Chapter 6 金屬及合金的塑性變形與斷裂

1、本章目的本章目的1 闡明金屬塑性變形的主要特點(diǎn)及本質(zhì)闡明金屬塑性變形的主要特點(diǎn)及本質(zhì)2 指出塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響指出塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響3 揭示加工硬化的本質(zhì)與意義揭示加工硬化的本質(zhì)與意義4 了解斷裂韌度及其應(yīng)用了解斷裂韌度及其應(yīng)用第六章第六章 金屬及合金的塑性金屬及合金的塑性變形與斷裂變形與斷裂1 拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)2 塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機(jī)制塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機(jī)制3 加工硬化的本質(zhì)及實(shí)際意義加工硬化的本質(zhì)及實(shí)際意義4 塑性變形對(duì)金屬與合金組織、性能的影響塑性變形對(duì)金屬與合金組織、性能的影響5 金屬材

2、料的強(qiáng)化機(jī)制金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制6 斷裂韌度及其應(yīng)用斷裂韌度及其應(yīng)用本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)第六章第六章 金屬及合金的塑性金屬及合金的塑性變形與斷裂變形與斷裂 為什么研究塑性變形？為什么研究塑性變形？n塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響性能有顯著的影響. .了解塑性變形的本質(zhì)了解塑性變形的本質(zhì), ,塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝. . 6-1 金屬的變形特性金屬的變形特性金屬在外力作用下的變形過(guò)程分為彈性變形、彈塑性變金屬在外力作用下的變形過(guò)

3、程分為彈性變形、彈塑性變形和斷裂三個(gè)連續(xù)的階段。形和斷裂三個(gè)連續(xù)的階段。 一、工程應(yīng)力一、工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力：工程應(yīng)力：0AF工程應(yīng)變工程應(yīng)變0001LLLLL L0試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；L變形后的長(zhǎng)度變形后的長(zhǎng)度 1：退火低碳鋼：退火低碳鋼 2：正火中碳鋼：正火中碳鋼 3：高碳鋼：高碳鋼 彈性模量基本相同彈性模量基本相同1：有機(jī)玻璃硬而脆：有機(jī)玻璃硬而脆2：纖維增強(qiáng)熱固塑料：纖維增強(qiáng)熱固塑料 硬而強(qiáng)硬而強(qiáng)3：尼龍硬而韌：尼龍硬而韌4：聚四氟乙烯軟而韌：聚四氟乙烯軟而韌-形式與材料塑性有關(guān)形式與材料塑性有關(guān)變形指標(biāo)：n彈性

4、極限彈性極限(e)：材料保持最大彈性變形的最大應(yīng)力值。：材料保持最大彈性變形的最大應(yīng)力值。n屈服極限屈服極限(s或0.2)：材料發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力值。：材料發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力值。n強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限(b)：材料發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力值。：材料發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力值。n斷裂極限斷裂極限(K)：表示材料對(duì)塑性變性的極限抗力。：表示材料對(duì)塑性變性的極限抗力。n延伸率（延伸率（）：表示殘余總變形量）：表示殘余總變形量LK為原始長(zhǎng)度為原始長(zhǎng)度L0之比。之比。n斷面收縮率（斷面收縮率（）：表示試樣橫截面積）：表示試樣橫截面積A0與斷裂時(shí)的橫截面與斷裂時(shí)的橫截面積積AK之差于之差于A0之比。之比。n

5、 e、S、b、K為強(qiáng)度指標(biāo)，為強(qiáng)度指標(biāo)，、為塑性指標(biāo)。為塑性指標(biāo)。二、真應(yīng)力應(yīng)變曲線二、真應(yīng)力應(yīng)變曲線AF真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)變：真實(shí)應(yīng)變：真應(yīng)力應(yīng)變曲線與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的區(qū)別是：工程應(yīng)真應(yīng)力應(yīng)變曲線與工程應(yīng)力應(yīng)變曲線的區(qū)別是：工程應(yīng)力力應(yīng)變曲線中應(yīng)變曲線中“頸縮頸縮”現(xiàn)象掩蓋了現(xiàn)象掩蓋了“加工硬化加工硬化”在真應(yīng)力在真應(yīng)力應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段稱為流變曲線。應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段稱為流變曲線。 真應(yīng)力真應(yīng)力-真應(yīng)變關(guān)系真應(yīng)變關(guān)系T 真應(yīng)力；真應(yīng)力； T真應(yīng)變；真應(yīng)變；n-形變強(qiáng)化指數(shù)；形變強(qiáng)化指數(shù)；K常常數(shù)數(shù)n表征金屬均勻變形階段的強(qiáng)化能力，表征金屬均勻變形階段的強(qiáng)化能力，n

6、值越值越大，變形時(shí)的強(qiáng)化效果越顯著。大，變形時(shí)的強(qiáng)化效果越顯著。fcc結(jié)構(gòu)的金結(jié)構(gòu)的金屬屬n值較大值較大;bcc結(jié)構(gòu)較小，結(jié)構(gòu)較小，hcp結(jié)構(gòu)最小。結(jié)構(gòu)最小。三、金屬的彈性變形三、金屬的彈性變形n晶體發(fā)生彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系、晶體發(fā)生彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系、去掉外力后，應(yīng)變完全消失，晶體恢復(fù)到未變形去掉外力后，應(yīng)變完全消失，晶體恢復(fù)到未變形狀態(tài)。彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變服從虎克定律：狀態(tài)。彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變服從虎克定律：正應(yīng)力正應(yīng)力 切應(yīng)力切應(yīng)力 = E G正應(yīng)力；正應(yīng)力； 切應(yīng)力；切應(yīng)力；正應(yīng)變；正應(yīng)變； 切應(yīng)變；切應(yīng)變；E彈性模量彈性模量 G 切變模量切變模量彈性模

