5材料科学基金属的塑性变形.ppt

第九章 塑性变形 §1 单晶体金属的塑性变形§2 多晶体的塑性变形 §3 合金的塑性变形 §4 金属塑性变形后的组织与性能 §5 聚合物的变形 §6 陶瓷材料的塑性变形 §1 单晶体金属的塑性变形 一、滑移 1．滑移的显微观察 由大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制。 单晶体金属的塑性变形--滑移 ·滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移，滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大而增多，它们之间的距离则在缩短。 2．滑移的晶体学特征 ·滑移面 晶体的滑移通常是沿着一定的晶面发生的，此组晶面称为滑移面； ·滑移方向 滑移是沿着滑移面上一定的晶向进行的，此晶向称为滑移方向。 ·滑移面与滑移方向大致是最密排面和最密排方向，因为此时派纳力最小。 b：柏氏矢量 G：切变模量 γ：泊松比 a：滑移面的面间距 ·一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系 （1）fcc滑移系 滑移方向110，滑移面一般为{111} 面心立方结构共有四个不同的{111}晶面，每个滑移面上有三个110晶向，故共有4×3=12个滑移系。 （2）hcp滑移系 滑移方向恒为 1，1，-2，0，滑移面为（0001）或棱柱面{ 1，0，-1，0}、棱锥面{1，0，-1，1} （2）hcp滑移系 a.当滑移面为（0001）时，晶体中滑移面只有一个，此面上有三个 1，1，-2，0 晶向，故滑移系数目为1×3=3个。 b.当滑移面为{ 1，0，-1，0}时，晶体中滑移面共有3个，每个滑移面上一个1，1，-2，0 晶向，故滑移系数目为3×1=3个。 c.当滑移面为斜面{1，0，-1，1}时，此时滑移面共有6个，每个滑移面上一个1，1，-2，0，故滑移系数目为6×1=6个。 由于hcp金属滑移系数目较少，密排六方金属的塑性通常都不太好。 （3）bcc 滑移方向为111，可能出现的滑移面有{110}、{112}、{123}如果三组滑移面都能启动，则潜在的滑移系数目为： （个） 3．临界分切应力 （1）最大分切应力正好落在与外力轴成45o角的晶面以及与外力轴成45o角的滑移方向上。 假设对一个单晶圆柱体试样作拉伸试验 滑移面的面积 作用在此滑移面上的应力 3．临界分切应力 应力与外力F方向相同，可分解为两个分应力，一个为垂直于滑移面的分正应力，另一个为分切应力。分切应力τ作用在滑移方向使晶体产生滑移，其大小为： 称为取向因子，或称施密特因子（Schmid）,取向因子越大，则分切应力越大。 对于任一给定的 φ值，取向因子的最大值出现在 λ=90o- φ时： 当 φ=45o时（ 也为45o），取向因子有最大值1/2，此时，得到最大分切应力。 （2）能使晶体滑移的力是外力在滑移系上的分切应力。通常把给定滑移系上开始产生滑移所需分切应力称为临界分切应力。 （3）在拉伸时，可以粗略认为金属单晶体在外力作用下，滑移系一开动就相当于晶体开始屈服，此时，对应于临界分切应力的外加应力就相当于屈服强度σS 。 单晶体的屈服强度随取向因子而改变 φ=45o时， ，取向因子达到最大值，产生拉伸变形的屈服应力最小。 φ=90o或0o时, σS =∞, 晶体不能沿该滑移面产生滑移。 3．临界分切应力--- （4） 硬取向：晶体中有些滑移系与外力取向偏离45o很远，需要较大的σs值才能滑移，称为硬取向。 软取向：晶体中有些滑移系与外力的取向接近45o角，处于易滑移的位向，具有较小的σs值，称为“软取向”。通常是软取向的滑移系首先滑移。 4．拉伸和压缩时晶体的转动 （1）拉伸 拉伸作用在中间一层金属上下两面的作用力σ可分为两个分应力： A