晶体的塑性变形.ppt

5.2 晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对材料组织和性能的影响 熟练掌握以下概念及其内涵 塑性变形，滑移，滑移系，滑移线，交滑移，双交滑移 临界分切应力，施密特因子，软取向，硬取向，派—纳力 孪生，孪晶面，孪晶方向，孪晶，扭折 固溶强化，屈服现象，应变时效，加工硬化，弥散强化 形变织构，丝织构，板织构，残余应力，点阵畸变，带状组织，流线 重点与难点 比较塑性变形的两种基本形式：滑移和孪生的异同点 滑移的临界分切应力 滑移的位错机制 多晶塑性变形的特点 细晶强化与Hall—Petch公式 屈服现象与应变时效 弥散强化 加工硬化 形变织构和残余应力 5.2.1 单晶体的塑性变形 当所受应力超过弹性极限后，材料将发生塑性变形，产生不可逆的永久变形。 常温或低温下，单晶体塑性变形（plastic deformation）方式： 1. 滑移（slip） 2. 孪生（twining） 3. 扭折（link） 此外，高温变形方式还有：扩散性变形、晶界滑动变形 1.滑 移 滑移线和滑移带 如果对经过抛光的退火态工业纯铜多晶体试样施加适当的塑性变形，然后在金相显微镜下观察，就可以发现原抛光面呈现出很多相互平行的细线，如图所示。 最初人们将金相显微镜下看见的那些相互平行的细线称为滑移线，产生细线的原因是由于铜晶体在塑性变形时发生了滑移，最终在试样的抛光表面上产生了高低不一的台阶所造成的。 实际上，当电子显微镜问世后，人们发现原先所认为的滑移线并不是一条线，而是存在更细微的结构，如图所示。在普通金相显微镜中发现的滑移线其实由多条平行的更细的线构成，所以现在称前者为滑移带，后者为滑移线。 滑移线和滑移带示意图 （2）滑移系 观察发现，在晶体塑性变形中出现的滑移线并不是任意的，它们彼此之间或者相互平行，或者成一定角度，说明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，我们将其称为滑移面和滑移方向。 滑移是沿着特定的晶面(称为滑移面 slip plane)和晶向(称为滑移方向 slip direction)上运动。一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系（slip system）。滑移系表示晶体在进行滑移时可能采取的空间取向。 滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同；晶体中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好。 滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面和晶向，这是由于最密排面的面间距最大，因而点阵阻力最小，容易发生滑移，而沿最密排方向上的点阵间距最小，从而使导致滑移的位错的柏氏矢量也最小。 ① 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最密排面和最密排晶向。 如fcc： ｛111｝ 110 bcc：｛110｝、｛112｝和｛123｝ 111 hcp： ｛0001｝ 11-20 ② 每一种晶格类型的金属都有特定的滑移系，且滑移系数量不同。如：fcc中有12个, bcc中有48个， hcp中有3个。 三种常见金属晶体结构的滑移系 由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移面并不稳定，一般在低温时多为{112}，中温时多为{110}，而高温时多为{123}，不过其滑移方向很稳定，总为111，因此其滑移系可能有12-48个。 由于滑移系数量较少，因此密排六方结构晶体的塑性通常都不太好。 （3）滑移的临界分切应力 外力作用下，晶体中滑移是在一定滑移面上沿一定滑移方向进行的。因此，对滑移真正有贡献的是在滑移面上沿滑移方向上的分切应力，也只有当这个分切应力达到某一临界值后，滑移过程才能开始进行，这时的分切应力就称为临界分切应力。 如图所示的圆柱形单晶体在轴向拉伸载荷F作用下的情况，假设其横截面积为A，φ为滑移面法线与中心轴线夹角，λ为滑移方向与外力F夹角，则外力F在滑移方向上的分力为Fcosλ，而滑移面的面积则为A/cos φ ，此时在滑移方向上的分切应力t为： 当式中的分切应力达到临界值时，晶面间的滑移开始，这也与宏观上的屈服相对应，因此这时F/A应当等于σs ，即： 当滑移面法线方向、滑移方向与外力轴三者共处一个平面，且φ=45o时，cosφcosλ=1/2，此取向最有利于滑移，即以最小的拉应力就能达到滑移所需的分切应力，称此取向为软取向。当外力与滑移面平行或垂直时（φ=90o或φ=0o），则σs→∞，晶体无法滑移，称此取向为硬取向。 取向因子cosφcosλ对σs的影响在只有一组滑移面的密排六方结构中尤为明显。 图是密排六方结构的镁单晶拉伸