第6章 材料的塑性變形

1、16 6 材料的塑性變形材料的塑性變形第一節(jié)第一節(jié) 金屬的應(yīng)力金屬的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線第二節(jié)第二節(jié) 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形第三節(jié)第三節(jié) 多晶體的塑性變多晶體的塑性變形第四節(jié)第四節(jié) 合金的塑性變形合金的塑性變形第五節(jié)第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響塑性變形對材料組織和性能的影響 2納米銅的室溫超塑性6 6 材料的塑性變形材料的塑性變形材料的力學(xué)性能實(shí)質(zhì)上是根據(jù)材料在外力作用下所表現(xiàn)的變材料的力學(xué)性能實(shí)質(zhì)上是根據(jù)材料在外力作用下所表現(xiàn)的變形行為來評定的形行為來評定的。強(qiáng)度強(qiáng)度-抵抗變形和斷裂的能力。抵抗變形和斷裂的能力。塑性塑性-材料斷裂前塑性變形的能力。材料斷裂前塑性變形

2、的能力。決定工件的加工性能決定工件的加工性能又是零件的重要使用性能又是零件的重要使用性能6.1 6.1 金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線6.1.1 6.1.1 工程應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力應(yīng)變曲線 圖圖 工程應(yīng)力應(yīng)變示意圖工程應(yīng)力應(yīng)變示意圖 0AP00lll 式中：式中： P P作用在試樣上的載荷；作用在試樣上的載荷； A A0 0試樣的原始橫截面積；試樣的原始橫截面積； l l0 0試樣的原始標(biāo)距部分長度；試樣的原始標(biāo)距部分長度； l l試樣變形后標(biāo)距部分長度。試樣變形后標(biāo)距部分長度。應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算中沒有考慮變應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算中沒有考慮變形后試樣截面積與長度的變化，故形后試樣截面積與長度的

3、變化，故工程應(yīng)力工程應(yīng)力應(yīng)變曲線與載荷應(yīng)變曲線與載荷變形變形曲線的形狀是一致的。曲線的形狀是一致的。 46.1.1 6.1.1 工程應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性變形塑性變形斷裂彈性變形塑性變形斷裂6.1.2 6.1.2 真應(yīng)力真應(yīng)變曲線真應(yīng)力真應(yīng)變曲線 圖圖 真應(yīng)力應(yīng)變曲線真應(yīng)力應(yīng)變曲線 為了得出真實(shí)的變形特性，應(yīng)當(dāng)按為了得出真實(shí)的變形特性，應(yīng)當(dāng)按真應(yīng)力和真應(yīng)變來進(jìn)行分析。真應(yīng)力和真應(yīng)變來進(jìn)行分析。 APT式中：式中： P作用在試樣上的載荷；作用在試樣上的載荷； A試樣的實(shí)際橫截面積。試樣的實(shí)際橫截面積。llTllldllllllllll00232112001ln)(常數(shù) AllA00)

4、1(A0000llAPAAPAPT66.2 6.2 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形彈性變形與塑性變形彈性變形與塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、滑移、孿生、扭折。扭折。6.2.1 6.2.1 滑移滑移(1)(1)滑移現(xiàn)象滑移現(xiàn)象光鏡觀察到許多相互平行線光鏡觀察到許多相互平行線-滑移帶滑移帶（無重現(xiàn)性無重現(xiàn)性）。）。電境觀察到滑移帶中還有更細(xì)的電境觀察到滑移帶中還有更細(xì)的相互平行線相互平行線-滑移線滑移線。將拋光的單晶體試將拋光的單晶體試樣進(jìn)行適當(dāng)塑性變形樣進(jìn)行適當(dāng)塑性變形 圖圖 滑移帶形成示意圖滑移帶形成示意圖 7幾何要素幾何要素 6.2.1 6.2.1

