金属学与热力学6.3合金的塑性变形-g解析.ppt

多晶体与单晶体的区别 晶粒间存在晶界 晶粒的位向不同 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由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。 晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积 应力集中 相邻晶粒位错源开动 相邻晶粒变形 塑变 ? 晶粒之间变形的协调性 （a）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （b）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致晶体分裂） （c）条件：独立滑移系?5个。（保证晶粒形状的自由变化） 晶界对变形的阻碍作用 （a）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。 （b）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿过。 （c）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－佩奇公式) ?s=?0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制） ? 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。 通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 6.4 合金的塑性变形 合金可根据组织分为单相固溶体合金和多相合金两种。合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同。 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 固溶强化的原因 溶质原子与位错相互作用，使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高。 固溶强化的影响因素 溶质原子的浓度：浓度越高，一般其强化效果也越好，但并不是线性关系，低浓度时显著； 原子尺寸因素：溶质与溶剂原子尺寸相差越大，其强化作用越好，但通常原子尺寸相差较大时，溶质原子的溶解度也很低； 溶质原子类型：间隙型溶质原子的强化效果好于置换型，特别是体心立方晶体中的间隙原子； 相对价因素（电子因素）：溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化效果越显著。 屈服现象与应变时效 在屈服过程中，试样中各处的应变是不均匀的，当应力达到上屈服点时，首先在试样的应力集中处开始塑性变形，这时能在试样表面观察到与拉伸轴成45°的应变痕迹，称为吕德斯（Lüders）带，同时应力下降到下屈服点，然后吕德斯带开始扩展。拉伸曲线上的波动表示形成新吕德斯带的过程。 屈服现象解释 柯垂尔（Cottrell）气团：溶质或杂质原子在晶体中造成点阵畸变，溶质原子的应力场和位错应力场会发生交互作用，作用的结果是溶质原子将聚集在位错线附近，形成溶质原子气团。 当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关。按第二相的尺度大小将其分为两大类：若其与基体相尺度属同一数量级，则称为聚合型；若第二相尺寸非常细小，并且弥散分布于基体相中，则称为弥散分布型。 当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性； 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。 不可变形粒子的强化作用：硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。 当第二相颗粒为可变形颗粒时，位错将切过颗粒。此时强化作用主要决定于粒子本身的性质以及其与基体的联系，其强化机制较复杂，主要由以下因素决定： 位错切过颗粒后，在其表面产生b大小的台阶，增加了颗粒与基体两者间界面，需要相应的能量； 如果颗粒为有序结构，将在滑移面上产生反相畴界，从而导致有序强化； 由于