时，双相钢却有利于塑性的提高。
另外，在双相或多相组织中，第二相的性质、数量、晶粒大小，形态和分布又分别对塑性有较大的影响。

yycgy

位错理论现在更多地用来解释一些疲劳、硬化等方面的现象，对于塑性成型，特别是大变形问题，还很难给予明确的模型。

simulationstar从宏观入手的角度是对的，对于单晶，可能比较好解释；但对于多晶来说，机制上要解释情况恐怕还有距离。

在钢材轧压工程中，还涉及晶粒细化等再结晶现象，敏感的临界判据问题还没有得到深入地解决，很多时候都是定性地分析，离定量还有很长的距离。

希望这样的讨论越多越好。

个人建议，应该结合文献，可能效果会更好。

simulationstar

位错理论对于塑性成形确实没有很明确的模型，只能定性地描述，还不能定量。大家积极讨论，谈谈自己的认识！

simulationstar

对于多晶体金属塑性变形的理解：
多晶体金属经过塑性变形后，除了在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织特征外，还具有下列的组织变化。
1. 晶粒形状的变化
晶粒形状变化趋于与金属宏观变形一致。例如：轧制变形时，原来的等轴晶晶粒被拉长，呈现纤维组织特征（变形足够大）。而且中间的铸造缺陷或金属中的夹杂会被拉长成细带状或粉碎成链状。
2. 晶粒内部产生亚结构
金属的塑性变形主要是借位错的运动而进行的。在塑性变形过程中，晶粒的位错不断增殖，经过很大的冷变形后，位错密度可从原先退火状态的10e6－10e7 cm^2增加到10e11-10e12 cm^2。由于位错运动以及位错交互作用的结果，金属变形后的位错分布是不均匀的。他们先是比较纷乱地纠缠成群，形成“位错缠结”，如果变形量增大，就形成胞状亚结构。当经过很大的冷轧或冷拉拔变形后，不但胞的尺寸会很小，而且形状会随着晶粒外形的改变而变化。关于形成胞状亚结构的分析，主要是针对于高层错能类的金属（铝及铝合金、铁素体钢以及密排六方的金属等）。对于层错能较低的金属（如奥氏体钢、铜及铜合金）变形后位错的分布会比较均匀和分散，构成复杂的网络，尽管位错密度增加，但是不倾向于形成胞状亚结构。
3. 晶粒位向改变（变形织构）
多晶体塑性变形时伴随有晶粒的转动，尽管这种转动不象单晶体的转动那样自由。当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织称为“变形织构”。

yycgy

在力学框架中，位错密度是个张量，它和晶体的变形息息相关。

位错在晶体中形成了位错场，这个场和晶体的弹性场是互相影响的。

除了给定相关物理参数，还要补充相应的边界条件，即对边值问题举行全面的分析。

涉及位错胞演化，还要建立一个关于位错胞演化的动力学方程。

simulationstar

DISLOCATION CORE AND ATOMIC FORCE
Early development of dislocation theory, and related theoretical treatment of metallic properties controlled by dislocations, focussed most attention on the effects of long-range elastic fields. In the present context (see also Vitek, 1995) mechanical properties were frequently analyzed in terms of long-range dislocation-dislocaton, dislocation-point defects, etc interactions. The attitude prevailing in the late 1960s that dislocation cores were of but secondary importance in the plastic deformation of metals was radically altered in the next two decades. It became widely recognized then that dislocation core phenomena could play a role at least as important as long-range interactions in the deformation behavior of many materials. As emphasized in the studies of Vitek and coworkers (Vitek, 1985) clear signatures of core effects are to be found in deformation modes and slip geometry, strong orientation and temperature dependences of the yield stress, and also in   anomalous temperature dependence of the yield and flow stresses (see also Due***ery and Richardson, 1991).
Significant impetus for such atomistic modeling has been the marked improvement in experimental techniques, such as high resolution electron microscopy, that are capable of atomic resolution.

yycgy

涉及位错动力学演化的模型也是很多的，期待交流……

mooncold

呵呵，

因素太多了。

到材料版讨论这样的问题吧，

欢迎：
http://bbs.matwav.com/post/page?bid=69&sty=0&age=0

simulationstar

其实关键在于大家的相互交流，分享自己的心得！
在哪里讨论都是一样有意义！

yycgy

如果有个交流塑性变形的qq群就好了，这样交流起来就方便多了。

simulationstar

大哥领头建一个吧！

mooncold

hehe,
除了材料本身的结构和成分外，
工艺过程对塑性的影响：

多晶体金属塑性变形主要是2个方式，一个是位错(dislocation)，一个是孪晶(twin)。
在高的应变速率下，一般是twin的方式多，比如冲击变形什么的。

基于位错的变形能力，在于位错的产生和运动。如果材料本身的位错密度已经很高了，就很难再继续变形了，塑性也就下来了。另外位错的运动是热激活过程，温度也会影响。