材料的形變及再結(jié)晶no

1、 作為對(duì)力作用的響應(yīng)作為對(duì)力作用的響應(yīng), ,所有材料都會(huì)發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化所有材料都會(huì)發(fā)生幾何形狀和尺寸的變化, ,這種現(xiàn)象稱(chēng)為這種現(xiàn)象稱(chēng)為變形變形. . 如果除去載荷后材料恢復(fù)到原始形狀、尺寸，這種變形稱(chēng)為如果除去載荷后材料恢復(fù)到原始形狀、尺寸，這種變形稱(chēng)為彈性變彈性變形形。相反，如果加載。相反，如果加載- -卸載過(guò)程導(dǎo)致發(fā)生了永久變形，則稱(chēng)該試樣產(chǎn)生卸載過(guò)程導(dǎo)致發(fā)生了永久變形，則稱(chēng)該試樣產(chǎn)生了了塑性變形塑性變形。當(dāng)構(gòu)件或試樣分裂成兩段或更多段時(shí)就是發(fā)生了。當(dāng)構(gòu)件或試樣分裂成兩段或更多段時(shí)就是發(fā)生了斷裂斷裂。外力即載荷，其形式如下：外力即載荷，其形式如下：材料的拉伸試驗(yàn)材料的拉伸試驗(yàn)軟

2、鋼的應(yīng)力軟鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)： e、s、b塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)： （延伸率）（延伸率）（斷面收縮率）（斷面收縮率）金屬變形的三個(gè)階段：金屬變形的三個(gè)階段： 彈性變形、彈彈性變形、彈-塑性變形、斷裂塑性變形、斷裂條件應(yīng)力條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線e代表產(chǎn)生彈性變形的最大應(yīng)力。代表產(chǎn)生彈性變形的最大應(yīng)力。s 代表產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。代表產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力。工程上，殘余應(yīng)變量為工程上，殘余應(yīng)變量為0.005%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，定為所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，定為e工程上，殘余應(yīng)變量為工程上，殘余應(yīng)變量為0.2%所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，定為所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，定為0.2(條件屈服極限）。條件屈服極限

3、）。三種不同材料的應(yīng)力三種不同材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 （陶瓷、金屬、橡膠）（陶瓷、金屬、橡膠）a.哪種材料的彈性模量最高哪種材料的彈性模量最高?b.哪種材料的伸長(zhǎng)率最大哪種材料的伸長(zhǎng)率最大?c.哪種材料的韌性最高哪種材料的韌性最高?d.哪種材料在斷裂前沒(méi)有呈哪種材料在斷裂前沒(méi)有呈現(xiàn)任何明顯的塑性變形現(xiàn)任何明顯的塑性變形?9-10 -曲線下方的面積可以曲線下方的面積可以度量使單位體積的度量使單位體積的材料斷裂材料斷裂所需要的能量所需要的能量韌性。韌性。金屬的彈性變形金屬的彈性變形晶體的塑性變形晶體的塑性變形 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 多多晶體的塑性變形晶體的塑性變形 合金的塑性變形

4、合金的塑性變形 塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶金屬的熱加工金屬的熱加工主要內(nèi)容主要內(nèi)容 原子間存在兩種力原子間存在兩種力: 一是一是吸引力吸引力, 來(lái)源于異類(lèi)電來(lái)源于異類(lèi)電 荷間的靜電吸引荷間的靜電吸引; 二是同種電荷之間的二是同種電荷之間的排斥力排斥力. 當(dāng)原子間距為當(dāng)原子間距為r0時(shí)時(shí), 吸引力吸引力與排斥力相等與排斥力相等, 合力合力f=0, 此時(shí)此時(shí)位能位能E0處于最低位置處于最低位置, 兩原子兩原子處于平衡位置處于平衡位置。 E0原子的結(jié)合能原子的結(jié)合能 r0原子間距原子間距雙原子作用模型雙原子作用模型r0 在晶體中，相鄰原子間也

5、應(yīng)當(dāng)有一個(gè)平衡距離。在晶體中，相鄰原子間也應(yīng)當(dāng)有一個(gè)平衡距離。 原子處于平衡位置時(shí)，其原子間距為原子處于平衡位置時(shí)，其原子間距為R0，合力為零，位能，合力為零，位能E0處于最低位置，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。處于最低位置，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。 外力去除后，外力去除后，只剩下引力的作用只剩下引力的作用，相鄰原子間的距離將迅速，相鄰原子間的距離將迅速?gòu)?fù)原，所產(chǎn)生的變形便完全消失，這就是復(fù)原，所產(chǎn)生的變形便完全消失，這就是彈性變形的實(shí)質(zhì)彈性變形的實(shí)質(zhì)。 當(dāng)原子受力后將偏離其平衡位置：當(dāng)原子受力后將偏離其平衡位置：當(dāng)外力為當(dāng)外力為拉力拉力時(shí)，金屬晶體將沿外時(shí)，金屬晶體將沿外力方向被拉長(zhǎng)，原子間距沿外力方力方向被

6、拉長(zhǎng)，原子間距沿外力方向的距離增大：向的距離增大： R0R，這時(shí)將，這時(shí)將產(chǎn)生產(chǎn)生引力引力； RR0R 彈性變形的主要特征是：彈性變形的主要特征是：（1）可逆性可逆性：加載時(shí)變形，卸載時(shí)變形消失并恢復(fù)原狀。加載時(shí)變形，卸載時(shí)變形消失并恢復(fù)原狀。（2）應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，即服從虎克（，即服從虎克（Hooke） 定律：定律： 在正應(yīng)力下，在正應(yīng)力下，= E ； 在切應(yīng)力下，在切應(yīng)力下，= G 式中：式中： 、 分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力；分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力； 、分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變；分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變； E、G分別為彈性模量（楊氏模量）和切變模量。分別為彈性模量（楊

7、氏模量）和切變模量。（3）彈性變形量隨材料的不同而異彈性變形量隨材料的不同而異 多數(shù)金屬材料：彈性變形量?。ㄒ话悴怀^(guò)多數(shù)金屬材料：彈性變形量?。ㄒ话悴怀^(guò)0.5%）；）；而橡膠類(lèi)高分子而橡膠類(lèi)高分子 材料的高彈形變量則可高達(dá)材料的高彈形變量則可高達(dá)1000%，但這種變形是非線性的。，但這種變形是非線性的。 彈性模量的物理意義彈性模量的物理意義 彈性模量是應(yīng)力應(yīng)變曲線上彈性變形段的斜率，在拉彈性模量是應(yīng)力應(yīng)變曲線上彈性變形段的斜率，在拉伸變形中通常稱(chēng)它為楊氏模量。伸變形中通常稱(chēng)它為楊氏模量。低應(yīng)變區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系低應(yīng)變區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系E 彈性模量代表著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是彈性模量代

8、表著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。 即彈性模量相當(dāng)于發(fā)生單位彈性變形所需的應(yīng)力，換言即彈性模量相當(dāng)于發(fā)生單位彈性變形所需的應(yīng)力，換言之，在給定應(yīng)力下之，在給定應(yīng)力下E大的材料只發(fā)生很小的彈性應(yīng)變，而大的材料只發(fā)生很小的彈性應(yīng)變，而E小小的材料則彈性應(yīng)變大。的材料則彈性應(yīng)變大。 從微觀的角度看，晶體在外力作用下，從微觀的角度看，晶體在外力作用下，發(fā)生彈性變形對(duì)應(yīng)著原子間距的變化發(fā)生彈性變形對(duì)應(yīng)著原子間距的變化這種性質(zhì)與彈簧很相似，故可把原子結(jié)合這種性質(zhì)與彈簧很相似，故可把原子結(jié)合比喻成很多小彈簧的連接。結(jié)合鍵能是影比喻成很

