第五章 金属的塑性变形.ppt

二 工程应力-应变曲线 低碳钢应力应变曲线 ——典型性 三 弹性模量与刚度 σ=E·ε；τ=G·γ；——弹性模量 意义： ⑴ 拉伸曲线上，斜率； ⑵ 弹性变形难易； ⑶ 组织不敏感：取决于原子间结合力 材料种类；晶格常数；原子间距 刚度 构件刚度：A·E ——弹性变形难易 材料刚度：E §5-2 单晶体的塑性变形 塑性变形研究思路： ① 基本单元——单晶体变形特性 ② 晶界影响——多晶体变形特性 ③ 相界——合金变形特性 塑性变形方式：滑移；孪生 滑移线与滑移带 ——均为塑变后晶体表面产生的滑移台阶，但大小不同 2 滑移特点 ⑴ 发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向； 原因：密排面间原子面结合力最弱 ⑵ 只在切应力下发生，存在临界分切应力 ——使滑移系开动的最小分切应力 ——当τ τK时，发生滑移 当单晶体某晶面的切应力分量达到或超过τK时，晶体开始发生滑移，也就意味着屈服的开始，此时对应的外应力σ的大小即为σs 显而易见，σs的影响因素： ① 与τk有关； ② 与外力取向有关: σs＝ τK/(cosλ· cos φ) 思考： τK与σs的影响因素有何不同？ 滑移特点之三 ⑶ 滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致； 单晶体拉伸变形示意 ⑸ 随滑移加剧，存在多滑移和交滑移现象 交滑移： 多个滑移面同时沿一个滑移方向进行的滑移 3 滑移系及滑移系数的实际意义 （2）各晶体结构的滑移系 体心立方晶体的滑移系 面心立方晶体的滑移系 密排六方晶体的滑移系 （3）滑移系数目的实际意义 ——判断塑性变形能力 ① 滑移系数目愈多，塑性愈好； ② 滑移系数相同时，滑移方向多者塑性较好 塑性排序：f.c.cb.c.ch.c.p 原子刚性移动模型 τ理 = G·γ=G/2； 但τ实 = 10-3~10-4 G/2； ——刚性移动模型失败，应有更省力方式 ——位错学说的产生 （1）位错的猜想与证实 刃位错滑移演示 刃位错滑移演示 位错学说： ① 晶体内部存在某类缺陷——位错 ② 塑性变形依靠位错的逐步运动。非单个位错原子列作原子间距的完整跳跃，而是位错中心附近少数原子作远小于原子间距的弹性偏移实现——滑移的本质 —— τ实 〈〈 τ理的原因 └实际金属强度远小于理想结构金属强度。 2 滑移过程中存在位错增殖 （1）位错增殖理论产生的背景 退火态ρ位错≈1010m-2； 塑性变形中位错运动并最终消失于晶体表面，故冷变形后位错密度应极大降低。 实际冷变形后：ρ位错≈1015~1016m-2 —— 位错增殖学说 ——Frank-Read位错源增殖机制 弗兰克-瑞德源机制演示 ① 不在同一滑移面上的位错相遇产生割阶 → 运行阻力↑→ 位错之间互为阻力 → ρ位错↑↑使σ、HB↑ 的主要原因 ② 杂质、晶界、固定位错阻碍位错运行 ， 导致位错塞积 三 孪生 1 定义： 晶体在切应力下其一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀切变。 孪生与滑移变形比较 2 孪生特点 ① 孪生前后变形部分晶体位向改变，两部分之间以孪生面为镜面对称。 ② 切变区域内与孪晶面平行的每层原子的切变量与它距孪晶面的距离呈正比，相邻原子间的相对位移为原子间距的分数倍； ③ 存在临界分切应力: τ孪 τ滑 ④ 变形速度极快，声响，变形量小。 四 影响塑性变形方式的因素 （1）晶体结构 τ滑 τ孪，足够滑移系数目时→ 滑移 f.c.c：滑移；极低温例外（位错被钉扎） b.c.c：滑移为主；冲击或低温时例外 h.c.p：孪生 孪生作用：① 直接贡献；② 促进滑移。 （2）变形速度 V变形 ↑， ↑孪生几率； 原因：τ滑 ↑， τ滑 与τ孪 差距↓ ， （3）变形温度 T ↓ ，↑孪生几率； 原因：τ滑 ↑ ① V变形 ↑与低温综合作用加剧孪生； ② 滑移与孪生往往交替进行。 §5-3 多晶体与合金的塑性变形 一