7、量與剛度彈性模量與剛度 =E；=G；E為抵抗正應(yīng)變的彈性模量，為抵抗正應(yīng)變的彈性模量，G為抵抗為抵抗切應(yīng)變的彈性模量，兩者的關(guān)系為：切應(yīng)變的彈性模量，兩者的關(guān)系為：nGE2(1+ ),其中其中 為泊松為泊松(Poisson)比。比。 意義：意義： 拉伸曲線上，斜率；拉伸曲線上，斜率； 彈性變形難易；彈性變形難易； 組織不敏感：取決于原子間結(jié)合力組織不敏感：取決于原子間結(jié)合力 材料種類；晶格常數(shù)；原子間距材料種類；晶格常數(shù)；原子間距 剛度：構(gòu)件剛度：剛度：構(gòu)件剛度：AE 彈性變形難易彈性變形難易 材料剛度：材料剛度：E6-2 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形n單晶體受力后，外力在任單晶體受力后，

8、外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。單晶體金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上外力在晶面上的分解的分解切應(yīng)力作用下的切應(yīng)力作用下的變形變形鋅單晶的拉伸鋅單晶的拉伸照片照片應(yīng)力超過(guò)彈性極限，金屬將產(chǎn)生塑性變形。應(yīng)力超過(guò)彈性極限，金屬將產(chǎn)生塑性變形。一、一、 滑移滑移（一）滑移及滑移帶（一）滑移及滑移帶滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分

9、發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移和孿生?；坪蛯\生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。 （一）滑移帶（一）滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶n滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍移量是原子間距的整數(shù)倍.n滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。組成一個(gè)滑移帶。 （二）（二） 滑移系滑移系n滑移是沿著一定的晶面和該面上一定的晶向滑移是沿著一定的晶面和該面上一定的晶向進(jìn)行的，此晶面稱為進(jìn)

10、行的，此晶面稱為滑移面滑移面，此晶向稱為滑，此晶向稱為滑移方向。一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方移方向。一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)向組成一個(gè)滑移系滑移系。n其他條件相同時(shí)，金屬晶體中的滑移系越多，其他條件相同時(shí)，金屬晶體中的滑移系越多，則滑移時(shí)可供采取的空間取向便越多，金屬則滑移時(shí)可供采取的空間取向便越多，金屬的塑性就越好?；葡导捌涠嗌僦饕徒饘俚乃苄跃驮胶?。滑移系及其多少主要和金屬晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。n滑移面和滑移方向通常都是滑移面和滑移方向通常都是原子排列最密原子排列最密的晶面和晶向的晶面和晶向。n這是因?yàn)榫w中原子密度最大的晶面上，原這是因?yàn)榫w中原子密度最大的晶面

11、上，原子間的結(jié)合力最強(qiáng)，而面與面之間的距離最子間的結(jié)合力最強(qiáng)，而面與面之間的距離最大，所以這些面之間的結(jié)合力最弱，最容易大，所以這些面之間的結(jié)合力最弱，最容易相對(duì)滑動(dòng)。相對(duì)滑動(dòng)。n同理，沿原子密度最大的晶向滑動(dòng)時(shí)阻力也同理，沿原子密度最大的晶向滑動(dòng)時(shí)阻力也最小。最小。n不絕對(duì)，隨著成分、溫度等條件的改變，其不絕對(duì)，隨著成分、溫度等條件的改變，其他晶面也可能成為滑移面。他晶面也可能成為滑移面。n每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系。每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系。n面心立方金屬面心立方金屬(如如Al、Cu)的滑移系由的滑移系由111，組成。組成。 4312 12個(gè)滑移系。個(gè)滑移系。n體

12、心立方金屬體心立方金屬(如如-Fe、Mo)的滑移系由的滑移系由110，組成。組成。 6212組組12個(gè)滑移系?；剖窃趥€(gè)滑移系。滑移是在幾組較密排的面上進(jìn)行，但滑移方向總是幾組較密排的面上進(jìn)行，但滑移方向總是, 故滑移系的數(shù)目可能很多。故滑移系的數(shù)目可能很多。n密排六方金屬的滑移系即為密排六方金屬的滑移系即為0001 ， 133組三個(gè)。組三個(gè)。 三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的滑移系三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的滑移系滑移系數(shù)目的實(shí)際意義滑移系數(shù)目的實(shí)際意義 判斷塑性變形能力判斷塑性變形能力 滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好 滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較好滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較

13、好塑性排序：塑性排序：f.c.cb.c.ch.c.p（三）（三） 滑移的臨界分切應(yīng)力滑移的臨界分切應(yīng)力n滑移是在滑移是在切應(yīng)力切應(yīng)力作用下發(fā)生的，當(dāng)晶體受外力時(shí)，作用下發(fā)生的，當(dāng)晶體受外力時(shí)，晶體中的某個(gè)滑移系是否發(fā)生滑移，取決于在此滑晶體中的某個(gè)滑移系是否發(fā)生滑移，取決于在此滑移系上的分切應(yīng)力的大小，當(dāng)分切應(yīng)力達(dá)到某一臨移系上的分切應(yīng)力的大小，當(dāng)分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，滑移才能開始，通常把開始滑移所需的最界值時(shí)，滑移才能開始，通常把開始滑移所需的最小分切應(yīng)力，稱為小分切應(yīng)力，稱為臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力（c）。n其數(shù)值與其數(shù)值與金屬的本性金屬的本性、變形溫度和加載速度變形溫度和加載速度等等