9、多小彈簧的連接。結(jié)合鍵能是影響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，響彈性模量的主要因素，結(jié)合鍵能越大，則則“彈簧彈簧”越越“硬硬”，原子之間距離的移，原子之間距離的移動(dòng)所動(dòng)所需的外力就越大，則彈性模量越大。需的外力就越大，則彈性模量越大。E 以共價(jià)鍵或共價(jià)以共價(jià)鍵或共價(jià)-離子混合鍵結(jié)合的大多數(shù)陶瓷，離子混合鍵結(jié)合的大多數(shù)陶瓷，例如金剛例如金剛石、氧化鋁（石、氧化鋁（Al2O3)等，由于其原子間結(jié)合力很大，故其彈性模等，由于其原子間結(jié)合力很大，故其彈性模量很高；量很高；分子鍵分子鍵的固體如塑料、橡膠等的鍵合力很弱，具有很的固體如塑料、橡膠等的鍵合力很弱，具有很小的彈性模量，但相對(duì)變形量很大；而小的

10、彈性模量，但相對(duì)變形量很大；而金屬金屬的彈性模量則介于的彈性模量則介于陶瓷和高分子橡膠之間。陶瓷和高分子橡膠之間。 金屬材料的金屬材料的彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的指標(biāo)彈性模量是一個(gè)對(duì)組織不敏感的指標(biāo)，其大小主，其大小主要取決于原子間的結(jié)合力，與金屬的本性、晶格類(lèi)型、晶格常要取決于原子間的結(jié)合力，與金屬的本性、晶格類(lèi)型、晶格常數(shù)有關(guān)，而金屬材料的合金化、加工過(guò)程及熱處理的方法對(duì)它數(shù)有關(guān)，而金屬材料的合金化、加工過(guò)程及熱處理的方法對(duì)它的影響很小。的影響很小。 單晶體的彈性模量呈各向異性單晶體的彈性模量呈各向異性：沿原子排列最密的晶向彈性：沿原子排列最密的晶向彈性模量最大。模量最大。 多晶體的彈性

11、模量多晶體的彈性模量E呈偽各向同性呈偽各向同性。軸向應(yīng)變：軸向應(yīng)變：a a =l / l0 ta 式中，式中，為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能力。一般金屬材為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能力。一般金屬材料的泊松比在料的泊松比在0.250.35之間，高分子材料則相對(duì)較大些。之間，高分子材料則相對(duì)較大些。 在載荷作用在載荷作用方向上產(chǎn)生彈方向上產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)的同時(shí)性伸長(zhǎng)的同時(shí)伴隨著橫向上伴隨著橫向上發(fā)生收縮發(fā)生收縮橫向應(yīng)變：橫向應(yīng)變：t =d / d0 邊長(zhǎng)為邊長(zhǎng)為h、側(cè)面面、側(cè)面面積為積為A的立方體承的立方體承受剪切力受剪切力F的作用的作用彈性模量與切變彈性模量之間的關(guān)系為：彈性模量與切變彈性模量之間的關(guān)

12、系為： 2(1)EG 一個(gè)圓柱形鋼材試樣受到的應(yīng)力為一個(gè)圓柱形鋼材試樣受到的應(yīng)力為100Mpa。試樣未變。試樣未變形時(shí)直徑為形時(shí)直徑為10mm，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為40mm；試樣變形后的長(zhǎng)度和直；試樣變形后的長(zhǎng)度和直徑分別為徑分別為40.019mm和和9.9986mm。假定此時(shí)試樣仍然是彈。假定此時(shí)試樣仍然是彈性的，試計(jì)算這種鋼的彈性模量、切變彈性模量和泊松比。性的，試計(jì)算這種鋼的彈性模量、切變彈性模量和泊松比。例題例題（這個(gè)例子說(shuō)明各向同性材料的三個(gè)彈性指標(biāo)能夠通過(guò)測(cè)（這個(gè)例子說(shuō)明各向同性材料的三個(gè)彈性指標(biāo)能夠通過(guò)測(cè)量圓柱試樣的長(zhǎng)度和直徑的變化來(lái)確定。）量圓柱試樣的長(zhǎng)度和直徑的變化來(lái)確定。）壓痕法

13、測(cè)量彈性模量（壓痕法測(cè)量彈性模量（CSM微納米力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)）：微納米力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)）： 力位移曲線力位移曲線（1）滑移的觀察）滑移的觀察滑移線與滑移帶滑移線與滑移帶 金屬單晶體拉伸金屬單晶體拉伸后的實(shí)物照片后的實(shí)物照片 在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形主要通過(guò)主要通過(guò)滑移滑移方式進(jìn)行的，此外，尚有方式進(jìn)行的，此外，尚有孿生孿生和扭折和扭折等方式。等方式。滑移線：滑移線：試樣表面那些相互平行或交試樣表面那些相互平行或交 叉的細(xì)線。叉的細(xì)線?；茙В夯茙В憾喔凭€構(gòu)成一條滑移帶。多根滑移線構(gòu)成一條滑移帶。 通常把光鏡下看到的條紋叫通常把光鏡下看到的條紋叫滑

14、移帶滑移帶； 在電鏡下看到的稱(chēng)為在電鏡下看到的稱(chēng)為滑移線?；凭€。 由于晶體各部分的相對(duì)滑動(dòng)，造成試由于晶體各部分的相對(duì)滑動(dòng)，造成試 樣表面有許多臺(tái)階。樣表面有許多臺(tái)階。 在在切外力切外力作用下，晶體的一部分相對(duì)作用下，晶體的一部分相對(duì) 于另一部分沿一定晶面于另一部分沿一定晶面( (滑移面滑移面) )和晶和晶 向向( (滑移方向滑移方向) )發(fā)生相對(duì)位移。發(fā)生相對(duì)位移。滑移線滑移線滑移帶滑移帶外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形（2）滑移系）滑移系 滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向和晶

15、向。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。滑移面滑移面滑移方向滑移方向FF滑移系：滑移系：一個(gè)滑移面一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。向組成一個(gè)滑移系?；葡禂?shù)：滑移系數(shù)：滑移面數(shù)滑移面數(shù)滑移面上的滑移方滑移面上的滑移方向數(shù)。向數(shù)。bcc: 110 6 2 = 12（常溫）（常溫）fcc: 111 4 3 = 12hcp: 0001 1 3 = 3 滑移系滑移系（滑移系數(shù)相同時(shí)滑移方向（滑移系數(shù)相同時(shí)滑移方向）, ,塑性塑性面心立方面心立方

16、體心立方體心立方 密排立方密排立方（面心立方）（面心立方）（密排六方）（密排六方）coscoscoscosAFFA（3）滑移的臨界分切應(yīng)力）滑移的臨界分切應(yīng)力 在給定滑移系上開(kāi)始滑移所需的分切應(yīng)力在給定滑移系上開(kāi)始滑移所需的分切應(yīng)力 外力在滑移面上沿滑移方向的分外力在滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力：切應(yīng)力：當(dāng)外力當(dāng)外力F F，使某一滑移系上的分切應(yīng)力，使某一滑移系上的分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值達(dá)到某一臨界值k ，滑移就會(huì)在該滑移，滑移就會(huì)在該滑移系上進(jìn)行，此時(shí)：系上進(jìn)行，此時(shí)：F/A F/A =s s（屈服極限）（屈服極限） coscoscoscoskkss或滑移方向滑移方向滑移面滑移面A施密特定律

