福州大学材料科学基础课件-第三章 位错金属的塑性变形.ppt

第三章 金属的塑性变形 §1 金属的弹性变形 一、弹性变形的实质 二、弹性变形的特征和弹性模量 1、弹性变形是可逆变形。 2、应力与应变之间服从虎克定律。 E：弹性模量 G：切变弹性模量 3. 金属的弹性变形值很小 §2 单晶体的塑性变形 金属变形的主要方式：滑移、孪生、扭折 一、滑移 （一）滑移线与滑移带 （二）滑称系 晶体的滑移是沿着一定的晶面发生的，此组晶面称为滑移面，滑移还沿着滑移面上一定的晶向进行，称为滑移方向。 每一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 FCC： 滑移面｛111｝，滑移方向110 BCC： 低温｛112｝ 室温｛110｝，高温｛123｝，而滑移方向都是111 滑移面为(0001)，滑移方向为11 0 （三）滑移的临界分切应力 ：金属晶体的临界分切应力，与金属的类型，强度以及温度等因素有关；还与晶体的加工和处理状态，变形速度以及滑移系的类型有关。 ：取向因子 取向因子大（0.5）——软取向 取向因子小（0）——硬取向 （四）滑移时晶面的转动 拉伸时：使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于拉伸轴线（ ）。 压缩时：使滑移面和滑移方向逐渐趋于垂直于拉伸轴线（ ）。 （五）复滑移 滑移过程沿着两个或多个滑移系交替进行或同时进行，这个滑移过程称为复滑移。 二、孪生 晶体的一部分相对于另一部分在切应力作用下沿特定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变。 （一）孪生的特点： 1. 它使一部分晶体发生了均匀切变，而不像滑移那样集中在一些滑移面上进行。 2. 孪生变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称的位向关系，而滑移变形后晶体各部分的相对位向不发生改变。 孪生后，在全相显微镜下一般呈带状（有时为透镜状），称为孪晶带。 （二）孪生几何学 孪生是以晶体中一定的晶面（称为孪晶面）沿着一定的晶向（孪生方向）移动而发生的。晶体的孪晶面和孪生方向与其晶体结构类型有关。 三、其他塑变方式——“扭折” 四、单晶体的应力——应变曲线 一、单晶体的应力-应变曲线 θ=dτ/dε加工硬化系数 第Ⅰ阶段：切应力达到晶体的临界分切应力时，一个滑移系开动，阻力小，硬化效应小 。 易滑移阶段，滑移线长直而且稀，基本都是平行位错的滑移。 第Ⅱ阶段：线性硬化阶段，滑移在几组相交的滑移面中发生，位错交割、增殖塞积相继发生，位错运动阻力加大，θⅡ=3×10-3G，滑移线短而密，互相相交。 第Ⅲ阶段：抛物线硬化阶段。应力进一步增高，滑移面上的位错可借交滑移而绕过障碍，避免了与之发生交互作用， θⅢ下降。 §3 多晶体的塑性变形 多晶体塑性变形的主要特点 塑性变形过程的不均匀性 处于有利位向的晶粒首先发生滑移，处于不利方位的晶粒还未开始滑移。由于多晶体金属中每个晶粒所取的位向不同，金属的塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过程。 2. 相邻晶粒的相互协调性 为了满足变形协调，理论计算本应有6个独立的滑移系，以保证6个独立的应变分量使晶粒的形状自由变化，在体积不变的情况下， 有 实际只有5个变量是独立的。至少应有5个独立的滑移系才能协调多晶体的塑性变形。 3. 晶粒大小的影响 多晶体的强度随其晶粒细化而提高。满足 霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系。 是与材料有关的两个常数。 d：多晶体中各晶粒的平均直径。 §4 塑性变形对金属组织与性能的影响 一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带。 2.晶粒沿变形方向被拉长，变形的程度愈大，则晶粒拉长也愈严重，形成纤维状。 二、变形金属的亚结构 随着变形度的增大，位错密度迅速提高， 位错组态由单列→ 位错缠结→ 位错胞→ 胞的数量增多，尺寸减小。 三、形变织构 多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐地调整其取向而彼此趋于一致，这样就使强烈变形后的多晶体材料具有择优取向，通常称为产生了“形变织构”，材料显示晶体的异向性。 织构的形成使材料的性能出现各向异性 四、塑性变形对金属性能的影响 1．加工硬化 金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象。 2．其他性能的变化 a 金属的电阻率增高。 b 金属的电阻温度系数下降，磁导率下降，热导率也有所降低，