5、 滑移滑移(2)(2) 滑移系滑移系滑移系滑移系 = = 滑移面滑移面 + + 滑移方向滑移方向( (滑移面上滑移面上) )?；葡档膫€數(shù)滑移系的個數(shù) = = 滑移面?zhèn)€數(shù)滑移面?zhèn)€數(shù)每個面上所每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)具有的滑移方向的個數(shù)滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向） 滑移面滑移面 （密排面）（密排面）圖圖 面心立方晶體中的滑移系面心立方晶體中的滑移系81)1)fccfcc: :111 111 ，n n1212個個。 2)bcc2)bcc低溫時多為低溫時多為: :112 112 ， n n1212個個; ;中溫時多為中溫時多為: :110 110 ， n n1212個個; ;高溫時

6、多為高溫時多為: :123 123 ， n n2424個個。3)hcp:3)hcp:當(dāng)當(dāng)c/ac/a接近或大于接近或大于1.6331.633時，時， 0001 0001 ， n n3 3個個當(dāng)當(dāng)c/ac/a小于小于1.6331.633時，時， 1010 1010 ， n n3 3個個 1011 1011 ， n n6 6個個6.2.1 6.2.1 滑移滑移(2)(2) 滑移系滑移系96.2.1 6.2.1 滑移滑移(3)(3)臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力 設(shè)設(shè): :F F- - -軸向拉伸載荷，軸向拉伸載荷，A A-橫截面積，橫截面積， -滑移面法滑移面法線與中心軸線夾角，線與中心軸線夾角，-滑移

7、方向與外力滑移方向與外力F F夾角，夾角，滑移方向上的分切應(yīng)力滑移方向上的分切應(yīng)力 為為： coscoscoscoscoscosAFAF 當(dāng)上式中的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時，晶面間的當(dāng)上式中的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時，晶面間的滑移開始，這時滑移開始，這時F/AF/A應(yīng)當(dāng)?shù)扔趹?yīng)當(dāng)?shù)扔趕 s，即：，即： coscossss-臨界分切應(yīng)臨界分切應(yīng)力力 或或 9090 時，時， s s ；106.2.1 6.2.1 滑移滑移 s s s scoscos coscos c c取決于金屬的本性，不受取決于金屬的本性，不受 ， 的影響；的影響； s s的取值的取值 ， 4545 時，時， s s最小，晶體易滑移；最

8、小，晶體易滑移；取向因子：取向因子：coscos coscos 軟取向：值大；軟取向：值大；硬取向：值小。硬取向：值小。(3)(3)臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力2sin21cos)90cos(coscos1 1）位向和晶面的變化）位向和晶面的變化 拉伸時拉伸時, ,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向; ; 壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 幾何硬化：幾何硬化： ， 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離4545 ，滑移變得困難，滑移變得困難；2 2）取向因子的變化）取向因子的變化 幾何軟化；幾何軟化； ， 接近接近4545 ，滑移變得容易，滑移變得容易。

9、116.2.1 6.2.1 滑移滑移( (4) 4) 滑移時晶體的轉(zhuǎn)動滑移時晶體的轉(zhuǎn)動126.2.1 6.2.1 滑移滑移1 1）多（雙）滑移）多（雙）滑移-在多（兩）個滑移系上同時或交替進(jìn)行的滑移在多（兩）個滑移系上同時或交替進(jìn)行的滑移。(5) (5) 多滑移與交滑移多滑移與交滑移現(xiàn)象：現(xiàn)象：形成兩組或多組交叉滑移線。形成兩組或多組交叉滑移線。特點(diǎn)：特點(diǎn)：滑移變形抗力提高。比單滑移困難?；谱冃慰沽μ岣摺１葐位评щy。2 2）交滑移）交滑移-晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。機(jī)制：機(jī)制：螺位錯的交滑移：螺位錯的交滑移：

10、螺位錯螺位錯從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過程；相交的另一滑移面的過程；螺位錯的雙交滑移：螺位錯的雙交滑移：交滑交滑移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。滑移面的過程。136.2.1 6.2.1 滑移滑移單滑移單滑移-單一方向的滑移帶；單一方向的滑移帶；多滑移多滑移-相互交叉的滑移帶；相互交叉的滑移帶；交滑移交滑移-波紋狀的滑移帶。波紋狀的滑移帶。（6 6）滑移的表面痕跡）滑移的表面痕跡 6.2.1 6.2.1 滑移滑移（7 7）滑移的位錯機(jī)制）滑移的位錯機(jī)制 晶體的滑移是借助于位錯在滑移面上的運(yùn)動來逐步進(jìn)行的。晶體的滑移是借助于位錯在滑移面