14、因素有關(guān)，而與外力相對(duì)于滑移系的取向無(wú)關(guān)。因素有關(guān)，而與外力相對(duì)于滑移系的取向無(wú)關(guān)。 （三）滑移時(shí)的臨界分切應(yīng)力（三）滑移時(shí)的臨界分切應(yīng)力（K K）設(shè)對(duì)一圓柱試樣進(jìn)行拉伸，已知截面積設(shè)對(duì)一圓柱試樣進(jìn)行拉伸，已知截面積為為A,A,外力為外力為F F；滑移面面積為；滑移面面積為 A A , ,滑移滑移面的法向?yàn)槊娴姆ㄏ驗(yàn)镹 N，F(xiàn) F與與N N夾角為夾角為， 滑移方滑移方向?yàn)橄驗(yàn)?，與與F F夾角為夾角為. 為在滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力為在滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力式中式中為拉伸方向上的正應(yīng)力，為拉伸方向上的正應(yīng)力，coscos為取向因子為取向因子（orientation factor），），

15、F當(dāng)外力當(dāng)外力F增加，使拉應(yīng)力增加，使拉應(yīng)力F/A達(dá)到屈服極限達(dá)到屈服極限s時(shí)，這時(shí)該滑移時(shí)，這時(shí)該滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值系中的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值c，晶體就在該滑移系上開始滑，晶體就在該滑移系上開始滑移，臨界分切應(yīng)力為：移，臨界分切應(yīng)力為：當(dāng)當(dāng)外力軸與滑移面法線方向、滑移方向夾角外力軸與滑移面法線方向、滑移方向夾角=45時(shí)，時(shí)，coscos=0.5coscos=0.5，此取向最有利于滑移，即以最小的拉應(yīng)力，此取向最有利于滑移，即以最小的拉應(yīng)力就能達(dá)到滑移所需的分切應(yīng)力，稱此就能達(dá)到滑移所需的分切應(yīng)力，稱此取向?yàn)槿∠驗(yàn)檐浫∠蜍浫∠?。?dāng)外力。當(dāng)外力與滑移面平行或垂直時(shí)與滑移面平行或垂直時(shí)(=

16、90(=90或或=0=0），則），則ss，晶體，晶體無(wú)法滑移，無(wú)法滑移，稱此取向?yàn)榉Q此取向?yàn)橛踩∠蛴踩∠?。取向因子取向因子coscoscoscos對(duì)對(duì)s s的影響在只有一組滑移面的密排六的影響在只有一組滑移面的密排六方結(jié)構(gòu)中尤為明顯。方結(jié)構(gòu)中尤為明顯。 c取決于晶體中原子間的結(jié)合力，即與取決于晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體的類型晶體的類型、純度（雜純度（雜質(zhì)）、溫度以及變形速度質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無(wú)關(guān)。有關(guān)，與外力無(wú)關(guān)。（四）（四） 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) 晶體滑移晶體滑移滑移面上發(fā)生相對(duì)位移滑移面上發(fā)生相對(duì)位移晶體轉(zhuǎn)動(dòng)（空間取向發(fā)生變化）晶體轉(zhuǎn)動(dòng)（空間取向發(fā)生變化）在

17、在拉伸拉伸時(shí)使滑移面和滑移方時(shí)使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸平行平行在在壓縮壓縮時(shí)使滑移面和滑移方時(shí)使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸垂直垂直 幾何軟化：幾何軟化：當(dāng)當(dāng)角由角由9090o o轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向4545o o角時(shí)，角時(shí)，s，滑移系，滑移系 由硬取向轉(zhuǎn)向軟取向由硬取向轉(zhuǎn)向軟取向, ,使滑移易于進(jìn)行。使滑移易于進(jìn)行。幾何硬化：幾何硬化：當(dāng)當(dāng)角由角由4545o o轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向9090o o角或角或O Oo o時(shí)時(shí)S S，滑移系，滑移系由軟取向轉(zhuǎn)向硬取向由軟取向轉(zhuǎn)向硬取向, ,使滑移難于進(jìn)行。使滑移難于進(jìn)行。 實(shí)際金屬由多晶體構(gòu)成，通過(guò)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，實(shí)際金屬

18、由多晶體構(gòu)成，通過(guò)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，原來(lái)取向有利的晶粒原來(lái)取向有利的晶粒( (單晶體單晶體) )經(jīng)過(guò)一定量塑性變形后取經(jīng)過(guò)一定量塑性變形后取向不利，停止塑性變形；原來(lái)取向不利的晶粒經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)、向不利，停止塑性變形；原來(lái)取向不利的晶粒經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)取向變?yōu)橛欣?，開始塑性變形轉(zhuǎn)動(dòng)取向變?yōu)橛欣?，開始塑性變形 循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的意義晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的意義（五）多系滑移（五）多系滑移n外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大，且外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大，且c的滑的滑移系移系-原始滑移系上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng)原始滑移系上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng)空間位空間位

19、向變化向變化另一組取向不利（硬取向）滑移系逐漸轉(zhuǎn)向另一組取向不利（硬取向）滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向（軟取向），從而開始滑移，形成兩比較有利的取向（軟取向），從而開始滑移，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱為組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱為多系多系滑移滑移。n晶體在晶體在作用下兩組或多組滑移系在不同滑移面上同作用下兩組或多組滑移系在不同滑移面上同時(shí)或交替地沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移，稱為時(shí)或交替地沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移，稱為交滑移交滑移只有螺型位錯(cuò)才可以進(jìn)行交滑移。只有螺型位錯(cuò)才可以進(jìn)行交滑移。多滑移和交滑移多滑移和交滑移n多滑移意義：滑移的本質(zhì)是借助位錯(cuò)線的逐步多滑移

