塑性變形的案例
塑性變形對組織性能的影響
塑性變形對金屬組織結構的影響
（1）晶粒發生變形 金屬發生塑性變形后,晶粒沿形變方向被拉長或壓扁。當變形量很大時, 晶粒變成細條狀(拉伸時), 金屬中的夾雜物也被拉長, 形成纖維組織。
2）亞結構形成金屬經大的塑性變形時, 由于位錯的密度增大和發生交互作用, 大量位錯堆積在局部地區, 并相互纏結, 形成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 而在晶粒內產生亞晶粒。
（3）形變織構產生 金屬塑性變形到很大程度(70%以上)時, 由于晶粒發生轉動, 使各晶粒的位向趨近于一致, 形成特殊的擇優取向, 這種有序化的結構叫做形變織構。形變織構一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 稱為絲織構, 例如低碳鋼經高度冷拔后, 其<100>平行于拔絲方向; 另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向, 稱為板織構, 低碳鋼的板織構為{001}<110>。
2. 塑性變形對金屬性能的影響
（1）形變強化 金屬發生塑性變形, 隨變形度的增大, 金屬的強度和硬度顯著提高, 塑性和韌性明顯下降。這種現象稱為加工硬化, 也叫形變強化。產生加工硬化的原因是：金屬發生塑性變形時, 位錯密度增加, 位錯間的交互作用增強, 相互纏結, 造成位錯運動阻力的增大, 引起塑性變形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎細化, 使強度得以提高。在生產中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強度。
（2）產生各向異性 由于纖維組織和形變織構的形成, 使金屬的性能產生各向異性。如沿纖維方向的強度和塑性明顯高于垂直方向的。用有織構的板材沖制筒形零件時, 即由于在不同方向上塑性差別很大, 零件的邊緣出現“制耳”。 在某些情況下, 織構的各向異性也有好處。
展開 金屬塑性變形加工中你必須了解的那些知識要點
塑性變形是金屬材料加工過程中最重要的問題。這里面涉及一些很基礎的概念，包括: 彈性變形、塑性變形、滑移、位錯、剪切帶、絕熱剪切帶等。對這些概念的理解和認知有利于理清金屬塑性加工過程中一些現象的科學本質。小編整理了一些與金屬塑性加工有關的知識，歡迎大家閱讀和討論，并歡迎您在文章后面留言。
金屬的變形通常有兩類，即塊體加工和板材加工。在塊體加工過程中，整個塊體都會發生塑性變形。在板材成型加工過程中，只有局部發生塑性變形，非常典型的現象就是板材的厚度減薄。
金屬變形加工
金屬的變形包括：彈性變形和塑性變形。當載荷卸掉以后，彈性變形會回復。塑性變形是在外力作用下，金屬發生的永久變形，這種變形是不可回復的。一般來說，當外加載荷超過材料的彈性極限并超過屈服點以后，金屬就會發生塑性變形。在這個過程中所輸入的能量就會被金屬屈服過程中位錯的滑移和孿生所消耗。
軸向拉伸時的工程應力-應變曲線
塑性變形通常以滑移的方式發生，滑移通常沿著晶體中的原子密排面開動，因為在原子的密排面上開動滑移所需要的能量最小。位錯在晶粒中滑移一直到滑移出晶粒才會結束。于是，就在晶體的表面產生臺階，這種臺階就叫滑移帶。在就愛你剪切應力作用下產生的滑移帶稱為剪切滑移帶，簡稱剪切帶[Shear bands]。
金屬中的晶粒形貌
金屬晶粒中的位錯形貌
滑移帶模型
滑移會連續發生，每次只產生一個臺階，所以晶體結構會一直保持不變。