17、施密特定律coscoscoscoskkss或影響影響k k的因素：的因素：材料的本性（純材料的本性（純 度）、試驗(yàn)溫度、加載速度。度）、試驗(yàn)溫度、加載速度。 coscos取向因子取向因子 軟位向：軟位向：=45,=45 當(dāng)滑移面法線、滑移方向、外力軸當(dāng)滑移面法線、滑移方向、外力軸 處于同一平面，且處于同一平面，且=45，=45時(shí)時(shí) 取取 向因子有最大值向因子有最大值0.5，此時(shí)，此時(shí)s最小最小，最有利于滑移。，最有利于滑移。 硬位向：硬位向：=90或或=90 當(dāng)滑移面當(dāng)滑移面外力（外力（=90）或滑移方向）或滑移方向外力（外力（=90） 時(shí)，時(shí)，取向因子取向因子coscos=0，s=，滑移無(wú)法

18、進(jìn)行。，滑移無(wú)法進(jìn)行。 滑移面滑移面滑移方向滑移方向222222212121212121coslkhlkhl lkkhh提示：提示：對(duì)立方晶系，兩晶面（對(duì)立方晶系，兩晶面（h1k1l1）與（）與（h2k2l2） 的夾角為：的夾角為： 鋁的滑移臨界分切應(yīng)力為鋁的滑移臨界分切應(yīng)力為2.4105Pa，當(dāng)拉伸軸為，當(dāng)拉伸軸為001時(shí)，引起屈服所需要的拉伸應(yīng)力是多大？時(shí)，引起屈服所需要的拉伸應(yīng)力是多大？例題：例題： 如在面心立方晶胞如在面心立方晶胞001上施加一上施加一69MPa的應(yīng)力，的應(yīng)力， 試求滑移系試求滑移系 上的分切應(yīng)力。上的分切應(yīng)力。011)111(例題：例題：提示：提示：拉伸軸拉伸軸001

19、與與110及及 垂直，所以由它們組成的滑垂直，所以由它們組成的滑移不會(huì)開(kāi)動(dòng)。而移不會(huì)開(kāi)動(dòng)。而001軸對(duì)它的滑移系的幾何關(guān)系是等同。軸對(duì)它的滑移系的幾何關(guān)系是等同。110例題：例題：（2）新位錯(cuò)）新位錯(cuò) ， 其滑移面為（其滑移面為（001） 1102ab 694coscos1124 100.4 104 10/2222FbbN m 在單晶體鋁的（在單晶體鋁的（111）面上，有一柏氏矢量為）面上，有一柏氏矢量為 的位錯(cuò)，在的位錯(cuò)，在面面 上有一柏氏矢量為上有一柏氏矢量為 的位錯(cuò)，兩位錯(cuò)發(fā)生反應(yīng)。的位錯(cuò)，兩位錯(cuò)發(fā)生反應(yīng)。（1）寫(xiě)出位錯(cuò)反應(yīng)式，并用能量條件判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。）寫(xiě)出位錯(cuò)反應(yīng)式，并用能量條

20、件判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。 （2）說(shuō)明新位錯(cuò)的性質(zhì)。）說(shuō)明新位錯(cuò)的性質(zhì)。 （3）當(dāng)拉應(yīng)力軸為）當(dāng)拉應(yīng)力軸為101， 時(shí)，求新位錯(cuò)所受到的滑動(dòng)力。時(shí)，求新位錯(cuò)所受到的滑動(dòng)力。（鋁的點(diǎn)陣常數(shù)為（鋁的點(diǎn)陣常數(shù)為0.4nm）。）。 ) 111(0112a64 10 Pa 1102a（4）滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)）滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng) 原試樣原試樣自由滑移變形自由滑移變形受夾頭限制時(shí)的變形受夾頭限制時(shí)的變形單晶體拉伸變形過(guò)程單晶體拉伸變形過(guò)程121 、2力偶力偶121力偶：力偶：12，使滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)最大分切應(yīng)力：最大分切應(yīng)力：21、21 、21、最大分切應(yīng)力最大分切應(yīng)力1、 2滑移方

21、向：滑移方向：力偶力偶 ： 使滑移方向向最大分切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)使滑移方向向最大分切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng) 引起滑移的有效引起滑移的有效 分切應(yīng)力分切應(yīng)力 晶體在滑移過(guò)程中不僅滑移面發(fā)晶體在滑移過(guò)程中不僅滑移面發(fā) 生轉(zhuǎn)動(dòng)，而且滑移方向也在旋轉(zhuǎn)。生轉(zhuǎn)動(dòng)，而且滑移方向也在旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，有時(shí)會(huì)使軟位向偏向于硬位向，轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，有時(shí)會(huì)使軟位向偏向于硬位向， 滑移變困難滑移變困難“幾何硬化幾何硬化”。 滑移前后晶體點(diǎn)陣類(lèi)型不變，變形部分晶體滑移前后晶體點(diǎn)陣類(lèi)型不變，變形部分晶體 位向也不變。位向也不變?；品较蚧品较蜃畲蠓智袘?yīng)力方向最大分切應(yīng)力方向滑移面滑移面（5）多系滑移）多系滑移 施密特定律的意義：晶體塑

22、性變形時(shí)，切應(yīng)力需達(dá)到某施密特定律的意義：晶體塑性變形時(shí)，切應(yīng)力需達(dá)到某一臨界值；說(shuō)明滑移變形可有一臨界值；說(shuō)明滑移變形可有單滑移、多滑移和交滑移幾種單滑移、多滑移和交滑移幾種情況：情況： l 單滑移：?jiǎn)位疲阂粋€(gè)滑移系啟動(dòng)，一個(gè)滑移系啟動(dòng)， 滑移線滑移線是一組平行的細(xì)線。是一組平行的細(xì)線。單滑移單滑移 它是在變形量很小的情況下發(fā)生，位錯(cuò)在滑移過(guò)程中不它是在變形量很小的情況下發(fā)生，位錯(cuò)在滑移過(guò)程中不會(huì)與其會(huì)與其 他位錯(cuò)交互作用，因此加工硬化也很弱。他位錯(cuò)交互作用，因此加工硬化也很弱。 鋁晶體的滑移鋁晶體的滑移l 多滑移：多滑移：二個(gè)或二個(gè)以上滑移系同時(shí)或交替啟動(dòng)，二個(gè)或二個(gè)以上滑移系同時(shí)或交替

23、啟動(dòng)， 滑移線滑移線是相互交叉的平行細(xì)線；是相互交叉的平行細(xì)線；多滑移多滑移鋁晶體的滑移鋁晶體的滑移 由于這些滑移系是由不同位向的滑移面與滑移方向構(gòu)成，所以由于這些滑移系是由不同位向的滑移面與滑移方向構(gòu)成，所以當(dāng)一個(gè)滑移系啟動(dòng)后，另一滑移系的滑動(dòng)就必須穿越前者，兩個(gè)滑當(dāng)一個(gè)滑移系啟動(dòng)后，另一滑移系的滑動(dòng)就必須穿越前者，兩個(gè)滑移系上的位錯(cuò)會(huì)有交互作用，產(chǎn)生交割和反應(yīng)，因而多滑移會(huì)產(chǎn)生移系上的位錯(cuò)會(huì)有交互作用，產(chǎn)生交割和反應(yīng)，因而多滑移會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)的加工硬化。強(qiáng)的加工硬化。 如果沒(méi)有交滑移，只增加外力，晶體是很難繼續(xù)變形下去的，最如果沒(méi)有交滑移，只增加外力，晶體是很難繼續(xù)變形下去的，最后只會(huì)造成斷裂。

