第三節(jié)多晶體金屬的塑性變形

1、第三節(jié)第三節(jié) 多晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性變形本質(zhì)上，本質(zhì)上，與單晶體無區(qū)別與單晶體無區(qū)別。實(shí)際上，存在實(shí)際上，存在晶界晶界及晶粒之間的及晶粒之間的位向差位向差，變形變形過程復(fù)雜過程復(fù)雜，變形抗力高的多變形抗力高的多。一、晶粒取向的影響一、晶粒取向的影響多晶體相鄰晶粒位向不同，導(dǎo)致多晶體相鄰晶粒位向不同，導(dǎo)致多晶體金多晶體金屬塑性變形有以下兩個(gè)特點(diǎn)：屬塑性變形有以下兩個(gè)特點(diǎn)：各晶粒變形的各晶粒變形的不同時(shí)性不同時(shí)性；各晶粒變形的各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性相互協(xié)調(diào)性。各晶粒變形的不同時(shí)性各晶粒變形的不同時(shí)性軟取向的晶粒軟取向的晶粒，首先開始首先開始滑移滑移；周圍晶粒周圍晶粒位向不同位向不同，

2、滑移，滑移系取向不同，系取向不同，運(yùn)動的位錯(cuò)運(yùn)動的位錯(cuò)不不能越過晶界，在晶界處產(chǎn)生能越過晶界，在晶界處產(chǎn)生位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積。位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積造成很高的造成很高的應(yīng)力集中應(yīng)力集中，使使相鄰晶粒相鄰晶粒中某些中某些滑移系滑移系開動開動，使應(yīng)力集中松弛，使應(yīng)力集中松弛，變形從一個(gè)晶粒傳向另一個(gè)晶粒。變形從一個(gè)晶粒傳向另一個(gè)晶粒。隨著變形，各晶粒發(fā)生隨著變形，各晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)，原，原軟軟取向取向硬硬取向，取向，而而停止停止滑移，同時(shí)原滑移，同時(shí)原硬硬取向取向軟軟取向，而取向，而發(fā)生發(fā)生滑移?；?。隨外力的持續(xù)，多晶體金屬中的晶粒隨外力的持續(xù)，多晶體金屬中的晶粒分批地分批地、逐步地逐步地發(fā)

3、生發(fā)生塑性變形。塑性變形。各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性多晶體的每個(gè)晶粒都處于其他晶粒的包圍之多晶體的每個(gè)晶粒都處于其他晶粒的包圍之中。中。要要保持晶粒之間的結(jié)合保持晶粒之間的結(jié)合和和整個(gè)晶體的連續(xù)性整個(gè)晶體的連續(xù)性，其其變形變形必須與周圍的晶粒必須與周圍的晶粒相互協(xié)調(diào)相互協(xié)調(diào)，就使，就使多晶體多晶體的塑性變形較單晶體的塑性變形較單晶體困難困難，其屈服應(yīng)力也高于單其屈服應(yīng)力也高于單晶體。晶體。獨(dú)立滑移系獨(dú)立滑移系多晶體塑性變形多晶體塑性變形時(shí)，要求晶粒至少能在時(shí)，要求晶粒至少能在5 5個(gè)獨(dú)個(gè)獨(dú)立的滑移系立的滑移系上進(jìn)行滑移，才能使各上進(jìn)行滑移，才能使各晶粒間的變形晶粒間的變形得到

4、很好的協(xié)調(diào)得到很好的協(xié)調(diào)。獨(dú)立滑移系獨(dú)立滑移系：指：指它所產(chǎn)生的它所產(chǎn)生的晶體形狀改變是晶體形狀改變是不不能借別的滑移系組合作用能借別的滑移系組合作用而同樣得到。而同樣得到。任何變形都可用任何變形都可用6 6個(gè)個(gè)應(yīng)變分量應(yīng)變分量來表示。由于塑來表示。由于塑性變形時(shí)體積不變，只性變形時(shí)體積不變，只有有5 5個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量。獨(dú)立的應(yīng)變分量由一個(gè)獨(dú)立的滑移系來產(chǎn)生獨(dú)立的應(yīng)變分量由一個(gè)獨(dú)立的滑移系來產(chǎn)生，需要需要5 5個(gè)獨(dú)立滑移系產(chǎn)生個(gè)獨(dú)立滑移系產(chǎn)生5 5個(gè)獨(dú)立應(yīng)變分量個(gè)獨(dú)立應(yīng)變分量，以保，以保證晶粒間變形的協(xié)調(diào)和晶體的連續(xù)。證晶粒間變形的協(xié)調(diào)和晶體的連續(xù)。面心立方面心立方和和體心立

