材料科学基础-第九章.ppt

Introduction to Material Science 第九章 金属的塑性变形 第一节 单晶体的塑性变形 塑性变形 外力去处后永久残留的变形称为塑性变形，室温下金属塑性变形的主要方式是滑移，此处还有孪生和扭折等方式。 基本内容 滑移 孪生 扭折 单晶体的应力－应变曲线 一 滑移 授课内容 滑移现象 滑移系的概念及性质 滑移的一般规律 滑移的临界分切应力 多滑移（复滑移） 交滑移和多交滑移 滑移时晶体的转动 Ⅰ滑移现象 Ⅱ 滑移系 Ⅱ 滑移系 Ⅱ 滑移系 ① 滑移面和滑移方向通常都是密排面和密排晶向；随着成分、温度等条件的改变，其它晶面也有可能称为滑移面，但滑移方向比较稳定，总是密排景象。 ② 每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。 ③ 同一金属晶体可以有几组晶体学上完全等同的滑移系。但实际滑移时，不是沿着这些滑移系同时滑动，而是沿着最有利的滑移系首先滑移。 Ⅲ 滑移的临界分切应力 Ⅲ 滑移的临界分切应力 Ⅲ 滑移的临界分切应力 Ⅲ 滑移的临界分切应力 Ⅳ 多滑移（复滑移） Ⅴ 交滑移和多交滑移 Ⅴ 交滑移和多交滑移 Ⅵ 滑移时晶体的转动 二 孪生 二 孪生 三 扭折 四 单晶体的应力 应变曲线 随着切应变 ε ，所需切应力 τ 逐渐增大，即产生了加工硬化。加工硬 化率（加工硬化系数）： ，表示了τ 随 ε 增大而增大的速率。 根据 θ 的变化，塑性变形可分为三个阶段(如下图所示）： ①第Ⅰ阶段—— 易滑移阶段； ②第Ⅱ阶段—— 线性硬化阶段； ③第Ⅲ阶段—— 抛物线形硬化阶段； 第二节 晶体滑移的位错机制 Ⅰ 位错运动与晶体滑移 位错运动与晶体滑移的关系 滑移是位错切应力作用下逐步移动的结果。一条位错移出晶体后，晶体产生一个b大小的滑移量。一系列滑移面上的位错滑出晶体后产生的滑移量累积起来就造成了晶体宏观上的塑性变形。 位错运动与晶体滑移的特点 位移移动的方向总是与位错垂直。晶体滑移的方向总是与相应的切应力τ方向一致。 Ⅱ 运动位错的扭折与割阶 位错线运动受到阻碍时会形成曲折线短，若曲折线段位于位错所在滑移面上时，称为扭折；曲折线段不位于位错所在滑移面上时，称为割阶。 Ⅲ 位错运动的点阵阻力 位错运动的点阵阻力称为派一纳力（P-N力） P-N力与晶体结构和原子间作用力等因素有关，其实质相当于在理想的简单立方晶体中移动单个刃型位错所需的临界切应力。其近似表达式为 式中，a — 滑移面的面间距; b — 滑移方向上的原子间距； υ — 泊松比； G — 切变模量； — 位错宽度，指位错中心严重畸变区的宽度。 Ⅳ 滑移过程中的位错增殖 经剧烈变形的晶体中，其位错密度大大增加，表明塑性变形过程中位错产生了增殖。目前被广泛接受的位错增殖机制是弗兰克－瑞德（Frank－Read）位错增殖机制（F-R源）。 在 Frank －Read位错增殖机制中，开动位错源所需的临界切应力为： , L—A ,B间的距离 Ⅳ 滑移过程中的位错增殖 五 运动位错的塞积 位错塞积 在同一滑移面上运动的位错如果在运动过程中遇到障碍（晶界，第二相粒子等），而外力又不足以克服障碍的阻力时，位错就在障碍物的前沿堆积起来，形成位错塞积。 五 运动位错的塞积 形成位错塞积后，塞积群中各位错所受的作用力有： 由外切应力产生的滑移力τb，该力使诸位错向障碍物方向推进，并尽量靠紧障碍； 位错间的相互排斥力，使位错群沿滑移面尽量散开； 障碍物的阻力，该力一般仅作用在塞积群的领先位错上。 当这三种力达到平衡时，塞积群中的位错便停止运动并按一定规 律分布，即：越靠近障碍位错密集，距离障碍物越远位错越稀疏。 领先位错与障碍物之间存在的局部应力为 τ’＝n τ 式中：n— 塞积群中的位错数； τ — 外加切应力 第三节 多晶体的塑性变形 室温下多晶体中每个晶粒变形的基本方式仍是滑移和孪生。但是由于相邻晶粒取向不同以及晶界的存在，从而使多晶体的塑性变形变得较为复杂并具有一些新的特点。 Ⅰ室温下多晶体塑性变形的主要特点 主要特点： 相邻晶粒变形的不同时性。实现滑移的传递必须激发相邻晶粒的位错源； 变形抗力比单晶体的大，变形更不均匀； 形变时相邻晶粒的相互协调性，需要五割以上的滑移系