24、后只會(huì)造成斷裂。l 交滑移：交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上 沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。 滑移線滑移線為波紋狀為波紋狀交滑移交滑移例題：例題： 銅單晶體表面平行于（銅單晶體表面平行于（001）面，若晶體可以在各個(gè)）面，若晶體可以在各個(gè)滑移系滑移，畫(huà)出表面出現(xiàn)的滑移線的痕跡，求出滑移線滑移系滑移，畫(huà)出表面出現(xiàn)的滑移線的痕跡，求出滑移線間的角度。若銅晶體表面平行于（間的角度。若銅晶體表面平行于（111）面，情況又如何？）面，情況又如何？ 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生 塑性變形主要方式：塑性變形主要方式：滑移滑移 1926年，弗蘭克爾估算了年

25、，弗蘭克爾估算了 晶體滑移時(shí)需要的臨界切應(yīng)力晶體滑移時(shí)需要的臨界切應(yīng)力理論理論 實(shí)際實(shí)際（假設(shè)原子作整體剛性滑動(dòng)）假設(shè)原子作整體剛性滑動(dòng)） 19341934年，泰勒、波朗依和奧羅萬(wàn)幾乎同時(shí)提出了晶體中年，泰勒、波朗依和奧羅萬(wàn)幾乎同時(shí)提出了晶體中位錯(cuò)位錯(cuò)的概念。的概念。（6）滑移的位錯(cuò)機(jī)制）滑移的位錯(cuò)機(jī)制（6）滑移的位錯(cuò)機(jī)制）滑移的位錯(cuò)機(jī)制 晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是而是借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)行的進(jìn)行的。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶體表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶體表

26、面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階（生臺(tái)階（滑移線滑移線、滑移帶滑移帶） 臺(tái)階臺(tái)階 晶體的滑移必須在一定的外力作用下才能發(fā)生，這說(shuō)明位晶體的滑移必須在一定的外力作用下才能發(fā)生，這說(shuō)明位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)要克服阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)要克服阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自點(diǎn)陣阻力點(diǎn)陣阻力。 由于派爾斯（由于派爾斯（PeierlsPeierls）和納巴羅（）和納巴羅（NabarroNabarro）首先估算了這）首先估算了這一阻力，故又稱(chēng)為一阻力，故又稱(chēng)為派一納（派一納（P-NP-N）力）力。 P-NP-N = 2G/(1-)exp(-2W/b) = 2G/(1-)exp(-2W/b) 式中，式中，b為滑移方向上的原子

27、間距，為滑移方向上的原子間距，d為滑移面的面間距，為滑移面的面間距，為泊松比，為泊松比，W=d/(1-)代表位錯(cuò)寬度。代表位錯(cuò)寬度。 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力除位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力除點(diǎn)陣阻力點(diǎn)陣阻力外，位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作外，位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用產(chǎn)生的阻力；運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交截后形成的扭折和用產(chǎn)生的阻力；運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交截后形成的扭折和割階割階，尤其，尤其是螺型位錯(cuò)的割階將對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，致使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的是螺型位錯(cuò)的割階將對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，致使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增加；位錯(cuò)與其他晶體缺陷如點(diǎn)缺陷，其他位錯(cuò)、晶阻力增加；位錯(cuò)與其他晶體缺陷如點(diǎn)缺陷，其他位錯(cuò)、晶界和第二相質(zhì)點(diǎn)等界和第二相質(zhì)點(diǎn)等交互作用交互作用產(chǎn)生的阻力，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)均會(huì)

28、產(chǎn)生的阻力，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化。產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化。 孿生是塑性變形的另一種重要形式，它常作為滑移不易進(jìn)孿生是塑性變形的另一種重要形式，它常作為滑移不易進(jìn)行時(shí)的補(bǔ)充。行時(shí)的補(bǔ)充。 產(chǎn)生孿生情況：產(chǎn)生孿生情況： 密排六方結(jié)構(gòu)的金屬：密排六方結(jié)構(gòu)的金屬：Mg、Cd、Be 變形溫度低（面心立方、體心立方金屬）變形溫度低（面心立方、體心立方金屬） 變形速度快（面心立方、體心立方金屬）變形速度快（面心立方、體心立方金屬） 2112116a（1 1）孿生變形過(guò)程孿生變形過(guò)程 當(dāng)面心立方晶體發(fā)生孿生變形時(shí)，變形區(qū)域作均勻切變，每層（當(dāng)面心立方晶體發(fā)生孿生變形時(shí)，變形區(qū)域作均勻切變，每層

29、（111111）面都相對(duì)于鄰面沿著面都相對(duì)于鄰面沿著 方向位移了一定距離方向位移了一定距離 。 211面心立方晶體中的面心立方晶體中的孿生面孿生面和和孿生方向?qū)\生方向2116312112aa孿生面（孿生面（111）211孿生方向?qū)\晶帶孿晶帶 孿生變形也是在孿生變形也是在切應(yīng)力切應(yīng)力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑 移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此，移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切孿生所需的臨界切 應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多。 孿生是金屬晶體內(nèi)部孿生是金屬晶體內(nèi)部局部的均勻切變局部的均勻切變過(guò)程，切變結(jié)果使過(guò)程，切變結(jié)果使 均勻切變區(qū)與未切變區(qū)

30、構(gòu)成了鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。均勻切變區(qū)與未切變區(qū)構(gòu)成了鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。 在孿生變形后的組織中出現(xiàn)在孿生變形后的組織中出現(xiàn)“形變孿晶形變孿晶”，在金相顯在金相顯 微鏡下一般呈帶狀（有時(shí)為透鏡狀）。微鏡下一般呈帶狀（有時(shí)為透鏡狀）。面心立方晶體：孿生面面心立方晶體：孿生面111，孿生方向，孿生方向體心立方晶體：孿生面體心立方晶體：孿生面112，孿生方向，孿生方向（2）孿生的特點(diǎn)）孿生的特點(diǎn)立體圖立體圖前視圖前視圖 單晶體的兩種塑性變形方式比較單晶體的兩種塑性變形方式比較孿生使晶格位向發(fā)生改變孿生使晶格位向發(fā)生改變 孿晶是指兩個(gè)晶體（或一個(gè)晶體的兩部分）孿晶是指兩個(gè)晶體（或一個(gè)晶體的兩部分）沿一個(gè)

31、公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。 晶體中形成孿晶的主要方式有三種：晶體中形成孿晶的主要方式有三種： a.a.通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱(chēng)為通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱(chēng)為“變形孿晶變形孿晶”或或“機(jī)械孿晶機(jī)械孿晶”， 它的特征通常呈透鏡狀或片狀；它的特征通常呈透鏡狀或片狀； b.b.“生長(zhǎng)孿晶生長(zhǎng)孿晶”，它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固），它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固） 或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶；或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶； c.c.變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成的孿晶，也稱(chēng)為變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成的孿晶，也稱(chēng)為

32、“退火孿晶退火孿晶”，它，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個(gè)晶粒，是在再結(jié)晶過(guò)程中通過(guò)堆垛往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個(gè)晶粒，是在再結(jié)晶過(guò)程中通過(guò)堆垛層錯(cuò)的生長(zhǎng)形成的。它實(shí)際上也應(yīng)屬于生長(zhǎng)孿晶，系從固體中生長(zhǎng)過(guò)程中層錯(cuò)的生長(zhǎng)形成的。它實(shí)際上也應(yīng)屬于生長(zhǎng)孿晶，系從固體中生長(zhǎng)過(guò)程中形成。形成。 孿晶面孿晶面（3）孿晶的形成）孿晶的形成奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶 滑移帶及孿晶的顯微特征滑移帶及孿晶的顯微特征 機(jī) 械 孿 晶機(jī) 械 孿 晶也在晶粒內(nèi)，也在晶粒內(nèi)，孿晶與基體孿晶與基體位向不同，位向不同，不能通過(guò)拋不能通過(guò)拋光去除。光

