62多晶体的塑性变形

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1、1金属的变形特性金属的变形特性晶体的塑性变形晶体的塑性变形组织与性能的变化组织与性能的变化多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形合金的塑性变形合金的塑性变形2 弹性变形的实质是在应力的作用下，材料内部原子间弹性变形的实质是在应力的作用下，材料内部原子间距就偏离了平衡位置，但未超过其原子间的结合力。晶体距就偏离了平衡位置，但未超过其原子间的结合力。晶体材料反映为晶格发生了伸长材料反映为晶格发生了伸长(缩短缩短)或歪扭。原子的相邻关或歪扭。原子的相邻关系还未发生改变，故外力去除后，原子间结合力便可以使系还未发生改变，故外力去除后，原子间结合力便可以使变形完全恢复。变形完全

2、恢复。3n 定义：不能恢复的永久性变形叫定义：不能恢复的永久性变形叫塑性变形塑性变形。当应力。当应力大于弹性极限时，材料不但发生弹性变形，而且还大于弹性极限时，材料不但发生弹性变形，而且还发生塑性变形，即在外力去除后，其变形不能得到发生塑性变形，即在外力去除后，其变形不能得到完全的恢复，而具有残留变形或永久变形。完全的恢复，而具有残留变形或永久变形。n 塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸塑性：是指材料能发生塑性变形的量或能力，用伸长率长率(%)(%)或断面减缩率或断面减缩率(%)(%)表示。表示。n 实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材料内实质：塑性变形的实质是在应力的作用下，材

3、料内部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，原子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。46.2 6.2 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形常温下塑性变形的主要方式：常温下塑性变形的主要方式：滑移滑移、孪生孪生。：在切应力作用下，晶：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（沿着一定的晶面（滑移面滑移面）和晶向（和晶向（滑移方向滑移方向）产生相）产生相对位移，且不破坏晶体内部对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。原子排列规律性的塑变方式。5 晶体中的滑移只能沿一

4、定的晶面和该面上一定的晶体晶体中的滑移只能沿一定的晶面和该面上一定的晶体学方向进行，将其称为学方向进行，将其称为和和。滑移面和滑移方向往往是晶体中滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶原子最密排的晶面和晶向面和晶向。每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个每个滑移面以及此面上的一个滑移方向称为一个滑移系滑移系。滑移系的个数：滑移系的个数：(滑移面个数）滑移面个数）（每个面（每个面上所具有的滑移方向的个数）上所具有的滑移方向的个数）。6 n 滑移面为滑移面为111n 滑移方向为滑移方向为n 滑移系共有滑移系共有 4312个个 7 bcc晶体112 和123面的滑移系n 低温时滑移面为低温时

5、滑移面为112，中温时多为，中温时多为110，而高温时多为，而高温时多为123n 滑移方向为滑移方向为n 滑移系为滑移系为11062+112121+123241，其滑移，其滑移系可能有系可能有12-48个。个。8 n 密排六方晶体中，滑移方向一般都是密排六方晶体中，滑移方向一般都是n当当c/a接近或大于接近或大于1.633时，时，0001为最密排面，滑移为最密排面，滑移系即为系即为0001，共有三个，共有三个n当当c/a小于小于1.633时，时，0001不再是密排面，滑移面将不再是密排面，滑移面将变为柱面变为柱面1010或斜面或斜面1011，滑移系分别为三个和六，滑移系分别为三个和六个。个。9

6、 滑移过程开始时的分切应力就称为滑移过程开始时的分切应力就称为临界分切应力临界分切应力。假设其横截面积为假设其横截面积为A，为滑移面法线与中心轴线夹为滑移面法线与中心轴线夹角，角，为滑移方向与外力为滑移方向与外力F夹角。夹角。s称为称为临界分切应力临界分切应力。称称为为取向因子取向因子或或schmid因子。因子。n 软取向软取向n 硬取向硬取向 10 11 拉伸时拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向；滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向；压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。几何硬化：几何硬化：，远离远离4545，滑移变得困难；，滑移变得困难；几何软化：几

7、何软化：，接近接近4545，滑移变得容易。，滑移变得容易。12滑移过程沿两个以上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程沿两个以上滑移系同时或交替进行，这种滑移过程就称为称滑移过程就称为称。13晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。向进行的滑移。交滑移后的螺位错再转回到与原滑移面平行交滑移后的螺位错再转回到与原滑移面平行的平面滑移。的平面滑移。14单一方向的滑移带单一方向的滑移带相互交叉的滑移带相互交叉的滑移带状的滑移带状的滑移带15位错的易动性n 原子的微小移动导致晶体产生一个原子间距的位移。原子的微小移动导致晶体产生一个原子间距的位移。n