20、意義：滑移的本質(zhì)是借助位錯(cuò)線的逐步運(yùn)動(dòng)。多滑移時(shí)不同方向的位錯(cuò)線相交割，互運(yùn)動(dòng)。多滑移時(shí)不同方向的位錯(cuò)線相交割，互為阻礙為阻礙難滑移，難滑移，促進(jìn)加工硬化促進(jìn)加工硬化n交滑移的意義：當(dāng)位錯(cuò)沿一個(gè)滑移面的移動(dòng)受交滑移的意義：當(dāng)位錯(cuò)沿一個(gè)滑移面的移動(dòng)受阻時(shí)，可通過(guò)攀移，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)面繼續(xù)滑移阻時(shí)，可通過(guò)攀移，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)面繼續(xù)滑移 易滑移易滑移 使滑移方向靈活，可使滑移方向靈活，可降低脆性降低脆性 不同合金加工硬化效果不同不同合金加工硬化效果不同 單系滑移單系滑移 多系滑移多系滑移 交滑移交滑移 多系滑移多系滑移 2 滑移特點(diǎn)滑移特點(diǎn) 滑移變形是不均勻的滑移變形是不均勻的切變切變 發(fā)生在發(fā)生在最密

21、排晶面最密排晶面，滑移方向?yàn)?，滑移方向?yàn)樽蠲芘啪蜃蠲芘啪?只在只在切應(yīng)力切應(yīng)力下發(fā)生，存在臨界分切應(yīng)力下發(fā)生，存在臨界分切應(yīng)力 滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距的滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)整數(shù)倍倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致 伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn) (6) 隨滑移加劇，存在多滑移和交滑移現(xiàn)象隨滑移加劇，存在多滑移和交滑移現(xiàn)象例如銅，例如銅，理理 = 1500MPa但但實(shí)實(shí) = 0.98MPa， 兩者相差兩者相差1500倍倍 剛性移動(dòng)模型失敗，應(yīng)有更省剛性移動(dòng)模型失敗，應(yīng)有更省 力方式力方式 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生位錯(cuò)

22、學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生晶體的滑移是位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下沿著滑移面逐晶體的滑移是位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下沿著滑移面逐步移動(dòng)的結(jié)果。步移動(dòng)的結(jié)果。根據(jù)原子剛性移動(dòng)模型根據(jù)原子剛性移動(dòng)模型, , 依據(jù)虎克定律依據(jù)虎克定律（六）（六） 滑移的位錯(cuò)機(jī)制滑移的位錯(cuò)機(jī)制1. 1. 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與晶體的滑移位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與晶體的滑移（1）位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)）位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)滑移滑移臺(tái)階臺(tái)階完整晶體完整晶體有缺陷晶體有缺陷晶體位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生位錯(cuò)學(xué)說(shuō)位錯(cuò)學(xué)說(shuō) 晶體內(nèi)部存在某類缺陷晶體內(nèi)部存在某類缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 塑性變形依靠位錯(cuò)的逐步運(yùn)動(dòng)。非單個(gè)位塑性變形依靠位錯(cuò)的逐步運(yùn)動(dòng)。非單個(gè)位錯(cuò)原子列作原子間距的完整跳躍，而是位錯(cuò)原子列作原子間距的

23、完整跳躍，而是位錯(cuò)中心附近少數(shù)原子作遠(yuǎn)小于原子間距的錯(cuò)中心附近少數(shù)原子作遠(yuǎn)小于原子間距的彈性偏移實(shí)現(xiàn)彈性偏移實(shí)現(xiàn)滑移的本質(zhì)滑移的本質(zhì) 實(shí)實(shí) 理理的原因的原因 實(shí)際金屬?gòu)?qiáng)度遠(yuǎn)小于理想結(jié)構(gòu)金屬?gòu)?qiáng)度實(shí)際金屬?gòu)?qiáng)度遠(yuǎn)小于理想結(jié)構(gòu)金屬?gòu)?qiáng)度 （2） 晶體的滑移晶體的滑移2 . 位錯(cuò)增殖位錯(cuò)增殖形成一條滑移線需要上千個(gè)位錯(cuò)，塑性變形產(chǎn)生的大量滑形成一條滑移線需要上千個(gè)位錯(cuò)，塑性變形產(chǎn)生的大量滑移帶需要極多的位錯(cuò)。移帶需要極多的位錯(cuò)。（1）位錯(cuò)增殖理論產(chǎn)生的背景位錯(cuò)增殖理論產(chǎn)生的背景 退火態(tài)退火態(tài)位錯(cuò)位錯(cuò)1010m-2 塑性變形中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)并最終消失于晶體表面，故冷塑性變形中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)并最終消失于晶體表面，故冷變形

24、后位錯(cuò)密度應(yīng)極大降低變形后位錯(cuò)密度應(yīng)極大降低 實(shí)際冷變形后：實(shí)際冷變形后：位錯(cuò)位錯(cuò)10151016m-2 位錯(cuò)增殖學(xué)說(shuō)位錯(cuò)增殖學(xué)說(shuō)弓出弓出蜷曲蜷曲D DDD位錯(cuò)源位錯(cuò)源弗蘭克弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源增殖機(jī)制瑞德位錯(cuò)源增殖機(jī)制位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)D DDD位錯(cuò)源位錯(cuò)源 3. 位錯(cuò)的交割與塞積位錯(cuò)的交割與塞積多滑移時(shí)，各滑移面相交，在不同滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)必多滑移時(shí)，各滑移面相交，在不同滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)必然相遇，發(fā)生相互交割。然相遇，發(fā)生相互交割。 不在同一滑移面上的位錯(cuò)相遇發(fā)生交割，形成割階不在同一滑移面上的位錯(cuò)相遇發(fā)生交割，形成割階 位錯(cuò)線長(zhǎng)度增加位錯(cuò)線長(zhǎng)度增加 帶割階的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難帶割階的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難