33、去除。 滑移帶一般不滑移帶一般不穿越晶界，滑穿越晶界，滑移變形沒(méi)有破移變形沒(méi)有破壞晶體內(nèi)部原壞晶體內(nèi)部原子排列的規(guī)律子排列的規(guī)律性，可以通過(guò)性，可以通過(guò)拋光去除。拋光去除。 退 火 孿 晶退 火 孿 晶以大條塊形以大條塊形態(tài)分布于晶態(tài)分布于晶內(nèi)，孿晶界內(nèi)，孿晶界面平直，不面平直，不能通過(guò)拋光能通過(guò)拋光去除。去除。（3 3）孿生的位錯(cuò)機(jī)制）孿生的位錯(cuò)機(jī)制 由于孿生變形時(shí)，整個(gè)孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，其各層晶面由于孿生變形時(shí)，整個(gè)孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，其各層晶面的相對(duì)位移是借助一個(gè)不全位錯(cuò)（的相對(duì)位移是借助一個(gè)不全位錯(cuò)（肖克萊不全位錯(cuò)肖克萊不全位錯(cuò)）運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)而造成的。而造成的。 由于各種原因，晶體中不

34、同部位的受力情況和形變方式可由于各種原因，晶體中不同部位的受力情況和形變方式可能有很大的差異，對(duì)于那些既不能進(jìn)行滑移也不能進(jìn)行孿能有很大的差異，對(duì)于那些既不能進(jìn)行滑移也不能進(jìn)行孿生的地方，晶體將通過(guò)其他方式進(jìn)行塑性變形。生的地方，晶體將通過(guò)其他方式進(jìn)行塑性變形。 扭折扭折 實(shí)際使用的材料通常是實(shí)際使用的材料通常是由多晶體組成的。室溫下，多由多晶體組成的。室溫下，多晶體中每個(gè)晶粒變形的基本方晶體中每個(gè)晶粒變形的基本方式與單晶體相同，但式與單晶體相同，但由于相鄰由于相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，因而多晶體的變形既的存在，因而多晶體的變形既需克服晶界的阻礙，又要求各

35、需克服晶界的阻礙，又要求各晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合，故多晶體的塑性變形較為復(fù)雜。故多晶體的塑性變形較為復(fù)雜。 主要表現(xiàn)在主要表現(xiàn)在各晶粒變形過(guò)程中各晶粒變形過(guò)程中的相互制約和協(xié)調(diào)性的相互制約和協(xié)調(diào)性。 各晶粒之間變形具有不同時(shí)性。各晶粒之間變形具有不同時(shí)性。 各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)（獨(dú)立變形各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)（獨(dú)立變形 會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）會(huì)導(dǎo)致晶體分裂） 由于晶粒間的這種相互約束由于晶粒間的這種相互約束 多晶體的變形抗力比單晶體高多晶體的變形抗力比單晶體高 FF 晶界上原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，晶界上原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，當(dāng)當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界

36、的阻礙而堆位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái)積起來(lái), ,稱(chēng)稱(chēng)位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行。要使變形繼續(xù)進(jìn)行, , 則則必須增加外力必須增加外力, ,從而使金屬的變形抗力提高。從而使金屬的變形抗力提高。 軟位向晶粒先滑移，大量位錯(cuò)在晶界軟位向晶粒先滑移，大量位錯(cuò)在晶界塞積，塞積，應(yīng)力集中應(yīng)力集中，使相鄰晶粒的位錯(cuò)，使相鄰晶粒的位錯(cuò)源啟動(dòng)，原來(lái)取向不利的晶粒也開(kāi)始源啟動(dòng)，原來(lái)取向不利的晶粒也開(kāi)始變形。變形。 各晶粒變形不同時(shí)（逐批進(jìn)行）、各晶粒變形不同時(shí)（逐批進(jìn)行）、各晶粒變形相互協(xié)調(diào)、變形的不均勻各晶粒變形相互協(xié)調(diào)、變形的不均勻性性特點(diǎn)特點(diǎn)GbLkn00 在晶界附近產(chǎn)生的位

37、錯(cuò)塞積群在晶界附近產(chǎn)生的位錯(cuò)塞積群會(huì)對(duì)晶粒內(nèi)的位錯(cuò)源產(chǎn)生一反作用會(huì)對(duì)晶粒內(nèi)的位錯(cuò)源產(chǎn)生一反作用力。此力。此反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目n而增大而增大： 對(duì)只有對(duì)只有2323個(gè)晶粒的試樣進(jìn)行拉個(gè)晶粒的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)表明，在晶界處伸試驗(yàn)表明，在晶界處呈竹節(jié)狀呈竹節(jié)狀。整個(gè)晶粒變形不均勻。整個(gè)晶粒變形不均勻。 式中，式中， 為作用于滑移面上外加分切應(yīng)力；為作用于滑移面上外加分切應(yīng)力；L L為位錯(cuò)源至晶界之距離。為位錯(cuò)源至晶界之距離。 當(dāng)它增大到某一數(shù)值時(shí)，可使位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)。使晶體顯著強(qiáng)化。當(dāng)它增大到某一數(shù)值時(shí)，可使位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)。使晶體顯著強(qiáng)化。 0 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。晶粒

38、越細(xì)，強(qiáng)度越高。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化 晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大（有尺寸限制）。（有尺寸限制）。210Kds 式中，式中， 0 0 和和K K 為與材料有關(guān)的系數(shù)。為與材料有關(guān)的系數(shù)。 晶粒大小與性能的關(guān)系晶粒大小與性能的關(guān)系 多晶體的屈服強(qiáng)度多晶體的屈服強(qiáng)度s與晶粒平均直徑與晶粒平均直徑d的關(guān)系的關(guān)系可用著名的可用著名的霍爾霍爾佩奇（佩奇（Hall-Petch）公式）公式表示：表示： 12350.24Hd納米晶鋁：納米晶鋁： 晶粒越細(xì)，晶粒越細(xì)，塑性、韌性提高。塑性、韌性提高。 晶粒越多，變形分散、均勻性提高，由應(yīng)力集晶粒越多，變形分散、均勻性提

39、高，由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開(kāi)裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變形量，中導(dǎo)致的開(kāi)裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變形量，表現(xiàn)出高塑性表現(xiàn)出高塑性； 細(xì)晶粒材料中，細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過(guò)程中可吸收較晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過(guò)程中可吸收較多能量，多能量，表現(xiàn)出高韌性表現(xiàn)出高韌性。 但對(duì)高溫力學(xué)性能，粗晶粒時(shí)有較高的蠕變但對(duì)高溫力學(xué)性能，粗晶粒時(shí)有較高的蠕變 抗力與持久強(qiáng)度，而使持久塑性下降。抗力與持久強(qiáng)度，而使持久塑性下降。 蠕變就是材料在載荷作用下隨時(shí)間而伸長(zhǎng)的過(guò)程。蠕變就是材料在載荷作用下隨時(shí)間而伸長(zhǎng)的過(guò)程。單晶體變形單晶體變形多晶體變形多

