范性形变:杨氏模量的范性形变

1.杨氏模量的范性形变

固体在外力作用下将发生形变，如果外力撤去后相应的形变消失，这种形变称为弹性形变。如果外力撤去后仍有残余形变，这种形变称为范性形变。应力Tensile stress（σ）单位面积上所受到的力（F/A，是指在外力作用下的相对形变（相对伸长e/L，其中e=extension=△L）它反映了物体形变的大小。胡克定律：在物体的弹性限度内，应力与应变成正比，其比例系数称为杨氏模量（记为E）。E=(F·L)/(A·△L)E在数值上等于产生单位应变时的应力。它的单位是与应力的单位相同。杨氏弹性模量是材料的属性，与外力及物体的形状无关，大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用，其杨氏模量值会有5%或者更大的波动。s modulus )是材料力学中的名词，弹性材料承受正向应力时会产生正向应变。

2.范性形变的作用

利用范性形变不仅可以把材料加工成所需要的形状，金属材料与范性形变相关的宏观力学性质，常常用拉伸实验的应力应变曲线来表征。金属范性形变的方式可有以下几种：孪生是晶体范性形变的另一种重要方式。孪生也使晶体产生切变。孪生切变同样沿着一定的晶面和晶向产生，这些晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向。切变却均匀地分布在孪生区的每一个原子面上，结果使相邻的两部分晶体恰好成为镜像对称关系(图4),孪晶区中每个原子面的绝对移动量与该面到对称面的距离成比例，也就是所有相邻原子面的相对位移都相等，以孪生方式变形一般比滑移变形需要更大的切应力，在取向不适于滑移的情况下会产生孪晶。体心立方金属在低温或形变速度很高的情况下容易产生孪晶。面心立方金属只有在极低的温度下变形才有可能产生孪晶。会在应力-应变曲线上引起锯齿状的波动。孪晶的产生过程也可以用位错运动机制来说明，产生孪晶的位错应该是不全位错。单晶体的滑移：研究金属材料范性形变的微观过程，常借助于单晶体拉伸实验。金属晶体范性形变最主要的方式是滑移，也就是晶体的相邻部分在切应力作用下沿着一定的晶面和一定的晶体方向相对移动（图1a），这些晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。滑移时在晶体表面出现一些线状痕迹，实际上它们是滑移面两侧晶体相对移动在晶体表面上造成的台阶（图1b）。滑移面经常是原子的最密排面，滑移方向总是原子的最密排方向。一个滑移面和该面上的一个滑移方向合起来称为一个滑移系统。面心立方金属有四种等价的滑移面{111},每种滑移面包含三个不同的滑移方向<共组成12个滑移系统（见晶体结构）,范性形变范性形变单晶体拉伸实验还表明。只有当某个滑移系统上的分切应力达到一定临界值时，这个最低的应力称为临界分切应力。根据拉伸屈服应力和滑移系统相对于单晶体拉伸轴的方位。可以测出临界分切应力值，晶体成分、温度和形变速度对临界分切应力都有显著影响。分切应力最先达到临界值的滑移系统首先开始滑移，晶体受到附加力矩的作用发生已滑移系向施力轴方向靠近的转动，使其他各个滑移系统上的分切应力相应变化，以致更多的滑移系统参加滑移，范性形变在晶体中的分布是不均匀的，滑移线现象清楚地说明。晶体的范性形变实际上仅由部分晶面上的滑移承担，滑移过程的机制最终归结为位错沿滑移面的运动（见晶体缺陷），范性形变所需的力应该是用于克服位错产生、增殖和运动时所遇到的障碍，而形变速度则决定于单位体积中位错数量的多少，以及位错本身的运动速度，由于位错附近的原子已经从点阵的平衡位置移动出来。使位错前进一个原子间距，在一些原子势能升高的同时另一些原子势能降低，所以晶体以位错运动的机制逐步滑移，比无位错完整晶体作刚性相对滑移所需的力要小得多。是面心立方金属单晶体典型的拉伸曲线，根据应变硬化系数的变化,依次称为易滑移区（Ⅰ）、线性硬化区（Ⅱ）和抛物线硬化区或动态回复区（Ⅲ）。以透射电子显微镜观察变形晶体为主要实验依据的理论认为,晶体中位错密度低，它们可以沿自己的滑移面长距离运动而与其他位错干涉很少，位错密度增大到中等程度，并且逐步形成一种准均匀分布状态，即比较密集的大量位错相互缠结构成胞壁，把晶体分割成为内部位错密度相对稀疏的胞状组织（图3a）。位错继续增殖和运动，胞的尺寸跟着减小，但位错分布特征保持不变，从而使得应力与应变呈线性关系。最后胞的尺寸减小到胞内不再形成新胞壁，则通过对位错的增殖、运动和相互作用的影响，（图3b） 与晶体成分、位向、初始位错密度和温度等因素有关。其他晶体的范性形变也表现出类似的过程。多晶体的滑移：金属以多晶体形式使用。从而使金属在外力作用下在宏观上表现为各向同性体。多晶体范性形变时，一个晶粒的变形必须与相邻各个晶粒的变形相协调，为了使多晶体通过滑移产生连续性不受破坏的变形，每个晶粒中至少要有五个独立的滑移系统动作。各个晶粒也明显地在几个滑移系统上滑移，由于晶粒间界对滑移的阻碍作用，以及多个滑移系统的位错相互干扰，多晶材料的应变硬化速率比单晶体大许多倍,而且其应力-应变曲线不像单晶体那样表现出明显的阶段性。多晶体范性形变过程中，各个晶粒在形状改变的同时也发生转动。各个晶粒的某一晶体方向逐渐集中到施力轴方向上来，金属的形变织构依照加工方式的差异具有不同的类型。多晶体中有了织构之后，晶体可以通过扭折发生不均匀的范性形变,图5是镉晶体受轴向压缩时产生的扭折带，带中晶体取向有较大的变化并有点阵的弯曲。定向扩散形变 在温度足够高同时又有应力加在晶体上时，填隙原子和比基体原子大的代位溶质原子将从晶体的受压缩部分向膨胀部分迁移；空位和比基体原子小的代位溶质原子将从晶体的膨胀部分向压缩部分迁移，大量原子迁移的结果可引起宏观变形，并称为定向扩散形变。在大多数情况下扩散形变与空位定向流动相关,空位一方面在某些位错、晶粒间界和晶体表面处消亡，同时又可以比较容易地在另一些位错、晶粒间界和晶体表面处产生,而空位流动的效果便相当于反向的原子流动。由于位错可以充当空位和填隙原子的源泉及其尾闾(sink)，它们将不断地在位错线上产生和消亡，结果导致位错多余半原子面的伸长或缩短，两者都使位错从自己原来的滑移面攀移出来。当位错在滑移面上遇到障碍的时候，这种机制在高温蠕变变形中起着重要作用。晶界滑动 高温下多晶体晶粒间界处的结合削弱，相邻的晶粒可以在切应力作用下沿着晶粒间界相对滑动。晶界滑动速度缓慢。