25、加工硬化加工硬化 的主要原因的主要原因 雜質(zhì)、晶界、固定位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)行雜質(zhì)、晶界、固定位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)行 ，導(dǎo)致位錯(cuò)塞積，導(dǎo)致位錯(cuò)塞積，并在障礙物的前端形成應(yīng)力集中。并在障礙物的前端形成應(yīng)力集中。n孿生孿生是發(fā)生在晶體內(nèi)部的是發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切變均勻切變過(guò)程，總是沿晶體過(guò)程，總是沿晶體的一定晶面的一定晶面( (孿晶面孿晶面) )，沿一定方向，沿一定方向( (孿生方向?qū)\生方向) )發(fā)生，發(fā)生，變形后晶體的變形部分與末變形部分以孿晶面為分界變形后晶體的變形部分與末變形部分以孿晶面為分界面，構(gòu)成了鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系面，構(gòu)成了鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系n金相顯微鏡下一般呈帶狀，有時(shí)為透鏡狀。金相顯微鏡下一

26、般呈帶狀，有時(shí)為透鏡狀。二、二、 孿生孿生孿晶帶孿晶帶孿生面孿生面孿生面孿生面EBSDEBSD觀察到的鎂合金觀察到的鎂合金AZ31AZ31的變形孿晶的變形孿晶鋅中的變形孿晶鋅中的變形孿晶 100n孿生的臨界分切應(yīng)力比滑移的臨界分切應(yīng)力大的多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件下才進(jìn)行孿生變形。2 孿生特點(diǎn)孿生特點(diǎn) 均勻切變均勻切變孿生前后變形部分晶體位向改變，兩部分之孿生前后變形部分晶體位向改變，兩部分之間以孿生面為間以孿生面為鏡面對(duì)稱鏡面對(duì)稱切變區(qū)域內(nèi)與孿晶面平行的每層原子的切變切變區(qū)域內(nèi)與孿晶面平行的每層原子的切變量與它距孿晶面的距離呈正比，相鄰原子間量與它距孿晶面的距離呈正比，相鄰原子間的相對(duì)位移

27、為原子間距的的相對(duì)位移為原子間距的分?jǐn)?shù)倍分?jǐn)?shù)倍存在臨界分切應(yīng)力存在臨界分切應(yīng)力: 孿孿 滑滑 變形速度極快，聲響，變形量小變形速度極快，聲響，變形量小滑移與孿生切變切變 位移量位移量 切應(yīng)切應(yīng)力力 塑變塑變量量 變形速變形速度度 滑移滑移不均勻不均勻整數(shù)倍整數(shù)倍 小小大大慢慢孿生孿生均勻均勻分?jǐn)?shù)倍分?jǐn)?shù)倍 大大小小快快6-3 6-3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形除極少數(shù)場(chǎng)合，實(shí)際中金屬材料大部分為多晶體。除極少數(shù)場(chǎng)合，實(shí)際中金屬材料大部分為多晶體。多晶體與單晶體的區(qū)別多晶體與單晶體的區(qū)別晶粒間存在晶界晶粒間存在晶界 ；晶粒的位向不同；晶粒的位向不同一、多晶體的變形過(guò)程一、多晶體的變形過(guò)程n多

28、晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于于45的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移有一批晶粒傳遞到另一批晶系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移有一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。變形。多晶體變形的特點(diǎn)多晶體變形的特點(diǎn)（1）各晶粒變形的不同時(shí)性）各晶粒變形的不同時(shí)性（2）晶粒之間

29、變形的協(xié)調(diào)性）晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性多晶體各晶粒處于周圍晶粒的包圍之中多晶體各晶粒處于周圍晶粒的包圍之中,各晶粒的變形需要各晶粒的變形需要相互協(xié)調(diào)并相互制約相互協(xié)調(diào)并相互制約,為使各晶粒協(xié)調(diào)變形為使各晶粒協(xié)調(diào)變形,除主滑移系外周除主滑移系外周圍至少有圍至少有5個(gè)獨(dú)立滑移系同時(shí)啟動(dòng)個(gè)獨(dú)立滑移系同時(shí)啟動(dòng),才能保持變形的連續(xù)性。才能保持變形的連續(xù)性。fcc和和bcc滑移系較多滑移系較多,能夠滿足此條件能夠滿足此條件,因此因此fcc和和bcc較較hcp塑塑性好。因此性好。因此,晶粒越細(xì)晶粒越細(xì),協(xié)調(diào)越困難協(xié)調(diào)越困難,材料的強(qiáng)度越高材料的強(qiáng)度越高（3）多晶體變形的不均勻性）多晶體變形的不均勻性由于各晶粒的

30、位向不同使得各晶粒不會(huì)同時(shí)屈服，從而造由于各晶粒的位向不同使得各晶粒不會(huì)同時(shí)屈服，從而造成各晶粒變形程度的不同，變形不均勻。成各晶粒變形程度的不同，變形不均勻。（4）晶界對(duì)變形的阻礙作用）晶界對(duì)變形的阻礙作用1.晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則,分布有大量缺陷。分布有大量缺陷。2.晶界對(duì)變形的影響晶界對(duì)變形的影響: 滑移、孿生滑移、孿生多終止于晶界多終止于晶界,易于形成位錯(cuò)塞積，易于形成位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)極少穿過(guò)，從而阻礙了位錯(cuò)位錯(cuò)極少穿過(guò)，從而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。多晶體的變形常常出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。多晶體的變形常常出現(xiàn)竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。1. 細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高、塑