40、晶體變形合金變形合金變形性能變化性能變化滑移滑移孿生孿生晶界作用晶界作用晶粒協(xié)調(diào)晶粒協(xié)調(diào)固溶體變形固溶體變形多相合金變形多相合金變形組織結(jié)構(gòu)變化組織結(jié)構(gòu)變化性能變化性能變化材料變形理論的思路材料變形理論的思路合金合金 單相合金單相合金固溶體（奧氏體不銹鋼）固溶體（奧氏體不銹鋼） 復(fù)相合金復(fù)相合金基體相（固溶體）基體相（固溶體）+第二相第二相 固溶體固溶體 化合物化合物 溶質(zhì)原子溶入固態(tài)的溶劑中，并保持溶劑晶格類(lèi)型而形成溶質(zhì)原子溶入固態(tài)的溶劑中，并保持溶劑晶格類(lèi)型而形成 的相。的相。置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體 溶入溶質(zhì)原子形成固溶體而使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。溶入溶質(zhì)原子形成固溶

41、體而使金屬?gòu)?qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。 影響固溶強(qiáng)化的因素：影響固溶強(qiáng)化的因素： 溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子%，b b、HB,HB,、k k溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強(qiáng)化效果。間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強(qiáng)化效果。 銅鎳固溶體的力學(xué)銅鎳固溶體的力學(xué)性能與成分的關(guān)系性能與成分的關(guān)系形成置換固溶體時(shí)的點(diǎn)陣畸變形成置換固溶體時(shí)的點(diǎn)陣畸變 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：1 1、晶格畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻。、晶格畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻。 2 2、柯氏氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)。、柯氏氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)。例題：例題：右圖表示幾

42、種合金元素對(duì)銅屈服右圖表示幾種合金元素對(duì)銅屈服強(qiáng)度的影響。銅合金的屈服強(qiáng)度隨合金強(qiáng)度的影響。銅合金的屈服強(qiáng)度隨合金含量的變化都簡(jiǎn)化成線性關(guān)系。試對(duì)此含量的變化都簡(jiǎn)化成線性關(guān)系。試對(duì)此規(guī)律給予定性解釋。規(guī)律給予定性解釋。 原子半徑原子半徑nm：Cu：0.1278 Zn：0.1332； Al：0.1432 Sn：0.1509； Ni：0.1243 Si：0.1176； Be：0.1140合金元素對(duì)銅屈服強(qiáng)度的影響合金元素對(duì)銅屈服強(qiáng)度的影響 低碳鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲線及屈服現(xiàn)象低碳鋼的應(yīng)力一應(yīng)變曲線及屈服現(xiàn)象 特點(diǎn)：特點(diǎn)：上、下屈服點(diǎn)。上、下屈服點(diǎn)。 低碳鋼在上屈服點(diǎn)開(kāi)始低碳鋼在上屈服點(diǎn)開(kāi)始塑性變形，當(dāng)

43、應(yīng)力達(dá)到上屈塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)之后開(kāi)始降落，在下屈服點(diǎn)之后開(kāi)始降落，在下屈服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)變形而應(yīng)力并服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)變形而應(yīng)力并不升高，即出現(xiàn)水平臺(tái)不升高，即出現(xiàn)水平臺(tái)屈屈服平臺(tái)。服平臺(tái)。 在屈服平臺(tái)范圍內(nèi)，試樣的變形先自?shī)A頭開(kāi)始向中間延伸，在表面變?cè)谇脚_(tái)范圍內(nèi)，試樣的變形先自?shī)A頭開(kāi)始向中間延伸，在表面變形完成之后再擴(kuò)展至心部。在預(yù)先磨光拋光的拉伸試樣上，可清楚地看到形完成之后再擴(kuò)展至心部。在預(yù)先磨光拋光的拉伸試樣上，可清楚地看到與外力成一定角度的變形條紋與外力成一定角度的變形條紋呂德斯帶。呂德斯帶。 低碳鋼有上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)低碳鋼有上下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái), 這種變形的不連續(xù)現(xiàn)象。這

44、種變形的不連續(xù)現(xiàn)象。 其原因是：其原因是：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。 在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯(cuò)交互作用而形成溶質(zhì)原子氣子可以與位錯(cuò)交互作用而形成溶質(zhì)原子氣團(tuán)，即所謂的團(tuán)，即所謂的CottrellCottrell氣團(tuán)氣團(tuán)。間隙型溶質(zhì)。間隙型溶質(zhì)原子和位錯(cuò)的交互作用很強(qiáng)，原子和位錯(cuò)的交互作用很強(qiáng)，位錯(cuò)被牢固位錯(cuò)被牢固地釘扎住地釘扎住。位錯(cuò)要運(yùn)動(dòng)，必須在更大的應(yīng)。位錯(cuò)要運(yùn)動(dòng)，必須在更大的應(yīng)力作用下才能掙脫力作用下才能掙脫CottrellCottrell氣團(tuán)的釘扎而氣團(tuán)的釘扎而移動(dòng)，這就形成了上屈服點(diǎn)；而一旦掙脫

45、移動(dòng)，這就形成了上屈服點(diǎn)；而一旦掙脫之后位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就比較容易，因此有應(yīng)力之后位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就比較容易，因此有應(yīng)力降落，出現(xiàn)下屈服點(diǎn)和水平臺(tái)。降落，出現(xiàn)下屈服點(diǎn)和水平臺(tái)。圖11-21 預(yù)變形和時(shí)效的影響預(yù)變形和時(shí)效的影響a.a.預(yù)塑性變形預(yù)塑性變形 b.b.去載后立即再行加載不出現(xiàn)屈服去載后立即再行加載不出現(xiàn)屈服 現(xiàn)象現(xiàn)象 c.c.去載后放置一段時(shí)間或在去載后放置一段時(shí)間或在200200 加熱后再加載出現(xiàn)屈服加熱后再加載出現(xiàn)屈服 應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效 低碳鋼的拉伸試驗(yàn)低碳鋼的拉伸試驗(yàn) 低碳鋼的屈服與應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象在實(shí)低碳鋼的屈服與應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象在實(shí)際生產(chǎn)中有重要意義：際生產(chǎn)中有重要意義： 如：如：深沖用的低

46、碳鋼薄板在沖壓深沖用的低碳鋼薄板在沖壓成形時(shí)會(huì)因屈服延伸區(qū)所產(chǎn)生的不均成形時(shí)會(huì)因屈服延伸區(qū)所產(chǎn)生的不均勻變形（勻變形（呂德斯帶）而呂德斯帶）而使工件表面粗使工件表面粗糙不平。為改善表面質(zhì)量，常將鋼板糙不平。為改善表面質(zhì)量，常將鋼板在深沖前進(jìn)行一道微量的冷軋（壓下在深沖前進(jìn)行一道微量的冷軋（壓下量為量為0.5%2%),0.5%2%),這就等于預(yù)變形消除了這就等于預(yù)變形消除了不連續(xù)屈服。不連續(xù)屈服。圖7-45 再如：再如：鍋爐鋼板在卷板成形后焊接或使用時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)歷一個(gè)人工或鍋爐鋼板在卷板成形后焊接或使用時(shí)，相當(dāng)于經(jīng)歷一個(gè)人工或自然時(shí)效過(guò)程。自然時(shí)效過(guò)程。 低碳鋼板的應(yīng)變時(shí)效低碳鋼板的應(yīng)變時(shí)效 ，