11、上的運(yùn)動來逐步進(jìn)行的。位錯位錯就是已滑移就是已滑移區(qū)和未滑移區(qū)間的界線。區(qū)和未滑移區(qū)間的界線。以刃型位錯為例：以刃型位錯為例：螺型位錯的運(yùn)動同樣能導(dǎo)致晶體滑移。螺型位錯的運(yùn)動同樣能導(dǎo)致晶體滑移。6.2.1 6.2.1 滑移滑移（7 7）滑移的位錯機(jī)制）滑移的位錯機(jī)制宏觀上標(biāo)志晶體滑移進(jìn)行的臨界分切應(yīng)力應(yīng)當(dāng)與微觀上克服位錯運(yùn)動阻力的外宏觀上標(biāo)志晶體滑移進(jìn)行的臨界分切應(yīng)力應(yīng)當(dāng)與微觀上克服位錯運(yùn)動阻力的外力相等。對純金屬而言，位錯運(yùn)動的阻力主要包含以下幾方面：力相等。對純金屬而言，位錯運(yùn)動的阻力主要包含以下幾方面： 位錯運(yùn)動的阻力首先來自于點(diǎn)陣阻力位錯運(yùn)動的阻力首先來自于點(diǎn)陣阻力，派爾斯（Peier

12、ls）和納巴羅（Nabarro）首先估算了這個力，所以又稱為派納力（P-N力），它相當(dāng)于簡單立方晶體中刃型位錯運(yùn)動所需要的臨界分切應(yīng)力： 式中：式中：d d為滑移面的面間距，為滑移面的面間距，b b為滑移方向上的點(diǎn)陣間距，為滑移方向上的點(diǎn)陣間距，為泊松比。為泊松比。 除了上述點(diǎn)陣阻力外，位錯運(yùn)動還會受到一些阻力：除了上述點(diǎn)陣阻力外，位錯運(yùn)動還會受到一些阻力： 與其它位錯的交互作用阻力；與其它位錯的交互作用阻力； 位錯交割后形成的割階與扭折；位錯交割后形成的割階與扭折； 位錯與一些缺陷發(fā)生交互作用。位錯與一些缺陷發(fā)生交互作用。采用上式，我們可以簡單推算晶體的切變強(qiáng)度，對于簡單立方結(jié)構(gòu)，存在采用上

13、式，我們可以簡單推算晶體的切變強(qiáng)度，對于簡單立方結(jié)構(gòu)，存在d d = = b b，對，對金屬，取金屬，取 =0.3=0.3，可得，可得P-NP-N3.63.61010-4-4G G，比剛性模型理論計(jì)算值（約，比剛性模型理論計(jì)算值（約G/30G/30）小得多，）小得多，接近臨界分切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值。接近臨界分切應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值。6.2.2 6.2.2 孿生孿生晶體塑性變形的另一種常見方式。晶體塑性變形的另一種常見方式。指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿生面）和一定的指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿生面）和一定的晶向（孿生方向）相對于另一部分發(fā)生均勻切變的過程。晶向（孿生方向）相對于

14、另一部分發(fā)生均勻切變的過程。 體心立方和面心立方晶體，變形溫度很低，形變速度體心立方和面心立方晶體，變形溫度很低，形變速度極快，以及其它原因使滑移難以進(jìn)行，都可能出現(xiàn)。極快，以及其它原因使滑移難以進(jìn)行，都可能出現(xiàn)。以孿生方式塑變以孿生方式塑變密排六方結(jié)構(gòu)的晶體，如鋅、鎂、鎘等密排六方結(jié)構(gòu)的晶體，如鋅、鎂、鎘等-滑移系較少?；葡递^少。a. a. 變形前變形前 b. b. 滑移滑移 c. c. 孿生孿生圖圖 晶體滑移和孿生變形后的結(jié)構(gòu)與外形變化示意圖晶體滑移和孿生變形后的結(jié)構(gòu)與外形變化示意圖假設(shè)晶體內(nèi)局部地區(qū)假設(shè)晶體內(nèi)局部地區(qū)( (面面AHAH與與GNGN之之間間) )的若干層的若干層(111)