31、性、細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高、塑性、韌性越好。韌性越好。2 細(xì)晶強(qiáng)化及其原因：細(xì)晶強(qiáng)化及其原因：細(xì)晶強(qiáng)化由于變質(zhì)處理、相變等使晶粒細(xì)化造成細(xì)晶強(qiáng)化由于變質(zhì)處理、相變等使晶粒細(xì)化造成材料的強(qiáng)度、硬度高，塑性及韌性好的現(xiàn)象。材料的強(qiáng)度、硬度高，塑性及韌性好的現(xiàn)象。屈服強(qiáng)度與晶粒直徑的關(guān)系由霍爾配奇公式可知：屈服強(qiáng)度與晶粒直徑的關(guān)系由霍爾配奇公式可知： s-材料的屈服強(qiáng)度材料的屈服強(qiáng)度 K-晶界對(duì)強(qiáng)度影響程度的常數(shù)晶界對(duì)強(qiáng)度影響程度的常數(shù) d-晶粒的平均直徑晶粒的平均直徑210Kds二、晶粒大小對(duì)塑性變形的影響二、晶粒大小對(duì)塑性變形的影響材料的晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，原因有二：材料的晶

32、粒越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，原因有二： 晶粒間協(xié)調(diào)變形；晶粒間協(xié)調(diào)變形；d,不同位向晶粒個(gè)數(shù)越多，不同位向晶粒個(gè)數(shù)越多，各晶粒位向不同，作用于各晶?；葡瞪系姆智袘?yīng)各晶粒位向不同，作用于各晶粒滑移系上的分切應(yīng)力相差較大，有利位向晶粒受不利位向晶粒的制約力相差較大，有利位向晶粒受不利位向晶粒的制約越大，因此晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越大，因此晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度 。 晶界阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)：晶粒越細(xì)，晶界阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)：晶粒越細(xì)，d，晶界面，晶界面積越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力越大，積越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力越大， s硬度硬度 。塑性、韌性好塑性、韌性好晶粒越細(xì)，每一個(gè)晶粒變形較均勻，不易產(chǎn)生應(yīng)力集晶粒越細(xì)，每一個(gè)晶粒變形

33、較均勻，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中；晶粒越細(xì)，晶界曲折多彎，不利于裂紋擴(kuò)展，使中；晶粒越細(xì)，晶界曲折多彎，不利于裂紋擴(kuò)展，使材料在斷裂前能夠承受較大塑性變形，從而保持良好材料在斷裂前能夠承受較大塑性變形，從而保持良好的塑性和韌性。的塑性和韌性。 低碳鋼的屈服強(qiáng)度與晶粒大小之間的關(guān)系銅和鋁的屈服強(qiáng)度與亞晶尺寸之間的關(guān)系三、多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體三、多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體純鋅的拉伸曲線純鋅的拉伸曲線 單晶單晶: :只要外力作用在只要外力作用在 滑移面上的滑移滑移面上的滑移 方向的分切應(yīng)力方向的分切應(yīng)力 大于或等于臨界大于或等于臨界 分切應(yīng)力時(shí)，便分切應(yīng)力時(shí)，便 可以屈服滑移?？梢郧?。 多晶多晶

34、:多晶體的各晶粒多晶體的各晶粒變形的不均勻性；變形的不均勻性；不同位向不同位向的晶粒需要相互協(xié)調(diào)的晶粒需要相互協(xié)調(diào)晶界阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而使晶界阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而使多晶體的變形困難，多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體。多晶體的變形困難，多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體。 6-4 6-4 合金的塑性變形合金的塑性變形n合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種. .合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同. .珠光體珠光體奧氏體奧氏體n一、一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化n單

35、相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過(guò)程單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過(guò)程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)n 固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用阻礙了作用阻礙了位錯(cuò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。即溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性的運(yùn)動(dòng)。即溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性交互作用的結(jié)果，如下圖所示，使溶質(zhì)原子趨于交互作用的結(jié)果，如下圖所示，使溶質(zhì)原子趨于聚集在位錯(cuò)的周圍，以減小畸變，使系統(tǒng)更加穩(wěn)聚集

36、在位錯(cuò)的周圍，以減小畸變，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，此即稱為柯氏定，此即稱為柯氏(cotrell)氣團(tuán)。顯然，氣團(tuán)。顯然，柯氏氣柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)有團(tuán)對(duì)位錯(cuò)有“釘扎釘扎”作用作用。為了使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)。為了使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)而運(yùn)動(dòng)，必須施加更大的外力。因此，固溶體合而運(yùn)動(dòng)，必須施加更大的外力。因此，固溶體合金的塑性變形抗力要高于純金屬。金的塑性變形抗力要高于純金屬。 n產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位吸附在位錯(cuò)附近形成

37、柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高. . Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系合金成分與性能關(guān)系固溶強(qiáng)化的規(guī)律固溶強(qiáng)化的規(guī)律 在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，溶質(zhì)原子的濃度越高，在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，溶質(zhì)原子的濃度越高，強(qiáng)化作用越大。強(qiáng)化作用越大。 溶質(zhì)、溶劑原子尺寸差別越大，強(qiáng)化效果越大。溶質(zhì)、溶劑原子尺寸差別越大，強(qiáng)化效果越大。 間隙固溶體強(qiáng)化效果好于置換固溶體。間隙固溶體強(qiáng)化效果好于置換固溶體。 溶質(zhì)與溶劑價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化越大。溶質(zhì)與溶劑價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化越大。 n當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，合金的

38、塑性變當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，合金的塑性變 形除與合金基體的性質(zhì)形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。第二相量和分布有關(guān)。第二相可以是純金屬、固溶體可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金中或化合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。第二相多數(shù)是化合物。 + 鈦合金鈦合金(固溶體第二相固溶體第二相)二、多相合金的塑性變形二、多相合金的塑性變形多相合金的組織主要分兩類：多相合金的組織主要分兩類：1. 兩相性能接近；兩相性能接近； 2. 兩相性能相差很大兩相性能相差很大.兩相晶粒尺寸相近，塑性相近兩相晶粒尺寸相近，塑性相