展開 固體塑性變形—細觀塑性力學 附塑性力學同濟大學下載
細觀塑性力學(mesoplasticity)
研究材料細觀結構對載荷的響應、演化和失效機理，以及細觀結構對材料宏觀性能的影響的一門新興學科，是材料科學與固體力學緊密結合的產物。
20世紀70年代以來，材料工藝及制造技術突飛猛進。材料設計、加工及精密制造技術已成為一個定量及嚴密的學科，其中發展最為關鍵的一環就是對工程材料的力學性能的認識不斷提高。工程材料的加工是通過塑性變形(如壓力加工和精密切削)進行的。人們研究塑性變形的途徑可分為兩大類：一類是以傳統力學為基礎的唯象理論，強調解決問題的數學表達和邊界解，被稱為宏觀塑性力學；另一類是以物理學為基礎的微觀理論，研究材料真實塑性變形的微觀機理與力學性能(如屈服強度、硬度)之間的相互聯系，被稱為微觀塑性力學。多年來它們在各自領域內發展。
固體塑性變形可以從尺寸量級上分類(見表)，德魯克(D．C．Drucker)對這方面做了討論。表中列出了不同尺寸量級的研究對象以及相應的學科。從表中可以看出，不同學科所關心的研究對象的尺度相差很大，互不相容，但大體可以分為微觀和細觀以及宏觀兩個尺寸范圍。
固體塑性變形的分類
傳統計算力學以“連續介質”假設為基礎，用唯象理論的方法研究并建立了各類材料的本構關系，由此導出了固體力學各類問題的基本方程，建立了相應的解析和數值解法。然而，唯象理論在大應變、高應變速率、非比率加載、率相關、溫度敏感以及晶界效應等問題前遇到了難于逾越的障礙。大量事實表明，材料的力學性質對微觀結構是敏感的。
微觀塑性力學基礎建立于位錯理論，通過位錯運動和晶格其他缺陷來解釋材料的基本性能。由于研究的對象是位錯及晶體缺陷，只能通過電子顯微鏡來觀察，觀察范圍非常細小且研制費時，不適于作為工業生產上質量控制的評定指標。
展開 選擇五金沖壓材料時要充分考慮到材料的塑性變形
冷沖壓是建立在金屬塑性變形的基礎上，在常溫下利用安裝在太力機上的模具對材料施加壓力，使用其產生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件。
那么金屬的塑性變形是怎么回事呢？
在固體材料中，原子之間作用著相當大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒有其它外力作用的條件下，物體具有自己的形狀和尺寸。固體是由質點或微元體組成的，對固體施加外力引起的形狀和尺寸改變，伴隨著質點間距離的變化，或微元體的形狀和尺寸的變化。
如果作用物體的外力卸載后，由于外力引起的的變形隨之消失，特體能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，則這樣的變形稱為彈性變形。如果作用于物體的外力卸載后，物體并不能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，則所存在的殘余變形稱為塑性變形。
塑性變形和彈性變形一樣，都是在變形體不破壞的條件下進行的；
影響金屬塑性變形的主要因素通常有以個幾個因素：
1.金屬材料的成分和組織結構
2.變形溫度
3.變形速度
4應力狀態
5.材料的力學性能
影響金屬塑性變形的主要因素很多，除金屬的成分、組織結構等內在因素外，其外部因素的影響也很大。從沖壓工藝角度出發，往往著重于外部條件的研究，以便創遷條件，充分發揮材料的變形潛力，盡可能減少工序數。
正確選擇沖壓件原材料能在生產加工中起到事半功倍的做用。
本文由滄州惠豐汽車配件有限公司提供，公司網址：http://www.jlhengjie.com/
展開 