15、(111)面間沿面間沿112112方向方向產(chǎn)生一個切動距離產(chǎn)生一個切動距離a a/6112/6112的均勻的均勻切變，即可得到如圖所示情況。切變，即可得到如圖所示情況。6.2.2 6.2.2 孿生孿生u以面心立方為例，以面心立方為例， 說明孿生的具體過程：說明孿生的具體過程：(a)(a)孿晶面與孿生方向?qū)\晶面與孿生方向 (b)(b)孿生變形時晶面移動情況孿生變形時晶面移動情況圖圖 面心立方晶體孿生變形示意圖面心立方晶體孿生變形示意圖b=a/6112186.2.2 6.2.2 孿生孿生孿生的晶體學(xué)孿生的晶體學(xué)圖圖 鋅晶體中的形變孿晶鋅晶體中的形變孿晶 孿生方向?qū)\生方向 A A1 1,A,A2 2

16、,A,A3 3孿生面孿生面 A A1 1111,A111,A2 2112,A112,A3 3101210126.2.2 6.2.2 孿生孿生孿生變形的特點(diǎn)孿生變形的特點(diǎn) 滑移滑移孿生孿生 相同點(diǎn)相同點(diǎn)1 1 切變；切變；2 2 沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；3 3 不改變結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)。不不同同點(diǎn)點(diǎn) 晶體位向晶體位向不改變（對拋光面觀察無不改變（對拋光面觀察無重現(xiàn)性）重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋光面觀察有重現(xiàn)性）光面觀察有重現(xiàn)性） 位移量位移量滑移方向上原子間距的整滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，小

17、于孿生方向上的原子間距，較小。較小。對塑變的貢獻(xiàn)對塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。很大，總變形量大。有限，總變形量小。有限，總變形量小。變形應(yīng)力變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移滑移變形條件變形條件一般先發(fā)生滑移一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生滑移困難時發(fā)生變形機(jī)制變形機(jī)制全位錯運(yùn)動的結(jié)果全位錯運(yùn)動的結(jié)果不全位錯運(yùn)動的結(jié)果不全位錯運(yùn)動的結(jié)果6.2.3 6.2.3 晶體的扭折晶體的扭折扭折現(xiàn)象扭折現(xiàn)象-當(dāng)受力的晶體處于不能進(jìn)行滑移或?qū)\生的某種當(dāng)受力的晶體處于不能進(jìn)行滑移或?qū)\生的某種取向時，它可能通過不均勻的局部塑性變形來適應(yīng)所作用的外取向時，

18、它可能通過不均勻的局部塑性變形來適應(yīng)所作用的外力。力。( (圖圖1 1）u 扭折帶有時也伴隨著孿扭折帶有時也伴隨著孿生而發(fā)生。生而發(fā)生。u孿生變形時，在有約束的孿生變形時，在有約束的情況下，在靠近孿晶區(qū)域的情況下，在靠近孿晶區(qū)域的應(yīng)變更大應(yīng)變更大( (圖圖2a2a所示所示) )。u為了適應(yīng)其約束條件，往為了適應(yīng)其約束條件，往往形成扭折帶以實(shí)現(xiàn)過渡，往形成扭折帶以實(shí)現(xiàn)過渡，如圖如圖2b2b所示。所示。圖圖1 1 晶體的扭折示意圖晶體的扭折示意圖 圖圖2 2 伴隨著孿生的扭折現(xiàn)象伴隨著孿生的扭折現(xiàn)象216.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形多晶的塑性變形抗力都較單晶高，尤其對密排六方的金

