第三章 金属的塑性变形和加工硬化.ppt

第3章 金属的塑性变形和加工硬化 ; 首先来分析纯金属单晶体的塑性变形过程 图3.1 典型金属的应力-应变曲线 在各种结构的金属中，面心立方金属的硬化机理研究得比较深入，下面重点以FCC金属为例加以说明。 ; 一、FCC晶格单晶体的塑形变形 1、应力一应变曲线 ;典型曲线的三个阶段特征： 第一阶段特征： 1）加工硬化率（ ?Ⅰ）很低； 2）滑移线细而长且均匀分布； 3）加工硬化速率对晶体位向和杂质十分敏感； 4）滑移线上的位错数可以很大； 5）三类晶体结构中，没有螺位错存在，这可能是由于在相邻滑移面上两个异号螺位错相遇时，由于交滑移而湮灭了。只有在层错能低的合金（如Cu-10%Al）中才可以看到螺位错。 其位错组态常呈刃位错多极子排列。 ; 第二阶段特征： 1）加工硬化率（ ? Ⅱ ）很高，且和应变量呈线性关系； 2）加工硬化率对金属的种类或合金的成分（只要为面心立方晶体）不敏感，对晶体的位向也不敏感； 3）滑移线长度随应变量有如下规律： 4）每根滑移线上位错数大致不变； 5）其位错结构缠结，形成胞状结构。 ; 第三阶段特征： 1）加工硬化速率（ ? Ⅲ ）降低，曲线呈抛物线型； 2）变形温度和层错能对第三阶段有影响； 3）该阶段是一个热激活过程，该阶段开始时的应力随温度的增加而快速减少； 4）内部组织变化的特征是：出现了滑移带。随着变形量的增加，滑移都集中于滑移带内，在滑移带之间不再出现新的滑移痕迹，而在滑移带内可以看到交滑移。 ; 加工硬化第三阶段有加工软化现象。 Cottrell和Stoke发现，如纯铝在90K变形至第二阶段，继之升高温度，于室温下再进行实验时，就有明显的屈服降落。这说明低温时的硬化会部分地突然去除，显然低温变形时形成的位错结构是不稳定的，到室温时发生某种变化。由此证明，铝在室温下出现的屈服点，并不是由于点缺陷的扩散或杂质原子偏聚到位错线，钉扎了位错所造成的。 由以上实验结果可知，易滑移阶段只在主滑移系统上运动，第二阶段次滑移系统上的位错参???了滑移变形，第三阶段则产生了螺位错的交滑移。;2、影响应力一应变曲线的主要因素;2）金属的层错能和纯度的影响 ;3） 温度的影响 ;3、FCC金属形变单晶体的表面现象 ;二、 BCC晶格单晶体的塑性变形;三、HCP晶格单晶体的塑性变形; 3.2 金属多晶体的塑性变形;一、晶界在塑性变形中的作用; 由图可知： 1）总变形量相同时，在多晶体内，不仅各晶粒所承受的实际变形量不同，而且每个晶粒内部各处的实际变形程度也不一致。 2）在晶粒边界处变形程度都比晶粒内部小，这既表明晶界处较难变形；也显示出晶界在促进变形的不均匀分布上起很大作用。;晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。 1.晶界的障碍强化作用 由于晶界两侧晶粒取向不同，滑移从一个晶粒延伸到下一个晶粒是不容易的，晶界存在着阻碍塑性变形进行的作用。 要实现塑性变形从一个晶粒传递到下一个晶粒，就必须外加以更大的力，这就是晶界的障碍强化作用。 ;2.多系滑移强化作用 ;3.多晶体变形的不均匀性 ;二、晶界的本质;三、晶界对晶体强度的影响;四、金属多晶体应力一应变曲线 ;1、FCC晶格金属多晶体的变形; 第一段，1∽2%应变前，抛物线关系为： 接着是曲线的直线部分（第二阶段）： 最后是第二抛物线部分（第三阶段）：;2、BCC晶格多晶体的变形; BCC晶格金属的屈服理论: BCC晶格金属与HCP晶格和FCC晶格金属相比，温度在低于0.2Tm左右时对屈服应力影响很大，而且屈服应力也明显地与应变速率有关。很清楚，要解释这种现象，就需要阐述与温度密切相关的位错钉扎或位错阻碍作用的机理。 为了解释屈服应力而提出的机理中最有意义的是： 1）间隙原子位错气团； 2）位错上的细小沉淀物； 3）阻碍位错运动的Peieris-Nabarro力 ;3、密集六方晶格多晶体的塑性变形; 晶粒大小对六方晶格多晶体塑性和流动应力产生影响。在密排六方晶格的金属和合金中，高的Ky值是由滑移系局限性和大的取向因子m所决定的。 大的取向因子m和 值表明对晶粒尺寸有强烈的依存关系。 流动应力随着晶粒尺寸的减小而增大并不是由于晶界存在本身的原因，而是由于被晶界分割开的晶粒之间的交互作用。 变形接力传递的可能性