有限元材料的塑性變形和殘余應力
根據相關標準，零部件在運行過程中允許小范圍的塑性變形或者應力超出屈服強度不超過10%，但需考慮殘余應力對疲勞壽命的影響，這里介紹下有限元分析零件的塑性變形和殘余應力計算。
1.定義材料非線性特性，雙線性隨動強化材料。這里材料定義為Q235，屈服強度235MPa，抗拉強度450MPa，彈性模量210GPa，切向模量1.5GPa，泊松比0.3。
2.建立3d 模型，為簡化起見，建立一個長方體（10x10x100mm）
3.劃分網格，單元選用六面體單元。
4.定義邊界條件,一端固定，另一端施加30000N的拉力。這里一定要施加一個足夠大的力，以能讓材料產生塑性變形。
(至少要添加2個載荷步，以便觀察卸載之后的塑性變形和殘余應力)
5.求解，求解過程中一定要把大變形打開。
看看卸載之后的塑性變形和殘余應力，載荷卸去之后，零件仍有4.3mm的永久變形，殘余應力也達到了100多兆帕，這里主要是應為應力集中的影響。
展開 Nature子刊：塑性變形剪切帶新認識！
不同于晶態合金中存在位錯、晶界等承載變形的晶體缺陷，非晶合金的室溫變形高度集中在納米尺度的剪切帶內，局域剪切帶的軟化和擴展最終導致非晶材料的失穩斷裂。剪切帶是非晶材料形變和流變的載體，對剪切帶的認知和調控，是突破玻璃體系脆性瓶頸的關鍵。然而，由于沒有直觀可見的類似晶體位錯的形變單元，非晶合金中剪切帶的形成及演化機制的物理圖像、剪切帶之間是否又相互作用尚不清晰。
非晶合金塑性變形形成剪切帶的過程被看作是一系列剪切轉變區（STZ）的激活和協同重排，剪切帶內部結構相對周圍母體發生巨大變化，剪切帶的形成和擴展也往往伴隨著粘滑運動、絕熱升溫、納米晶化等新奇物理現象。然而研究者對剪切帶的具體厚度這一基本問題還沒有達成共識。早期，透射電子顯微鏡揭示剪切帶的直觀厚度是幾十納米的原子結構重排區域。
近年來，納米壓痕、放射性示蹤、納米束X射線衍射、X射線光子關聯譜等一系列實驗方法發現，圍繞著剪切帶存在著更廣泛分布的影響區。中心剪切帶形成的同時，其周圍一定范圍母體也參與到變形和結構重排，這迫使人們需要重新認識非晶合金的應變局域和塑性變形機理。但是，由于分辨率和靈敏度等差異，不同實驗方法得出的剪切帶影響區寬度差別較大，尺度跨域納米到亞微米，亟需新的實驗手段來全面且精準的揭示剪切帶影響區。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室汪衛華研究組博士生沈來權在汪衛華研究員、柳延輝研究員和孫保安研究員的指導下，以磁性鐵基非晶合金為模型體系，通過對起源于磁彈性耦合的磁疇測量直觀地揭示出非晶合金的剪切帶影響區，并通過對磁疇結構的分析，對剪切帶的結構、擴展和相互作用等前沿問題進行了系統研究，得到關于剪切帶的全新認識。
展開 基于VPSC 8.0的密排六方金屬Zr的塑性變形過程模擬
寫在最后：VPSC8在VPSC7的基礎上改進了許多模型及語法，對多晶體的塑性變形過程模擬更為精確，應用更為廣泛，并且其收斂性更強，更有利于大尺寸材料的塑性變形模擬。
相關培訓:
粘塑性自洽多晶體塑性模型軟件（VPSC）課程培訓通知
歡迎通過公眾號"320科技工作室"聯系我們
機器學習晶體塑性變形
實驗證明，微米級晶體通過一系列廣泛分布的應變脈沖塑性變形，直接顯示為階梯式應力-應變曲線中的臺階。形變爆發具有明顯的隨機性，通常以冪律大小分布，這導致了應力-應變響應在樣品間的顯著變異性。另一方面，位錯的動力學—介導塑性變形過程的晶格的拓撲缺陷，在很大程度上應該是確定的。在第一個近似中，它們的運動遵循一個確定的移動規律，即Peach–Koehler與瞬時位錯速度之間的關系。因此，給定樣品的形變過程的細節原則上編碼在初始狀態的特征中，即晶體內預先存在的位錯網絡。給定初始位錯配置的完整表征，可以從位錯的運動的確定性方程求解動力學。關鍵問題是，初始狀態的粗粒度描述符在多大程度上足以預測隨后的突發變形動力學？以及明顯的隨機應變突發對變形可預測性的作用是什么？