39、近按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算(等應(yīng)力、等應(yīng)變模型等應(yīng)力、等應(yīng)變模型)近似公式：近似公式：-兩相的體積分?jǐn)?shù)兩相的體積分?jǐn)?shù)-兩相的強(qiáng)度極限兩相的強(qiáng)度極限兩相性能相近的合金其強(qiáng)度取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)兩相性能相近的合金其強(qiáng)度取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)jj jj（一）（一） 兩相性能接近兩相性能接近 硬而脆的第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在塑性相的晶界上硬而脆的第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在塑性相的晶界上 這種分布情況最惡劣，脆性相把塑性相分割開，阻這種分布情況最惡劣，脆性相把塑性相分割開，阻礙其變形，使合金的塑性和韌性急劇下降，脆性相越礙其變形，使合金的塑性和韌性急劇下降，脆性相越多，合金的塑性就越差，甚至強(qiáng)度也隨

40、之下降。多，合金的塑性就越差，甚至強(qiáng)度也隨之下降。軟基體硬脆第二相：合金的性能主要取決于脆性第軟基體硬脆第二相：合金的性能主要取決于脆性第二相的形狀、數(shù)量和分布。只有基體相才能發(fā)生塑性二相的形狀、數(shù)量和分布。只有基體相才能發(fā)生塑性變形，脆性相限制基體的塑性變形。變形，脆性相限制基體的塑性變形。（二）合金中兩相的性能相差很大（二）合金中兩相的性能相差很大珠光體珠光體 s-P的屈服強(qiáng)度的屈服強(qiáng)度 i-F的屈服強(qiáng)度的屈服強(qiáng)度 Ks-常數(shù)常數(shù) s0-珠光體片間距珠光體片間距210sKsis2. 脆性的第二相呈片狀或?qū)訝罘植荚谒苄韵嗷w上脆性的第二相呈片狀或?qū)訝罘植荚谒苄韵嗷w上硬脆相呈片狀分布時(shí)為強(qiáng)化

41、相。如珠光體中的硬脆相呈片狀分布時(shí)為強(qiáng)化相。如珠光體中的Fe3C呈片狀為強(qiáng)化相，呈片狀為強(qiáng)化相，F(xiàn)e3C%越多，越多，P 的強(qiáng)度、硬度越的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性較低。高，塑性、韌性較低。45鋼的強(qiáng)度大于鋼的強(qiáng)度大于20鋼。鋼。由于過(guò)飽和固溶體的沉淀析出的第二相在晶內(nèi)呈顆粒狀由于過(guò)飽和固溶體的沉淀析出的第二相在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，如果第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的彌散分布時(shí)，如果第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。在含碳量相同時(shí)在含碳量相同時(shí)P呈粒

42、狀比片層狀呈粒狀比片層狀P 硬度、強(qiáng)度較低而硬度、強(qiáng)度較低而塑性、韌性好，因此具有較好的綜合性能塑性、韌性好，因此具有較好的綜合性能(如粒狀如粒狀P加工性加工性能好于片狀能好于片狀P)。3. 脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布根據(jù)第二相顆粒是否可以變形根據(jù)第二相顆粒是否可以變形,有兩種強(qiáng)化機(jī)制：有兩種強(qiáng)化機(jī)制：（1）位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制）位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制-對(duì)于不可變形微粒位錯(cuò)彎曲并繞過(guò)對(duì)于不可變形微粒位錯(cuò)彎曲并繞過(guò) 粒子需要外力作功，位錯(cuò)繞過(guò)粒子以后在材料中粒子需要外力作功，位錯(cuò)繞過(guò)粒子以后在材料中 形成位錯(cuò)環(huán)，增加了點(diǎn)陣畸變區(qū)，從而使形成位錯(cuò)環(huán)，增加了點(diǎn)陣畸變區(qū)，從而使b。 又稱為

43、又稱為“奧羅萬(wàn)機(jī)制奧羅萬(wàn)機(jī)制”。位錯(cuò)繞過(guò)時(shí)，既要克服第二相粒子的阻礙作用，又要位錯(cuò)繞過(guò)時(shí)，既要克服第二相粒子的阻礙作用，又要克服位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)源的反向應(yīng)力，位錯(cuò)繞過(guò)粒子間距為克服位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)源的反向應(yīng)力，位錯(cuò)繞過(guò)粒子間距為的第二相顆粒的切應(yīng)力的第二相顆粒的切應(yīng)力為：為：G-切變模量切變模量b-柏氏矢量的大小柏氏矢量的大小-第二相粒子的間距第二相粒子的間距l(xiāng) l Gb 顆粒釘扎作用的電鏡照片顆粒釘扎作用的電鏡照片彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化-由于過(guò)飽和固溶體的沉淀析出（析出碳化由于過(guò)飽和固溶體的沉淀析出（析出碳化 物）造成的物）造成的b HB ；、k較好。較好。位錯(cuò)切割位錯(cuò)切割第二相粒第二相粒子示意圖子示意圖電鏡

44、觀察電鏡觀察（2）位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制）位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制-對(duì)于可變形微粒，位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子對(duì)于可變形微粒，位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過(guò)第二相時(shí)必須作額外的功，消耗足夠大沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過(guò)第二相時(shí)必須作額外的功，消耗足夠大的能量，因而合金的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。的能量，因而合金的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。 6-5 6-5 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響n一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 n多晶體塑性變形后，除了晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿晶外，多晶體塑性變形后，除了晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿晶外，還有以下組織變化。還有以下組織變化。n(一）顯微組織的變化一）顯微組織的變