47、常使鋼的韌性降低，常使鋼的韌性降低鋼中加入鋼中加入0.05%Al0.05%Al，與，與 N N（C C）原子結(jié)合，應(yīng)變時(shí)效傾向）原子結(jié)合，應(yīng)變時(shí)效傾向 。 復(fù)相合金按第二相的尺寸可分為：復(fù)相合金按第二相的尺寸可分為：聚合型合金：基體相、第二相尺寸同一數(shù)量級(jí)，聚合型合金：基體相、第二相尺寸同一數(shù)量級(jí)， 如黃銅（如黃銅（Cu-ZnCu-Zn合金），合金），+彌散分布型合金：基體相、第二相尺寸相差大，彌散分布型合金：基體相、第二相尺寸相差大， 第二相很細(xì)小，第二相很細(xì)小， 如回火馬氏體：馬氏體如回火馬氏體：馬氏體+ +很細(xì)小的很細(xì)小的碳化物碳化物 這類(lèi)合金在發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相

48、中，如這類(lèi)合金在發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，如果較強(qiáng)相數(shù)量較少時(shí)，則塑性變形基本上是在較弱的相中；只有當(dāng)?shù)诙^強(qiáng)相數(shù)量較少時(shí)，則塑性變形基本上是在較弱的相中；只有當(dāng)?shù)诙酁檩^強(qiáng)相，且體積分?jǐn)?shù)大于相為較強(qiáng)相，且體積分?jǐn)?shù)大于3030時(shí)，才能起明顯的強(qiáng)化作用。時(shí)，才能起明顯的強(qiáng)化作用。 若兩相性能接近，可按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算：若兩相性能接近，可按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算： 如果第二相均勻分布，那么如果第二相均勻分布，那么 第二相塑性好，強(qiáng)度低，則合金塑性好，強(qiáng)度低；第二相塑性好，強(qiáng)度低，則合金塑性好，強(qiáng)度低； 第二相塑性差，強(qiáng)度高，則合金塑性差，強(qiáng)度高。第二相塑性差，強(qiáng)度高，則合金塑性差，

49、強(qiáng)度高。 如果第二相呈網(wǎng)狀分布，又是脆性相，則合金強(qiáng)度、塑性差。如果第二相呈網(wǎng)狀分布，又是脆性相，則合金強(qiáng)度、塑性差。1122 第二相一般都會(huì)使合金強(qiáng)度第二相一般都會(huì)使合金強(qiáng)度，塑性，塑性 第二相的硬度第二相的硬度，數(shù)量，數(shù)量，顆粒越細(xì)小，強(qiáng)化作用，顆粒越細(xì)小，強(qiáng)化作用 第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化 第二相粒子的強(qiáng)化作用是通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用而第二相粒子的強(qiáng)化作用是通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用而表現(xiàn)出來(lái)的。通?？蓪⒌诙嗔Ｗ臃譃閮深?lèi)：表現(xiàn)出來(lái)的。通?？蓪⒌诙嗔Ｗ臃譃閮深?lèi)： 一種是一種是“不可變形的不可變形的”（借助粉末冶金方法加入的），位錯(cuò)（借助粉末冶金方法加入的），位錯(cuò)只只能繞過(guò)第二相向前運(yùn)動(dòng)

50、。能繞過(guò)第二相向前運(yùn)動(dòng)。彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 一種是一種是“可變形的可變形的”（沉淀相粒子（沉淀相粒子通過(guò)時(shí)效處理從過(guò)飽和通過(guò)時(shí)效處理從過(guò)飽和固固溶體中析出），位錯(cuò)通過(guò)第二相時(shí)可以切過(guò)它們。溶體中析出），位錯(cuò)通過(guò)第二相時(shí)可以切過(guò)它們。 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化RGb2Gbk 根據(jù)位錯(cuò)理論，迫使位錯(cuò)線根據(jù)位錯(cuò)理論，迫使位錯(cuò)線彎曲到曲率半徑為彎曲到曲率半徑為R R時(shí)所需切應(yīng)時(shí)所需切應(yīng)力為力為 當(dāng)位錯(cuò)線彎曲成半徑為粒子當(dāng)位錯(cuò)線彎曲成半徑為粒子間距間距的一半的半園時(shí)，其曲的一半的半園時(shí)，其曲率半徑達(dá)到最小，即率半徑達(dá)到最小，即R Rminmin= =/2/2，此時(shí)切應(yīng)力為此時(shí)切應(yīng)力為 RGb2當(dāng)當(dāng) K K時(shí)，位錯(cuò)

51、線才能繞過(guò)去時(shí)，位錯(cuò)線才能繞過(guò)去， K位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子奧羅萬(wàn)機(jī)制奧羅萬(wàn)機(jī)制 位錯(cuò)切割粒子位錯(cuò)切割粒子 當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝?dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r(shí)，位錯(cuò)將切過(guò)粒子使粒時(shí)，位錯(cuò)將切過(guò)粒子使之隨同基體一起變形。之隨同基體一起變形。 位錯(cuò)切過(guò)粒子形成新的表面積，增加了界面能；位錯(cuò)切過(guò)粒子形成新的表面積，增加了界面能； 位錯(cuò)掃過(guò)有序結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)形成錯(cuò)排面或叫反相疇，從而產(chǎn)生反相疇界能；位錯(cuò)掃過(guò)有序結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)形成錯(cuò)排面或叫反相疇，從而產(chǎn)生反相疇界能； 由于第二相粒子與基體的晶體點(diǎn)陣不同，柏氏矢量也不同，因此當(dāng)位錯(cuò)由于第二相粒子與基體的晶體點(diǎn)陣不同，柏氏矢量也不同，因此當(dāng)位錯(cuò) 切過(guò)粒子時(shí)

52、，在滑移面上必然引起原子錯(cuò)排，而增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。切過(guò)粒子時(shí)，在滑移面上必然引起原子錯(cuò)排，而增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。 變形量變形量，等軸晶粒，等軸晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)沿變形方向伸長(zhǎng) 當(dāng)變形量當(dāng)變形量時(shí)：呈纖維狀時(shí)：呈纖維狀 纖維組織纖維組織，性能呈，性能呈各向異性各向異性； 當(dāng)變形量當(dāng)變形量時(shí)：晶體轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生時(shí)：晶體轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生 織構(gòu)?？棙?gòu)。圖5。3630%壓縮率壓縮率99%壓縮率壓縮率50%壓縮率壓縮率 經(jīng)一定量的塑性變形后，晶體中的位錯(cuò)線通過(guò)運(yùn)動(dòng)與交互作用，開(kāi)始經(jīng)一定量的塑性變形后，晶體中的位錯(cuò)線通過(guò)運(yùn)動(dòng)與交互作用，開(kāi)始呈現(xiàn)紛亂的不均勻分布，并呈現(xiàn)紛亂的不均勻分布，并形成位錯(cuò)纏結(jié)形成位錯(cuò)纏結(jié)。進(jìn)

53、一步增加變形度時(shí)，大量位錯(cuò)。進(jìn)一步增加變形度時(shí)，大量位錯(cuò)發(fā)生聚集，并發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位錯(cuò)組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。由纏結(jié)的位錯(cuò)組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。在位錯(cuò)胞的內(nèi)部，位錯(cuò)密度很在位錯(cuò)胞的內(nèi)部，位錯(cuò)密度很低，大量的位錯(cuò)都纏結(jié)在位錯(cuò)胞壁。低，大量的位錯(cuò)都纏結(jié)在位錯(cuò)胞壁。如果經(jīng)強(qiáng)烈冷軋或冷拉等變形，則伴隨如果經(jīng)強(qiáng)烈冷軋或冷拉等變形，則伴隨纖維組織的出現(xiàn)，其纖維組織的出現(xiàn)，其亞結(jié)構(gòu)也將由大量細(xì)長(zhǎng)狀變形胞組成。亞結(jié)構(gòu)也將由大量細(xì)長(zhǎng)狀變形胞組成。 位錯(cuò)胞位錯(cuò)胞細(xì)長(zhǎng)狀變形胞細(xì)長(zhǎng)狀變形胞 力學(xué)、物理和化學(xué)性能力學(xué)、物理和化學(xué)性能 a a加工硬化加工硬化 金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強(qiáng)度、金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強(qiáng)度、 硬度增加

