材料的塑性變形及其性能指標(biāo)

實際材料（多晶體）塑性變形的特點是起始塑性變形的非同時性。由ji大數(shù)量的同相晶粒（單相合金）或不同相晶粒（多相合金）組成的實際材料（多晶體），由于各晶粒的空間取向不同，不同相的晶粒各自性質(zhì)不同（這里所說的性質(zhì)是指彈性變形能力和抗力，塑性變形能力和抗力）。

  因此。在外負荷作用下，它們由彈性變形向塑性變形的過渡不可能同時開始，而是在那些滑移面對外界作用力來說具有適宜取向的晶粒中先開始，在那些本質(zhì)比較弱的晶粒中先開始，在那些存在應(yīng)力集中（因為某些外在或內(nèi)在原因引起）的晶粒中先開始。材料的組織愈不均勻，這種起始塑性變形非同時性的情況就愈嚴(yán)重。由此可見。任何實際材料在外負荷作用下初的塑性變形都帶有局部性質(zhì)。材料塑性變形的這一特點使我們無法測得真正的大彈性變形抗力指標(biāo)（彈性極限），和真正的起始塑性變形的抗力指標(biāo)（屈服強度），因而不得不采取條件規(guī)定的辦法；同時也帶來與彈性完整性有區(qū)別的一些現(xiàn)象，如彈性后效，彈性滯后環(huán)等。

  實際材料（多晶體）塑性變形的第二個特點是塑性變形量的不均一性。這種不均一性不僅表現(xiàn)在基體材料的各個晶粒之間，基體材料晶粒與第二相晶粒之間，即使在一個晶粒的內(nèi)部也是如此。顯然，這是由于不同基體相晶粒空間取向不同。第二相晶粒性質(zhì)不同，以及第二相的形態(tài)、分布等原因引起的。其后果是各晶粒間塑性變形程度（即變形量）不一致，當(dāng)從外觀上看整個宏觀塑性還不大，即大部分晶粒統(tǒng)計變形量還不大的時候，個別晶粒的塑性變形量可能已達到其極限值，因而在這些地帶將出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致早期的韌性斷裂。材料組織愈不均勻，塑性變形量不均一性就愈嚴(yán)重，斷裂前宏觀塑性值就小，同時斷裂抗力也不大。掌握這一特點，對我們正確認識（評定）和能動地改造實際材料的塑性變形能力與韌性一斷裂抗力有很重要的實際意義。

  實際材料（多晶體）塑性變形的第三個特點是塑性變形的時間性。我們已知，材料彈性變形以聲速進行，因此變形速度對材料彈性性質(zhì)無影響。但塑性變形是需要時間的，結(jié)果會使材料的彈性極限、屈服強度跟著變形速度的增加而升高。正因為材料塑性變形的時間性問題，所以在高溫靜載荷下工作的零件要用應(yīng)力、應(yīng)變和時間三個參數(shù)才能表征它的失效行為。例如應(yīng)力不變時，塑性變形隨時間的增長而增加，即出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象；形變一定時，應(yīng)力隨時間的增長而下降即出現(xiàn)松馳現(xiàn)象。材料塑性變形時間性的特點使我們注意到在測定塑性變形階段的材料力學(xué)性能指標(biāo)時，應(yīng)特別注意加載速度這一外在因素的影響。這點在測定屈服強度時尤為重要。

  實際材料（多晶體）塑性變形的第四個特點是變形過程中伴隨著材料力學(xué)性能和其它物理、化學(xué)性能的改變。常潔下實際材料*突出的表現(xiàn)即應(yīng)變硬化現(xiàn)象。同一材料不同變形程度導(dǎo)致不同的應(yīng)變硬化程度，可得出不同的彈性極限、屈服強度和脆性斷裂抗力，這就是冷加工改變材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)。物理、化學(xué)性能方面的變化主要表現(xiàn)在隨著變形的增加，材料密度降低，電阻增加，矯頑磁力和磁滯回線增大，化學(xué)活性增大等。這些現(xiàn)象都和材料塑性變形過程中材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化（其中主要的是亞結(jié)構(gòu)的形成）及相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力的形成有關(guān)。塑性變形時外力所作的功除了轉(zhuǎn)化為熱能之外，還有一小部分（不超過總功10%，與變形量、變形方式、溫度以及材料本身性質(zhì)等因素有關(guān)）被保留于材料內(nèi)部，稱為貯存能，這部分能量在變形材料中表現(xiàn)為殘余內(nèi)應(yīng)力的彈性應(yīng)變能和點陣缺陷的點陣畸變能。

  其中殘余內(nèi)應(yīng)力的彈性應(yīng)變能只占總貯存能的5%~10%，絕大部分是屬于點陣畸變能。這部分能量主要又是由于生成大量位錯而引起的能量升高，估計要占總貯存能的80%~90%。通常把宏觀范圍的殘余內(nèi)應(yīng)力稱為第yi類內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力若給予以恰當(dāng)利用，如通過噴丸或滾壓在工件表面造成殘余壓應(yīng)力，就可大大提高工件的疲勞極限。通常把相當(dāng)于晶粒尺度范圍的微觀殘余應(yīng)力稱為第二類內(nèi)應(yīng)力。晶粒之間和晶粒內(nèi)部變形愈不均勻，這種內(nèi)應(yīng)力就愈大，甚至可能引起顯做裂紋的萌生和擴展。點陣畸變有時也被稱為第三類內(nèi)應(yīng)力。因為它占總貯存能的絕大部分，提高了變形晶類的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，因此有著向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化的自發(fā)趨勢，這就是變形材料回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動力。