6.2多晶体的塑性变形.ppt

本章知识结构 交滑移：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。 双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到与原滑移面平行的平面滑移。 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。 （2）孪生 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 知识结构 多晶体与单晶体的区别 晶粒间存在晶界 晶粒的位向不同 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。 对只有两个晶粒的双晶试样拉伸结果表明，室温下拉伸变形后，呈现竹节状。 说明室温变形时晶界具有明显强化作用。 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。 晶界对塑性变形的影响 实验表明，多晶体的强度随其晶粒的细化而增加。 Hall-Patch关系： 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(位错塞积与交割)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。 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变 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。 本节要点 概念：多滑移、交滑移、孪生、孪晶、细晶强化、等强温度 多晶体变形的特点 细晶强化的机制（强度、塑性、韧性） Hall-Petch公式 例1：若单晶铜的表面恰好为{100}晶面，假设晶体可以在各个滑移系上滑移，试讨论表面上可能看到的滑移线的形貌（滑移线的方位和他们之间的夹角）。若单晶体表面为{111}面呢？ 例2：铝单晶体在室温时的临界分切应力为7.9×105Pa，若室温下对铝单晶试样作拉伸实验时，拉力轴为[123]方向，可能开动的滑移系为(111)[101]，求引起试样屈服所需要加的力。 解：铝晶体为面心立方点阵，其滑移系为{111}110， 单晶体拉伸时： 讨论：由schmid定律可知，外力在滑移方向上的分切应力为 例3：沿密排六方单晶体的[0001]方向分别加拉伸力和压缩力。说明在这两种情况下，形变的可能性及形变所采取的主要形式。 例4：某面心立方晶体的可动滑移系为（111）[110]。 （1）指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量； （2）如果滑移是由纯刃型位错引起的，指出位错线的方向； （3）如果滑移是由纯螺型位错引起的，指出位错线的方向； （4）指出在(2)(3)两种情况下滑移时位错线的移动方向； （5）假定在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃型位错和螺型位错线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm） 铜多晶试样拉伸后形成的滑移带 σ σ （2）多晶体金属的塑性变形过程 ? 晶粒大小与金属强度关系 形的