【成果簡介】
近日，芬蘭阿爾托大學Lasse Laurson教授通過采用機器學習技術，如回歸神經網絡和支持向量機，表明變形可預測性隨應變和晶體尺寸而改變。利用來自離散位錯動力學模擬的數據，訓練機器學習模型以推斷從預先存在的位錯配置的特征到應力-應變曲線的映射。可預測性與應變關系是非單調的并且表現出系統尺寸效應：較大的系統更具有可預測性。隨機變形雪崩引起了中間應變變形可預測性的基本限制。更令人驚奇的是，樣品的大應變變形動力學也可以很好地預測。該成果近日以題為“Machine learning plastic deformation of crystals”發表在知名期刊Nat. Commun.上。
展開 為什么要了解沖壓件加工的塑性變形規律
要了解沖壓件的塑性變形規律，就得知道什么是沖壓變形的應力。
沖壓變形的應力是指單位面積上內力的集度或截面上的各處內力的分布。如拉應力、壓應力、及彎曲應力等等。那么這里所說的內力是什么呢？
金屬材料或沖壓件毛坯，在沖壓成形時，壓力機的沖壓力借助于沖壓模具作用于坯件上，使毛坯產生塑性變形，但同時會在坯件內部引起反抗變形的內力。這個內力包括沖壓加工引起的內力，也包括坯件內部原有的相互作用的內力。
一般坯件變形區各處的應力和應變都不盡相同。為了了解毛坯的變形規律，就需要弄清楚毛坯內每一點處的受力及變形，研究某一點的受力情況，研究某一點的變形狀態，了解了材料的變形規律，沖壓件加工廠的技術人員才能制定出合理的沖壓件加工工藝，少出殘疵品，提高生產效益。
展開 《Acta Materialia》大塑性變形制備高強高熱穩定性的新型鋁合金！
編輯推薦：本文提出了一種利用大塑性變形制備具有高強度和高熱穩定性的新型可時效強化鋁合金的方法。通過高壓扭轉使合金得到40000左右的剪切應變。理論分析了大塑性變形對顯微結構和性能的影響。本研究提出的改善Al-Zr合金的處理方法，大大提高了合金性能。
高強度鋁合金經過多年發展已經得到多種應用，尤其是汽車和航空工業領域。輕質高強鋁合金被認為是傳統鑄造Ti和Fe基合金的潛在替代品，能夠有效減少結構部件的重量。然而純鋁的低強度和低熱穩定性限制了其在結構應用中的擴展，通常加入多種合金元素細化組織，進而改善強度，通過對這些合金進行冷加工和時效處理可以強化固溶強化、沉淀強化、晶界強化和位錯強化來提高強度。在鋁合金中加入鋯（Zr）能夠有效提升合金的熱穩定性，但是Zr的問題是在固相狀態下不溶于Al，部分Zr會形成Al3Zr。由于Al-Zr的熱力學不相溶性，Al-Zr合金不被認為是高強度和時效硬化合金，這大大限制了Al-Zr合金的應用。
日本九州大學的研究人員將Al-Zr合金進行大塑性變形（SPD）-高壓扭轉（HPT），在合金中產生過飽和固溶體，探討了過飽和析出和時效對合金硬度和電導率的影響，硬度可達148Hv，可在523K下保持性能穩定。相關論文以題為“Developing age-hardenable Al-Zr alloy by ultra-severe plastic deformation: significance of supersaturation, segregation and precipitation on hardening”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。
