《材料科学基础教学资料》材料科学基础-第五章A1.ppt

第五 1 章 材料的塑性变形 The plastic deformation of materials ※ 1. 弹性和粘弹性 Elasticity and Viscoelasticity r r0 原子处于平衡位置 位能 U 为 Umin 最稳定 F 0 r r0 即偏离其平衡位置 F＞引力 ＜斥力 力图使原子恢复其 原来的平衡位置 变形消失 应力-应变关系 Stress-Strain behavior 虎克定律 Hooke’s law s Ee t Gg 广义虎克定律 矩阵表达式 二 弹性模量 E Elastic modulus 表征晶体中原子间结合力强弱的物理量, 反映原子间的结合力,是组织结构不敏感参数。对晶体而言，系各向异性 沿原子最密排的晶向 Emax 沿原子最疏的晶向 Emin 工程上E系材料刚度的度量 弹性变形量随材料不同而异 一 滑移（Slip） 1.现象 2.滑移的晶体学特征 滑移面和滑移方向 晶体中原子密度最大的面和方向 Slip plane Slip direction 为什么 fcc：滑移面 111 滑移方向 hcp: 0001 c/a≥1.633 0001 , 1010 , 1011 c/a∠1.633 bcc: Tm/4 112 Tm/4 ~ Tm/2 110 0.8Tm 123 3. 滑移所需临界分切应力 Critical（resolved）shear stress 晶体滑移 必须使t≥ tc 快速确定具有最大取向因子cosφcosλ的滑移系方法 映象规则：利用投影图中心部分的八个取向三角形 4. 晶体在滑移时的转动 （rotation） 综上所述，滑移变形的基本特点： Ⅰ 滑移变形系不均匀的切变，它只集中在某些晶面上； Ⅱ 滑移结果两部分晶体产生相对移动，移动的距离△＝nb， 仍保持晶体学的一致性； Ⅲ 沿着一定的晶面和晶向进行，滑移系较多的材料为（fcc） 一般具有较好塑性； Ⅳ 在切应力作用下，且t＞ tc； Ⅴ）滑移同时，滑移面和滑移方向将发生转动； Ⅵ）实质位错沿滑移面的运动过程 二 孪生 （Twin） 滑移系较少的hcp，或在低温下或者当滑移受阻时晶体会 以另一种变形方式——孪生变形进行 Deformation by twinning 不同晶体结构往往有不同孪生面和孪生方向： fcc： 111 hcp: 1012 bcc: 112 孪生的主要特点： Ⅰ）孪生是均匀切变， Ⅱ）相对移动距离不是孪生方向的原子间距的整数 倍，孪生面两边晶体位向不同成镜面对称； Ⅲ）切变区内与孪生面平行的每一层原子面均相对 其邻面沿孪生方向位移了一定距离，且每一层 原子相对于孪生面的切变量和它与孪生面的距 离成正比； Ⅳ）孪生改变了晶体取向，因此出现孪晶的试样经 重新抛光，腐蚀后仍能显现出来。 Ⅴ）在切应力作用下，且t tc但tc 孪生 tc 滑移 Ⅵ）实质借助一个不全位错运动而成，存在形核与 长大过程。 造成扭折的原因是滑移面的位错在局部地区集中，从而引起的晶格弯曲。 四 塑变的位错机制 位错运动首先遇到点阵阻力——派纳力： ※ 3. 多晶体的塑性变形 Plastic Deformation of polycrystalline Materials 多晶体变形要受到晶界和相邻不同位向晶粒的约束。周围晶粒同时发生相适应的变形来配合。一般多晶体为多系滑移，高的加工硬化率，变形抗力增大，强度显著提高，应力-应变曲线无Ⅰ只出现Ⅱ、Ⅲ阶段。 多晶体塑性变形时要求至少有5个独立的滑移系进行滑移。 ∵任意变形均可用 exx eyy ezz nxy nyz nxz fcc, bcc 滑移系多 → 塑性好 hcp 滑移系少 → 塑性差 注意 ⑴ 晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶 体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的位向差 ⑵ 晶界阻滞效应只在变形早期影响较大，因早期ρ位错较小 ⑶ 晶界阻滞效应的大小还与晶体的结构类型有关 hcp结构的晶界阻滞效应要比 fcc，bcc 类型的晶体明显 滑移系较小 三 晶粒大小对机械性能的影响 1. 对室温机械性能的影响 晶粒愈细、晶界愈多→强化效应↑－细晶强化 ss sb HV Strengthening by Grain Size Re-duction 较好塑性,因细晶的晶内和晶界附近应变差较小，变形较均匀， 有可能断裂前承受大量的变形 细晶具有良好的综合机械性能。 高温时则不同，有两种不同的变形机制： （1）晶粒沿晶界滑动（晶界滑动机制） 当T Tm/2时，以晶粒沿晶界的相对滑移方式进行 ∵T↑扩散能力↑，且原子沿晶界扩散速率 沿晶内的。 故高温时晶界