54、，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。硬度增加，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 意義（利弊）：意義（利弊）： 1. 提高金屬材料強(qiáng)度的重要手段（如冷拉拔鋼絲繩）；提高金屬材料強(qiáng)度的重要手段（如冷拉拔鋼絲繩）； 不能熱處理強(qiáng)化的純金屬和某些合金不能熱處理強(qiáng)化的純金屬和某些合金， 如奧氏體不銹鋼等如奧氏體不銹鋼等 2.材料加工成型的保證（使壓力加工制品截面均勻）；材料加工成型的保證（使壓力加工制品截面均勻）； 3.提高零件或構(gòu)件的使用安全性能；提高零件或構(gòu)件的使用安全性能； 3.變形阻力提高，脆斷危險(xiǎn)性提高變形阻力提高，脆斷危險(xiǎn)性提高須用須用再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火消除之。消除之。 拔絲示意圖拔絲示意圖金屬板沖壓成杯過(guò)

55、程金屬板沖壓成杯過(guò)程沖頭進(jìn)入沖頭進(jìn)入正在沖壓正在沖壓取出沖頭取出沖頭l 使壓力加工制品截面均勻使壓力加工制品截面均勻加工硬化加工硬化機(jī)制：機(jī)制： 隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加。礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加。 限限制：制： 使用溫度不能太高，否則由于退火效應(yīng)，金屬會(huì)軟化。使用溫度不能太高，否則由于退火效應(yīng)，金屬會(huì)軟化。金屬單晶體的典型應(yīng)力一應(yīng)變曲線（也稱(chēng)加工硬化曲線）金屬單晶體的典型應(yīng)力一應(yīng)變曲線（也稱(chēng)加工硬化

56、曲線） 單晶體和多晶體加工硬化曲線的含義有質(zhì)的差別：?jiǎn)尉w和多晶體加工硬化曲線的含義有質(zhì)的差別： ，流變應(yīng)力（外應(yīng)力）是指作用在滑移面上沿著滑，流變應(yīng)力（外應(yīng)力）是指作用在滑移面上沿著滑 移方向的切應(yīng)力（分切應(yīng)力）移方向的切應(yīng)力（分切應(yīng)力），而應(yīng)變則是指切應(yīng)變，而應(yīng)變則是指切應(yīng)變， 因此，因此，單晶體的硬化曲線就是單晶體的硬化曲線就是-曲線曲線； ，應(yīng)變是指在主流動(dòng)方向（主要變形方向）的變形，應(yīng)變是指在主流動(dòng)方向（主要變形方向）的變形 量，流變應(yīng)力則是引起該應(yīng)變的應(yīng)力。例如量，流變應(yīng)力則是引起該應(yīng)變的應(yīng)力。例如多晶體在拉伸時(shí)多晶體在拉伸時(shí) 的硬化曲線就是拉應(yīng)力的硬化曲線就是拉應(yīng)力與拉伸應(yīng)變與拉

57、伸應(yīng)變的關(guān)系曲線，即拉伸曲的關(guān)系曲線，即拉伸曲線線。單晶體的加工硬化曲線分為三個(gè)階段：?jiǎn)尉w的加工硬化曲線分為三個(gè)階段：I I階段階段易滑移階段易滑移階段：其斜率其斜率 即加工硬化率即加工硬化率非常小。主要是單滑移非常小。主要是單滑移階段階段線性硬化階段線性硬化階段：加工硬化十分顯著：加工硬化十分顯著 ， 很大。主要是復(fù)滑移很大。主要是復(fù)滑移階段階段拋物線型硬化階段拋物線型硬化階段：隨應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力上升緩慢，呈拋物線：隨應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力上升緩慢，呈拋物線 型，型， 。交滑移。交滑移。 圖6-11單晶體的單晶體的- -曲線曲線多晶體的多晶體的- -曲線曲線金屬加工硬化曲線金屬加工硬化曲線 b b其

58、他性能的變化其他性能的變化 物理性能：物理性能：電阻率電阻率，電阻溫度系數(shù)，電阻溫度系數(shù)，磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率，熱導(dǎo)率，熱導(dǎo)率 化學(xué)性能：化學(xué)性能：化學(xué)活性化學(xué)活性，抗腐蝕性能抗腐蝕性能由于塑性變形的結(jié)果而使晶粒有擇優(yōu)取向的組織。由于塑性變形的結(jié)果而使晶粒有擇優(yōu)取向的組織。 絲構(gòu)板：絲構(gòu)板：拔絲時(shí)形成的織構(gòu)拔絲時(shí)形成的織構(gòu) 板構(gòu)板：板構(gòu)板：軋板時(shí)形成的織構(gòu)稱(chēng)為板織構(gòu)軋板時(shí)形成的織構(gòu)稱(chēng)為板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)板織構(gòu)板織構(gòu) 產(chǎn)生織構(gòu)后：產(chǎn)生織構(gòu)后：性能呈方向性性能呈方向性，一般不利：如沖壓時(shí)的一般不利：如沖壓時(shí)的制耳現(xiàn)象制耳現(xiàn)象有時(shí)可利用：如變壓器用的硅鋼片有時(shí)可利用：如變壓器用的硅鋼片 100100絲織構(gòu)

59、，導(dǎo)磁率絲織構(gòu)，導(dǎo)磁率 由硅鋼片堆垛成芯棒（由硅鋼片堆垛成芯棒（a a）和矩形鐵框（和矩形鐵框（b b）冷沖壓件的制耳現(xiàn)象冷沖壓件的制耳現(xiàn)象 塑性變形中外力所作的功除大部分轉(zhuǎn)化成熱之外，還有一小部分塑性變形中外力所作的功除大部分轉(zhuǎn)化成熱之外，還有一小部分以畸變以畸變能的形式儲(chǔ)存在形變材料內(nèi)部能的形式儲(chǔ)存在形變材料內(nèi)部。這部分能量叫做。這部分能量叫做儲(chǔ)存能儲(chǔ)存能。儲(chǔ)存能的具體表現(xiàn)。儲(chǔ)存能的具體表現(xiàn)方式為：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力及點(diǎn)陣畸變。方式為：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力及點(diǎn)陣畸變。（1 1）第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)宏觀殘余應(yīng)力）第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)宏觀殘余應(yīng)力。它是由工件不同部分的宏觀變形。它是由

60、工件不同部分的宏觀變形 不均勻性引起的不均勻性引起的 ，僅占總儲(chǔ)存能的，僅占總儲(chǔ)存能的0.10.1左右。左右。（2 2）第二類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)微觀殘余應(yīng)力）第二類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)微觀殘余應(yīng)力。它是由晶?；騺喚ЯＶg的變形。它是由晶粒或亞晶粒之間的變形 不均勻性產(chǎn)生的。不均勻性產(chǎn)生的。（3 3）第三類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)點(diǎn)陣畸變）第三類(lèi)內(nèi)應(yīng)力，又稱(chēng)點(diǎn)陣畸變。它是由于塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣。它是由于塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣 缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等）引起的，占儲(chǔ)存能的缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等）引起的，占儲(chǔ)存能的8090%8090%。 變形金屬能量變形金屬能量，熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。，熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)。