临界分切应力的大小.ppt

第二节 单晶体的塑性变形 一、滑移现象 表面抛光的单晶体试样，变形后在显微镜下观察： 抛光表面有许多平行线条——滑移带； 在电子显微镜下观察： 每条滑移带由更细的滑移线群组成。 滑移带和滑移线 滑移线的实质： 晶体的一部分相对于另一部分沿着晶面发生平移滑动后，在晶体表面留下的台阶。 证据： X射线衍射分析表明，变形后晶体结构类型并未改变，滑移线两侧的晶体取向也未改变。 而且，晶体滑移是不均匀的，滑移集中在某些晶面上，而相邻两条滑移线之间的晶体并未滑移。 二、滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成 一个滑移系。 滑移面：通常是原子排列最密集的晶面。 (∵相邻晶面的面间距最大，结合力弱） 滑移方向：也是原子排列最密集的晶向。 (∵原子间距最小，滑移距离最短，阻力最小)。 在其他条件相同时，滑移系越多，滑移过程可能采取的空间取向越多，塑性越好。 典型金属的滑移系 F.C.C：{111}晶面，110晶向，共4×3=12个； B.C.C：{110}晶面， 111晶向，共6×2=12个； H.C.P： {0001}晶面， 1120晶向，共1×3=3个； 5555 滑移系与金属塑性的关系：滑移系数目越多，金属塑性越好。滑移方向的作用要比滑移面的作用大。 体心立方虽有48个滑移系，但滑移方向数少，且滑移面的密排程度也较低。 ∴面心立方金属的塑性最好，密排六方金属的塑性最差。 三、滑移在切应力作用下发生 从例图可见： 在正应力σ作用下，单晶体先产生弹形变形，随后被拉断； 在切应力τ作用下，晶格先产生剪切弹形变形，当τ超过受剪抗力时，晶面两侧的晶体发生相对滑移，滑移面上每个原子移动一定距离后，在新位置上重新处于稳定状态。 四、滑移的临界分切应力 临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移方向的分切应力。 滑移面上的分切应力： 滑移开始时，宏观上金属开始屈服，则： τ0=σs cosλcosφ m=cosλcosφ—取向因子(施密特因子) 。 临界分切应力的大小，主要取决于金属的 本性，与外力无关。 条件一定，晶体的临界分切应力有确定值。 但它是一个组织敏感参数，金属的纯度、 变形速度和温度、金属的加工和热处理状态都 对它有很大影响。 取向因子 对任何φ角，若滑移方向位于P与滑移面法向所组成的平面上，即φ+ λ=90°，则沿此方向的τ值较其它λ时大，此时： cosλcosφ= cos（90 °- φ ）cosφ=1/2 sin2 φ，故： 当φ=45°时，m=1/2，为最大值，则σs 最小，最有利于滑移—称为软取向； φ=90°或 φ=0°时，σs ∞，即外力与滑移面平行或垂直，晶体无法滑移， —称为硬取向。 五、滑移时晶面的转动 晶体在滑移时，除了在滑移面上进行相对位移外，晶体还将发生转动。 滑移前：外力作用在o—o轴线上， 滑移后：外力分别作用在o’、o’’上，构成一对力偶，使晶体发生转动。 结果：使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于拉伸轴。压缩时使滑移面逐渐趋于与压力轴线垂直。 几何硬化与几何软化 几何硬化：原来处于软取向的滑移系，在拉伸时随着晶面的转动，φ越来越远离45°，使滑移变得越来越困难的现象； 几何软化：原来处于硬取向的滑移系，经滑移和转动后，φ越来越接近45°，使滑移越来越容易进行的现象。 二、热变形 1、热加工与冷加工 热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。 实质：变形中加工硬化与动态软化同时进行的过程。动态软化包括：动态回复和动态再结晶。 冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。 冷、热加工不能以加工温度的高低来区分，而因根据其再结晶温度来判定。 例：钨，T再=1200℃，1000℃的加工仍属冷加工； 而铅， T再15℃，20℃时的加工变形应属热加工。 热加工时，有动态软化可以消除加工硬化(至少部分消除)，因此热加工中金属一直保持较高的塑性，可连续地进行大变形量加工。主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品，以及脆性较大的金属材料。 温度高，流变强度下降，形变阻力小，动力消耗较少。 三、热加工对金属组织和性能的影响 1、提高材料致密性和力学性能： 热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与分布，提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。受力复 杂，负荷较大的重要工件，都要经过热加工。 2、形成流线，使