3.范性形变是否会产生弹力？

完全的范性形变没有自动恢复原状的趋势（例如被压扁了就是被压扁了没有任何抵抗），不过实际的形变总是既存在弹性形变又存在范性形变，其中的弹性形变部分会产生弹力，范性形变部分不对另一物体产生作用力。橡皮泥在被压缩过程中同时存在弹性形变和范性形变，而不是完全的范性形变。此时主要发生弹性形变，外力和形变量基本符合胡克定律，外力逐渐增大到某一大小（刚好超出弹性限度），开始发生显著的范性形变，此后不需要继续增大外力就可以使范性形变不断增大（称为屈服现象，刚超出弹性范围处称为屈服点）。这个微小形变就是弹性形变部分。与这个弹性形变所对应的力就是弹力，超过屈服点后压缩不需额外的外力（外力仅用于克服弹性形变部分引起的弹力），说明范性形变部分对施力物体不存在力的作用。需要指出的是上述解释并非完全符合橡皮泥的实际压缩过程。橡皮泥的形状和微观结构和初始状态有较大区别。

4.范性形变和弹性形变的联系

形变分为弹性形变和塑性形变两类，有的物体不能发生弹性形变，而有的物体可以发生弹性形变。但物体具有的弹性都有一定的弹性限度，就会使物体的弹性丧失，此时物体发生塑性形变，即不会恢复原状的形变。如用力拉弹簧。

5.弹性形变与范性形变

形变分为弹性形变和塑性形变两类，有的物体不能发生弹性形变，如橡皮泥，捏成什么样就是什么样，而有的物体可以发生弹性形变。但物体具有的弹性都有一定的弹性限度，当外力过大时，就会使物体的弹性丧失，继续施力，此时物体发生塑性形变，即不会恢复原状的形变。如用力拉弹簧，在弹性限度内弹簧发生弹性形变，松手后会恢复原长，但如果继续拉超过限度，弹簧弹性丧失，弹簧就不会恢复原长，此时它发生的是塑性形变。

6.为什么把不可恢复的形变叫做范性形变

好像是以发现人命名的http://baike.baidu.com/view/562234.htm

7.弹性变形，塑性变形，范性变形区别？

弹性变形，即外力去除后会恢复到原来的状态。塑性变形，外力去除后不会恢复到原来的状态。范性变形。