5、方體心立方金屬滑移系多，能滿足，有金屬滑移系多，能滿足，有較好的較好的塑性塑性。而而密排六方密排六方金屬滑移系少，晶粒間的應(yīng)變協(xié)調(diào)性差。金屬滑移系少，晶粒間的應(yīng)變協(xié)調(diào)性差。密排六方密排六方單晶體單晶體處于處于軟取向軟取向時(shí)，應(yīng)變可達(dá)時(shí)，應(yīng)變可達(dá)100% 200%100% 200%，但但多晶體多晶體塑性都很差塑性都很差，強(qiáng)度則較高。，強(qiáng)度則較高。二、晶界（晶粒大?。┑挠绊懚⒕Ы纾ňЯ４笮。┑挠绊戨p晶粒試樣變形后，晶界處呈竹節(jié)狀。雙晶粒試樣變形后，晶界處呈竹節(jié)狀。晶界附近滑移受阻，變形量較小。晶界附近滑移受阻，變形量較小。晶界阻礙位錯(cuò)的通過，即晶界阻礙位錯(cuò)的通過，即晶界對塑性變形起阻礙作用晶界對

6、塑性變形起阻礙作用。 多晶體的強(qiáng)度隨晶粒細(xì)化而提高。多晶體的強(qiáng)度隨晶粒細(xì)化而提高。細(xì)晶強(qiáng)化：細(xì)晶強(qiáng)化：用細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的方法。用細(xì)化晶粒來提高材料強(qiáng)度的方法。細(xì)晶強(qiáng)化本質(zhì)細(xì)晶強(qiáng)化本質(zhì)：晶界提高了位錯(cuò)運(yùn)動的阻力晶界提高了位錯(cuò)運(yùn)動的阻力，晶界越多，晶界越多，即晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度越高即晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度越高。屈服強(qiáng)度與晶粒直徑的關(guān)系屈服強(qiáng)度與晶粒直徑的關(guān)系屈服強(qiáng)度與晶粒直徑間符屈服強(qiáng)度與晶粒直徑間符合霍爾合霍爾- -配奇配奇( (Hall-Hall-PetchPetch) )公式，即：公式，即：s s=0 0+kd+kd-1/2-1/20 0- -常數(shù)，大體相當(dāng)常數(shù)，大體相當(dāng)單晶單晶的的

7、s s ；k k- -晶界對強(qiáng)度影響的常數(shù)，晶界對強(qiáng)度影響的常數(shù)，與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)；d d- -多晶體的多晶體的平均晶粒直徑平均晶粒直徑。材料的屈服強(qiáng)度與亞晶尺材料的屈服強(qiáng)度與亞晶尺寸也符合這一公式。寸也符合這一公式。低碳鋼的屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系低碳鋼的屈服強(qiáng)度與晶粒大小的關(guān)系21d細(xì)晶強(qiáng)化也提高塑性和韌性細(xì)晶強(qiáng)化也提高塑性和韌性提高塑性的原因：提高塑性的原因：晶粒晶粒越細(xì)越細(xì)，晶粒，晶粒數(shù)目越多數(shù)目越多，在同樣變形量下，在同樣變形量下，變形較均勻變形較均勻，且，且每個(gè)晶粒每個(gè)晶粒中中塞積的位錯(cuò)少塞積的位錯(cuò)少，因，因應(yīng)應(yīng)力集中引起力集中引起開裂開裂的機(jī)會少的機(jī)會少，推遲了推遲了

8、裂紋的形成和裂紋的形成和發(fā)展發(fā)展，使金屬在，使金屬在斷裂之前斷裂之前可得到可得到較大的塑性變形較大的塑性變形量量，提高了金屬的塑性。，提高了金屬的塑性。提高韌性的原因：提高韌性的原因：細(xì)晶粒金屬中，應(yīng)力集中小，晶界曲折多，細(xì)晶粒金屬中，應(yīng)力集中小，晶界曲折多，裂裂紋不易萌生，也不易傳播紋不易萌生，也不易傳播，在斷裂過程中在斷裂過程中吸收能吸收能量量更多更多，韌性較高。，韌性較高。細(xì)化晶粒是既提高強(qiáng)度，又提高塑、韌細(xì)化晶粒是既提高強(qiáng)度，又提高塑、韌性的唯一方法。性的唯一方法。多晶體的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性、多晶體的晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。韌性也越好。細(xì)化晶粒是實(shí)際生產(chǎn)中獲得良好強(qiáng)