45、化n金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。n當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。不清。l塑性變形還使晶塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。粒破碎為亞晶粒。工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織 各向異性各向異性 (沿纖維方向的強(qiáng)度、塑性最大）沿纖維方向

46、的強(qiáng)度、塑性最大）變形變形10% 100變形變形40% 100 變形變形80%纖維組織纖維組織100 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵不同變形度不同變形度的顯微組織的顯微組織金屬經(jīng)大量塑性變形后，由于位錯(cuò)密度增大和位錯(cuò)之間的交金屬經(jīng)大量塑性變形后，由于位錯(cuò)密度增大和位錯(cuò)之間的交互作用，使得大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū)并相互纏結(jié)。位錯(cuò)的互作用，使得大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū)并相互纏結(jié)。位錯(cuò)的不均勻分布使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊，從而不均勻分布使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊，從而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。 （二）亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化（二）亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化 亞晶粒示意圖亞晶粒示意圖 銅形變亞晶組織銅形變亞晶

47、組織 (變形度變形度68%)（三）形變織構(gòu)（強(qiáng)烈變形（三）形變織構(gòu)（強(qiáng)烈變形 80%90% ）多晶體塑性變形時(shí)也伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，變形量很大時(shí)，多多晶體塑性變形時(shí)也伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，變形量很大時(shí)，多晶體各個(gè)晶粒由任意取向逐漸彼此趨于一致，即擇優(yōu)取向現(xiàn)象，晶體各個(gè)晶粒由任意取向逐漸彼此趨于一致，即擇優(yōu)取向現(xiàn)象，由于金屬塑性變形使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織稱為形變織構(gòu)。形由于金屬塑性變形使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織稱為形變織構(gòu)。形變織構(gòu)分為：形變板織構(gòu)和形變絲織構(gòu)。變織構(gòu)分為：形變板織構(gòu)和形變絲織構(gòu)。 絲織構(gòu)示意圖絲織構(gòu)示意圖 絲織構(gòu)：絲織構(gòu)：與軋向相平行的晶向。與軋向相平行的晶向。（1）絲織構(gòu)）

48、絲織構(gòu) 拉拔時(shí)形成，拉拔時(shí)形成，特征為各晶粒的某一晶向特征為各晶粒的某一晶向與拉拔方向平行或接近平與拉拔方向平行或接近平行。行。（2） 板織構(gòu) 板織構(gòu)示意圖板織構(gòu)示意圖板織構(gòu)：板織構(gòu)：hkl與軋面相平行的晶面；與軋面相平行的晶面；與軋向相平行的晶向。與軋向相平行的晶向。如：硅鋼片，大變形量在（如：硅鋼片，大變形量在（110）100形成織構(gòu)，以提高導(dǎo)磁率形成織構(gòu)，以提高導(dǎo)磁率各向異性各向異性-制耳現(xiàn)象制耳現(xiàn)象軋制時(shí)形成，特征為各個(gè)晶軋制時(shí)形成，特征為各個(gè)晶粒的某一晶面平行于軋制平粒的某一晶面平行于軋制平面，而某一晶向平行于軋制面，而某一晶向平行于軋制方向。方向?！爸贫贫爆F(xiàn)象現(xiàn)象 金屬中金屬中

49、形變織構(gòu)形變織構(gòu)的形成會(huì)的形成會(huì)使各種性能出現(xiàn)明顯的各向使各種性能出現(xiàn)明顯的各向異性，這在大多情況下都是異性，這在大多情況下都是不利的。不利的。 例如：在應(yīng)用具有織構(gòu)的例如：在應(yīng)用具有織構(gòu)的銅板去沖制杯狀工件時(shí)，深銅板去沖制杯狀工件時(shí)，深沖以后便會(huì)使杯形邊緣不齊，沖以后便會(huì)使杯形邊緣不齊，而出現(xiàn)所謂而出現(xiàn)所謂“制耳制耳”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 擇優(yōu)取向（織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生）擇優(yōu)取向（織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生）各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無(wú)無(wú)2.提高導(dǎo)磁率提高導(dǎo)磁率如制作變壓器鐵芯的硅鋼片，沿如制作變壓器鐵芯的硅鋼片，沿100晶向最易晶向最易磁化磁化;如果能夠采用具有如果能夠采用具有100織構(gòu)

50、的硅鋼片制作，織構(gòu)的硅鋼片制作，并在制作中能注意使其并在制作中能注意使其100晶向平行于磁場(chǎng)方晶向平行于磁場(chǎng)方向，便可使變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率顯著增大，磁滯損向，便可使變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率顯著增大，磁滯損耗大大減小，顯著提高變壓器的效率。耗大大減小，顯著提高變壓器的效率。 織構(gòu)形成后很難消除，工業(yè)生產(chǎn)中為了避免形織構(gòu)形成后很難消除，工業(yè)生產(chǎn)中為了避免形變織構(gòu)，零件變織構(gòu)，零件較大的變形量往往分幾次變形來(lái)完成較大的變形量往往分幾次變形來(lái)完成，并進(jìn)行中間退火。并進(jìn)行中間退火。二、二、 塑性變形對(duì)金屬性能的影響塑性變形對(duì)金屬性能的影響 （一）加工硬化加工硬化 定義：定義： 隨變形程度的增加，金屬的強(qiáng)硬度顯著增加隨變形程度的增加，金屬的強(qiáng)硬度顯著增加而塑韌性明顯下降的現(xiàn)象而塑韌性明顯下降的現(xiàn)象 原因：塑性變形使位錯(cuò)密度不斷增加，位錯(cuò)增殖及交原因：塑性變形使位錯(cuò)