金属
塑性变形 (plastic deformation of metals )是指
金属零件在
外力作用下产生不可恢复的
永久变形。其产生塑性变形的原因是原子的
滑移错位。
单晶体产生塑性变形的原因是原子的
滑移错位。
多晶体(实际使用的金属大多是多晶体)的塑性变形中,除了各晶粒内部的变形(
晶内变形)外,各晶粒之间也存着变形(称为
晶间变形)。多晶体的塑性变形是晶内变形和晶间变形的总和。
金属塑性变形理论因研究的目的和方法不同,分为两类:①根据宏观测定的力学参数,从均质连续体的假定出发,研究塑性变形体内的应力和应变,以解决材料的强度设计和
塑性加工的变量的问题。这类理论常称为
塑性力学或
塑性理论(见
塑性变形的力学原理)。②研究
金属晶体的塑性变形与
晶体结构的关系,以及塑性变形的机理。这类理论常称为
晶体范性学。
人类很早就利用塑性变形进行
金属材料的加工成形,但只是在一百多年以前才开始建立塑性变形理论。1864~1868年,法国人特雷斯卡
(H.Tresca)在一系列论文中提出产生塑性变形的最大
切应力条件。1911年德国卡门(T.von Karman)在三向
流体静压力的条件下,对大理石和
砂石进行了
轴向抗压试验;1914年德国人伯克尔(R.B?ker)对铸锌作了同样的试验。他们的试验结果表明:固体的塑性变形能力(即
塑性指标)不仅取决于它的内部条件(如成分、组织),而且同外部条件(如
应力状态条件)有关。1913年德国冯·
米泽斯(R.von Kises)提出产生塑性变形的
形变能条件;1926年德国人洛德(W.Lode)、1931年英国人泰勒(G.I.Taylor)和奎尼(H.Quinney) 分别用不同的试验方法证实了上述结论。
金属晶体塑性的研究开始于金属单晶的制造和
X射线衍射的运用。早期的研究成果包括在英国伊拉姆(C.F.Elam)(1935年)、德国
施密特(E.Schmidt)(1935年)、美国巴雷特(C.S.Barrett)(1943年)等人的著作中。主要研究了金属晶体内塑性变形的主要形式──
滑移以及
孪晶变形。以后的工作是运用
晶体缺陷理论和高
放大倍数的观测
方法研究塑性变形的机理。
金属塑性变形理论应用于两个领域:①解决金属的强度问题,包括基础性的研究和使用设计等;②探讨
塑性加工,解决施加的力和变形条件间的关系,以及塑性变形后材料的性质变化等(见
形变和断裂)。