8、多个位错的运动导致晶体的宏观变形。多个位错的运动导致晶体的宏观变形。1617 孪生是晶体塑性变形的另一种常见方式，是指在孪生是晶体塑性变形的另一种常见方式，是指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分发生均匀切变的过程。切变的过程。a.变形前 b.滑移 c.孪生晶体滑移和孪生变形后的结构与外形变化示意图18(a)孪晶面与孪生方向 (b)孪生变形时晶面移动情况面心立方晶体孪生变形示意图n发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面发生切变的部分称孪生带

9、或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。称孪生面。n孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。19滑移滑移孪生孪生相同点相同点1 1 切变；切变；2 2 沿一定的晶面、晶向进行；沿一定的晶面、晶向进行；3 3 不改变结不改变结构。构。不不同同点点晶体位向晶体位向不改变不改变改变，形成镜面对称关系改变，形成镜面对称关系位移量位移量滑移方向上原子间距滑移方向上原子间距的整数倍，较大。的整数倍，较大。小于孪生方向上的原子间小于孪生方向上的原子间距，较小。距，较小。对塑变的贡献对塑变的贡献很大，总变形量大。很大，总变形量大。有限，总变形量小。有限，总变形量小。变形应力

10、变形应力有一定的临界分切压有一定的临界分切压力力所需临界分切应力远高于所需临界分切应力远高于滑移滑移变形条件变形条件一般先发生滑移一般先发生滑移滑移困难时发生滑移困难时发生变形机制变形机制全位错运动的结果全位错运动的结果分位错运动的结果分位错运动的结果20形变的基本概念形变的基本概念晶体的塑性变形晶体的塑性变形组织与性能的变化组织与性能的变化回复与再结晶回复与再结晶多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形合金的塑性变形合金的塑性变形动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶21226.3 6.3 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体

11、相似,多晶体变形比单晶体复杂。多晶体变形比单晶体复杂。锌的的应力应变曲线锌的的应力应变曲线 2324每一晶粒的取向每一晶粒的取向“软软”和和“硬硬”不不同，形变先后及形同，形变先后及形变量也不同。变量也不同。为保持整体的连续为保持整体的连续性，每个晶粒的形性，每个晶粒的形变必受相邻晶粒所变必受相邻晶粒所制约。制约。2526(1)跨过晶界的延伸率变化是连续的；跨过晶界的延伸率变化是连续的；(2)靠近晶界处的延伸率较小；靠近晶界处的延伸率较小；(3)细晶粒形变较均匀且强度高；细晶粒形变较均匀且强度高；相反，大晶粒形变不均匀，强度低。相反，大晶粒形变不均匀，强度低。27双晶拉伸实验双晶拉伸实验 28

12、29Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积30屈服强度与晶粒尺寸的关系图 210kds31一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。32 3334晶粒大小与金属强度关系晶粒大小与金属强度关系35n金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。n因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变 形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形越均匀，多，变形越均匀，使在断裂前发生较使在断裂前发生较大的塑性变形。强

13、大的塑性变形。强度和塑性同时增加度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗金属在断裂前消耗的功也大，因而其的功也大，因而其韧性也比较好。韧性也比较好。应变应变应力应力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料36通过细化晶粒来同时通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方度、塑性和韧性的方法称法称细晶强化细晶强化。37等强温度示意图 当温度升高时，随着原子活动性的加强，晶界也变得当温度升高时，随着原子活动性的加强，晶界也变得逐渐不稳定，这将导致其强化效果逐渐减弱，甚至出现晶逐渐不稳定，这将导致其强化效果逐渐减弱，甚至出现晶界弱化的现象。当温度低于等强温度时，晶界强度高于晶界弱化的现

14、象。当温度低于等强温度时，晶界强度高于晶内强度，反之则晶界强度小于晶内强度。内强度，反之则晶界强度小于晶内强度。38下节内容下节内容：合金的塑性变形210kds3940 72214301cos424314321cos41Pa1069.172424109.765s424344m/MN10899.92102.027.0222211922bFaaab45n 变形变形：物体在外力的作用下，其形状和尺寸的改变。：物体在外力的作用下，其形状和尺寸的改变。n 应力应力：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。：物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。可分为可分为正应力和切应力正应力和切应力。n 应变应变：物

15、体形状尺寸所发生的相对改变。可分为正应：物体形状尺寸所发生的相对改变。可分为正应变和切应变。变和切应变。n 弹性变形弹性变形：n 塑性变形塑性变形：46滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面的晶面(滑移面滑移面)的一定方向的一定方向(滑移方向滑移方向)相对于晶体的相对于晶体的另一部分发生的相对滑动，并且不破坏原子间排列规另一部分发生的相对滑动，并且不破坏原子间排列规律。律。滑移面滑移面：滑移发生的晶面，通常为晶体的最密排晶面；：滑移发生的晶面，通常为晶体的最密排晶面；滑移方向滑移方向：滑移滑动的方向，通常为晶体的最密排方向；：滑移滑动的方向，通常为晶体的最密排方向；滑移系滑移系：由一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成。：由一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成。临界分切应力临界分切应力：滑移过程开始的分切应力。：滑移过程开始的分切应力。