當(dāng)作用在材料上應(yīng)力超過彈性極限，也就是超過屈服點(diǎn)時(shí)，就會發(fā)生塑性變形。由此產(chǎn)生的塑性變形是永久的，不能通過簡單消除引起變形的應(yīng)力來恢復(fù)。應(yīng)用于材料屈服的能量消耗主要用于產(chǎn)生材料的位錯(cuò)滑移和/或?qū)\生。這里需要注意一點(diǎn)，材料的位錯(cuò)滑移和孿生有時(shí)候同時(shí)進(jìn)行，在材料加工的情況下，重要的是要理解所涉及的塑性變形。
大型鍛件，高溫塑性變形
兩個(gè)主要塑性變形機(jī)制，即滑移和孿生。滑移是金屬塑性變形的主要機(jī)制。它包括沿一定的晶面滑移，稱為滑移面。它類似于一副牌，當(dāng)一張牌從一端被推動(dòng)時(shí)。當(dāng)剪切應(yīng)力超過臨界值時(shí)就會發(fā)生滑移。
刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)
以滑移的方式發(fā)生塑性變形，通常沿著緊密堆積的晶格平面上進(jìn)行，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能量需求被最小化。晶體內(nèi)部的滑移一直進(jìn)行到位錯(cuò)線到達(dá)晶體的末端，從而產(chǎn)生一個(gè)可見的臺階，稱為滑移帶?；瑒?dòng)是漸進(jìn)的，一步一步地進(jìn)行，這樣晶體結(jié)構(gòu)一直保持不變。對于大多數(shù)金屬，密排面是（111）；因此，滑移帶通常發(fā)生在應(yīng)力軸線45度方向。一般滑移面是原子密度最大的平面，滑移方向是滑移面內(nèi)的密排方向。
體心立方金屬晶格中的密排面
在孿生的情況下，晶格結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生了變化。孿生是一種扭曲的晶格在孿晶界創(chuàng)建鏡像的晶體結(jié)構(gòu)。在孿生過程中，原子只移動(dòng)了原子間距的一小部分；由于許多原子的同時(shí)翻轉(zhuǎn)，晶格中的宏觀變化可以觀察到，有時(shí)甚至可以聽到！
發(fā)生孿生的部分晶體是母晶體的鏡像，對稱平面稱為孿晶界，孿生變形的重要作用在于它使平面方向的變化，可以使滑移進(jìn)一步進(jìn)行。
銅中的孿晶
金屬強(qiáng)化機(jī)理，對于單相金屬：晶粒細(xì)化、固溶合金化、應(yīng)變硬化。多相金屬材料：沉淀硬化、彌散硬化、纖維加固、馬氏體強(qiáng)化。
應(yīng)變硬化或加工硬化：在韌性金屬越來越困難時(shí)，塑性變形稱為應(yīng)變硬化或加工硬化。應(yīng)變硬化強(qiáng)度可以通過應(yīng)變硬化指數(shù)定義，它是一個(gè)提高金屬應(yīng)變硬化能力的方法。對于一定量的塑性應(yīng)變，n值越高，應(yīng)變硬化就越大。升高的溫度降低了應(yīng)變硬化的速率，因此通常在低于材料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行處理。因此，這種加工方法也稱為冷加工。
典型金屬材料的拉伸曲線
應(yīng)變硬化材料的結(jié)果是提高了強(qiáng)度和硬度，但材料的延展性會降低。在制造過程中應(yīng)變硬化主要用于提高金屬的機(jī)械性能。除了機(jī)械性能外，材料的物理性能在冷加工過程中也會發(fā)生變化。通常有輕微的密度下降，導(dǎo)電率明顯下降，熱膨脹系數(shù)小，化學(xué)反應(yīng)性增加（耐腐蝕性降低）。
固溶強(qiáng)化：雜質(zhì)原子在單相材料中產(chǎn)生晶格應(yīng)變，可以釘扎位錯(cuò)。這種強(qiáng)化的有效性取決于兩個(gè)因素：溶質(zhì)的體積差和體積分?jǐn)?shù)。
溶質(zhì)原子以多種方式與位錯(cuò)相互作用：彈性交互作用、模量交互作用、堆垛層錯(cuò)交互作用、電子交互作用、短程有序交互作用、長程有序交互作用。彈性，模量，和長程有序相互作用是長程的，對溫度比較敏感，一直持續(xù)到0.6Tm。
彌散強(qiáng)化：在彌散強(qiáng)化中，硬質(zhì)顆粒與基體粉末混合，用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行固結(jié)和加工。第二階段在基體中的溶解性很小，即使在高溫下也是如此。位錯(cuò)通過嵌入外來粒子的基體運(yùn)動(dòng)，既可以穿過粒子，也可以繞著粒子彎曲。對于小的顆粒來說切割粒子是比較容易的，這些小的粒子可以被看作是固溶原子。有效強(qiáng)化是在彎曲過程中實(shí)現(xiàn)的。
纖維強(qiáng)化：第二相材料也可以以纖維的形式引入基體并使基體獲得強(qiáng)化。前提是作為纖維的引入物必須具有高強(qiáng)度和/或高的比強(qiáng)度。纖維通常具有高強(qiáng)度和高模量，而基體必須具有韌性以及與纖維之間的非反應(yīng)性。纖維可以長的連續(xù)的也可以是不連、聚合物。纖維增強(qiáng)材料是一類重要的復(fù)合材料。
碳纖維增強(qiáng)鋁合金作車身
超塑性：超塑性是變形晶體固體材料在張力作用下產(chǎn)生巨大的應(yīng)變，有時(shí)甚至超過1000%。這種現(xiàn)象得益于材料抵抗局部變形的能力，就像熱玻璃一樣。材料的超塑性能，可用于形成的形狀非常接近最終尺寸的復(fù)雜構(gòu)件。
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