材料科学基础chp_5__材料的形变和再结晶.ppt

第五章 材料的变形和再结晶 章目录： 延展性是金属最基本的性质之一。 本章重点研究材料的变形规律及其微观机制，分析其影响因素。 高分子材料的变形属粘弹性变形，陶瓷材料几乎没有塑性，在工业上主要通过热成型或湿成型。所以研究他们的塑性变形，意义有限。 工程应力—应变曲线 金属的变形特性 变形的分类: 弹性变形 — 外力去除后,变形消失,材料恢复原来形 状的变形。 塑性变形 — 外力去除后，材料不能恢复原来形状的 永久变形。 变形的基本过程: 弹性变形 → 弹-塑性变形 → 加工硬化 → 断裂 真应力—真应变曲线 真应变e，按瞬时值求得： ∴ 总应变为： 真应力S ： 当应变很小时， ? 1 有： e ≈? ，s ≈σ，两者相近，可通用。 但当应变很大时，两者相差较多。 真应力－应变曲线如图所示，产生缩颈后，应力继续上升，表明加工硬化继续发生。 该曲线可表示为： 5.1 弹性和黏弹性 5.1.2 弹性变形的特征和弹性模量 5.2 单晶体的塑性变形 一、滑移 滑移的本质 — 位错的运动 1、滑移线与滑移带 2、滑移系 晶体的滑移总是沿阻力最小的晶面和晶向进行，通常为密排面和密排方向。即单位位错的滑移面和柏氏矢量方向。 密排面和它上面的一个密排方向的组合称为滑移系。 f.c.c {111}110 4×3 ＝12 b.c.c {110}111 或次密排面{112}、{123} 6×2 ＝12 h.c.p (0001) c/a1.633 1×3 ＝3 3、滑移的临界分切应力 ① 定义： 作用在位错的滑移面，且平行于布氏矢量的分切应力τ，称为作用于滑移系的分切应力。 当τ达到足以克服位错滑移阻力τk时，滑移系方能开动，称τk 为滑移的临界分切应力。 或：使滑移系开动的最小分切应力。称为临界分切应力τk 。 τk是材料的性质，取决于材料本身。 ② 滑移系上的分切应力τ 如图:单晶体单向拉伸，某一滑移系与外力F 的取向关系由φ和λ唯一确定。 外力F 在滑移方向上的分切应力为： 讨论： ③ 单晶体的屈服应力σs 当τ＝τk时，位错开始滑移，材料屈服σ＝σs，代入上式： 4、滑移时晶体的转动 拉伸时晶体的转动，是力求使晶体的滑移方向与外力轴平行，即λ下降，φ增加，向90°变化。 压缩时晶体的转动，力求使滑移方向与外力轴垂直，即λ增加，φ下降。 5、多滑移与交滑移 晶体发生塑性变形时，随着滑移的不断进行，将发生转动。 转动的结果，m 值不断变化。原先处于有利地位的滑移系可能转到不利的地位，停止滑移；原来不利地位的滑移系可能转到有利地位，发生滑移。 最后稳定在多个滑移系取向因子相当的地位，于是产生了多个滑移系交替滑移的局面，即称多滑移。 由于晶体转动，m 的变化也可能使螺位错由一个滑移面转移到更有利的滑移面上进行，称为交滑移（共同的滑移方向，不同滑移面）。 6、单晶体的应力－应变曲线 典型曲线一般分为三阶段 Ⅰ：单滑移（加工硬化系数小） Ⅱ：多滑移（加工硬化明显） Ⅲ：动态回复（异号位错抵消 位错密度不再增加） 例： f.c.c中特殊方向上的等同滑移系 沿 001 8个等同滑移系； 沿 110 4个等同滑移系； 沿 111 6个等同滑移系。 二、孪生 孪生是金属材料塑变的另一种基本方式，一般是在 滑移难以进行时发生。 特点： （与滑移相比） 孪晶的取向不同，而滑移后晶体的取向不变。 孪生的发生需要较大的应力，拉伸曲线呈锯齿状。 孪生所能产生的总形变量很小，但可调节晶体位向。 2、实际晶体中的孪晶 以上孪晶是形变孪晶，常呈透镜状，在b.c.c和h.c.p中常见，特别是后者。f.c.c形变孪晶少见，常见的是退火孪晶，即在高温下发生，通常边界平直。 三、扭折 5.3 多晶体的塑性变形 另外，由于晶体中每个晶粒都处于其他晶粒的包围之中，每个晶粒的变形都受相邻晶粒的相互制约和协调作用。 单滑移难以满足这一协调作用，否则不能保持晶粒之间的连续性，造成孔隙。 理论上推算，为了保证这种协调关系，每个晶粒的滑移至少需要五个独立的滑移系同时开动。 因此多晶体塑变一开始便是多滑移，且变形抗力高。 特点： 变形抗力高。滑移在晶界受阻，不易直接传递到相邻晶粒，表现出塑性变形抗力较高，这种阻碍即来自晶界，也来自晶界另一侧取向不同的晶粒。 变形的不均匀性。由于晶粒取向不同，产生形