材料科学：塑性变形与再结晶基础

"本课件详细介绍了材料科学基础中的第五章——材料塑性变形及再结晶。主要内容涵盖了材料的塑性变形及其对加工工艺的影响，弹性变形的原理与特性，包括弹性和粘弹性的概念，以及相关力学性能参数的讨论。此外，还提及了弹性变形的不完整性现象，如包申格效应、弹性后效和弹性滞后。最后，简要介绍了粘弹性材料，如高分子材料的行为特征。" 在材料科学中，塑性变形是材料在外力作用下发生永久形变的过程，这对于金属的锻造、轧制、拉伸和挤压等加工过程至关重要，但对于铸造和热处理则需要尽量避免。塑性变形不仅改变材料的外形尺寸，还会导致材料内部组织和性能的变化。 弹性变形是当外力去除后材料能够完全恢复原状的形变。低碳钢的拉伸试验是一个典型的例子，它展示了材料在受力时如何遵循虎克定律，即应力与应变之间存在线性关系。弹性模量E是衡量材料抵抗弹性形变能力的物理量，对于晶体材料来说，E是各向异性的。此外，弹性模量E、剪切模量G和泊松比u构成了广义虎克定律的矩阵表达式。 然而，材料的弹性并非总是完美的。包申格效应指出，材料经过预加载后，同向加载会导致更大的应力应变，而反向加载则会降低应力应变。弹性后效是指在弹性极限内，应变的响应会滞后于应力，并且这种滞后与时间有关。弹性滞后则是指加载和卸载曲线不重合，形成封闭的应力-应变回线，这是由于应变未能同步跟上应力的变化。 粘弹性是材料表现出既具有弹性又具有粘性流动特性的行为，如高分子材料。这些材料的形变不仅与施加的应力有关，而且与时间有关，其内部结构允许一定程度的可恢复形变，这与纯弹性材料明显不同。 理解材料的塑性变形、弹性及粘弹性特性对于材料的设计、加工和应用至关重要，因为这些特性直接影响材料的机械性能、加工工艺选择以及最终产品的质量。