展開 暨大《Scripta》：大塑性變形金屬玻璃實現優異析氫催化性能！
劇烈的塑性變形使樣品的能態增加了約21.7J/g而不引起結晶。在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH 條件下，HPT處理的Pd40Cu30Ni10P20MG在10 mA/cm2處的過電位分別為76mV和209mV，遠小于那些在相同條件下未經HPT的熔紡Pd40Cu30Ni10P20MG的電位(分別為179 mV和379mV)。改進的HER性能應主要歸因于通過嚴重的塑性變形顯著增加非晶基體中流動單元的密度。Pd40Cu30Ni10P20金屬玻璃(MG)上的高壓扭轉(HPT)產生的劇烈塑性變形將在非晶基體上產生更多的流動單元，并顯著提高酸性和堿性介質中的電催化析氫反應(HER)性能。本文為金屬玻璃(MGs)催化劑的設計提出了指導性建議，對未來氫能源的開發利用產生有益影響。
展開 
煤層鉆孔周圍塑性變形 ￥100
使用摩爾—庫倫準側匹配的DP屈服準則，來作為煤體的失效判據，來研究鉆孔附近塑性區域范圍，以及滲透率變化，本案例供做水力沖孔模型的朋友參考。如需要，請聯系1045343728。
模型結果如下：
等效塑性變形
塑性區域
鉆孔周圍滲透率比值變化
鉆孔周圍內聚力變化
螺栓連接的彈塑性變形分析 附線性隨動強化彈塑性理論基礎下載
1、真應力-真應變
工程和真實應力應變：
工程應力-應變用于小應變分析，但對于塑性必須用真實應力-應變，因為它們是材料狀態更具代表性的度量。
如果引入工程應力-應變數據，則可以用下面的公式把這些值轉換為真實應力-應變：
注意，僅對應力轉換，有以下假設:
材料是不可壓縮的 (大應變可接受的近似值)假設試樣橫截面的應力均勻分布。
2、彈塑性常用模型
1）屈服準則：
屈服準則用于把多軸應力狀態和單軸情況聯系起來。
試樣的拉伸實驗提供單軸數據，可以繪制成一維應力-應變曲線，已在前面介紹過。
實際結構一般是多軸應力狀態。屈服準則提供材料應力狀態的標量不變量，可以和單軸情況對比。
2）常用的屈服準則是von Mises 屈服準則 (也稱為八面體剪切應力或 變形能準則)。von Mises 等效應力定義為：
寫成矩陣形式
式中{s} 是偏差應力，sm 是靜水應力
關聯流動：
– 塑性流動方向與屈服面的外法線方向相同。
非關聯流動:
– 對摩擦材料，通常需要非關聯流動法則 (在 Drucker-Prager 模型中， 剪脹角與內摩擦角不同)。
強化準則:
? 強化準則描述屈服面如何隨塑性變形的結果而變化 (大小、中心、 形狀)。
? 強化準則決定如果繼續加載或卸載, 材料將何時再次屈服。
– 這與呈現無硬化– 即屈服面保持固定的彈性-理想塑性材料完全不同。
? 等向強化 指屈服面在塑性流動期間均勻擴張。 ‘等向’ 一詞指屈服面的均勻擴張，和 ‘各向同性’ 屈服準則(即材料取向)不同。
等向強化適用于大應變、比例加載情況。不適與循環加載。
展開 ANSYS workbench顯示動力學分析如何確定是否發生塑性變形
ANSYS workbench顯示動力學分析如何確定是否發生塑性變形
煤層卸壓開采瓦斯越流以及塑性變形 ￥100
煤層工作開挖過程，會引起鄰近煤巖層應力、變形場發生變化，以及引起臨近煤層卸壓，從而達到保護層開挖目的。本模型根據煤巖層之間的位置關系，建立瓦斯流動場、煤巖彈塑性變形場，供大家參考。
等效塑性應變
塑性范圍
煤層滲透率變化
煤巖層瓦斯壓力