19、屬更顯著。多晶的塑性變形抗力都較單晶高，尤其對密排六方的金屬更顯著。 原因：原因：多晶體一般是由許多不同位向的晶粒所構(gòu)成的，每個晶粒在多晶體一般是由許多不同位向的晶粒所構(gòu)成的，每個晶粒在變形時要受到晶界和相鄰晶粒的約束，變形時，既要克服晶界的阻礙變形時要受到晶界和相鄰晶粒的約束，變形時，既要克服晶界的阻礙，又要與周圍晶粒發(fā)生相適應(yīng)的變形，以保持晶粒間的結(jié)合及體積上，又要與周圍晶粒發(fā)生相適應(yīng)的變形，以保持晶粒間的結(jié)合及體積上的連續(xù)性。的連續(xù)性。 圖圖 鋅的單晶體與多晶體的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋅的單晶體與多晶體的應(yīng)力應(yīng)變曲線226.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形（1 1）晶粒之間變形的傳播）

20、晶粒之間變形的傳播 位錯在晶界塞積位錯在晶界塞積 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 相鄰晶粒位錯源開動相鄰晶粒位錯源開動 相鄰相鄰晶粒變形晶粒變形 塑變塑變（2 2）晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性）晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 1 1）原因：原因：各晶粒之間變形具有非同時性。各晶粒之間變形具有非同時性。 2 2）要求：要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)（獨(dú)立變形會導(dǎo)致晶體分裂）（獨(dú)立變形會導(dǎo)致晶體分裂） 3 3）條件：條件：獨(dú)立滑移系獨(dú)立滑移系 5 5個個。（保證晶粒形狀的自由變化）（保證晶粒形狀的自由變化）（3 3）晶界對變形的阻礙作用）晶界對變形的阻礙作用 1 1）晶界的特點(diǎn)：晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分

21、布有大量缺陷。原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。 2 2）晶界對變形的影響晶界對變形的影響: :滑移、孿生多終止于晶界滑移、孿生多終止于晶界, ,極少穿過。極少穿過。6.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 對只有兩個晶粒的雙晶試樣拉伸結(jié)果表明，室溫下拉伸變形后，呈 現(xiàn)竹節(jié)狀，如圖1所示。晶界處的晶體部分變形較小，而晶內(nèi)變形量則大得多，整個晶粒的 變形不均勻。導(dǎo)致晶體產(chǎn)生變形的位錯滑移在晶界處受阻，如圖2所示。圖圖1 1 雙晶拉伸雙晶拉伸圖圖2 2 位錯塞積位錯塞積246.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形3 3）晶粒大小與性能的關(guān)系）晶粒大小與性能的關(guān)系 （a a）晶粒越細(xì)，

22、強(qiáng)度越高）晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高( (細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化：霍爾配奇公式霍爾配奇公式) ) s s= = 0 0+kd+kd-1/2 -1/2 （Hall-Patch） 原因：原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯運(yùn)動的阻力越大。晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯運(yùn)動的阻力越大。晶粒越多，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)晶粒越多，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，且每個晶粒中塞積的位錯少行，且每個晶粒中塞積的位錯少，由應(yīng)力由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會減少，可承受更大的集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會減少，可承受更大的變形量，表現(xiàn)出變形量，表現(xiàn)出高塑性高塑性。（b b）晶粒越細(xì)，）晶粒越細(xì)，塑韌性塑韌性提高提高細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易細(xì)晶粒材

23、料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋擴(kuò)展曲折，在斷裂過萌生；晶界多，裂紋擴(kuò)展曲折，在斷裂過程中可吸收較多能量程中可吸收較多能量, ,表現(xiàn)表現(xiàn)高韌性高韌性。6.4 6.4 合金的塑性變形合金的塑性變形6.4.16.4.1固溶體的塑性變形固溶體的塑性變形1 1）固溶強(qiáng)化：）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑 性、韌性下降的現(xiàn)象。性、韌性下降的現(xiàn)象。圖圖 銅鎳合金相圖及其固溶體性能與成分的關(guān)系銅鎳合金相圖及其固溶體性能與成分的關(guān)系溶質(zhì)原子與位錯發(fā)生彈性交互作用溶質(zhì)原子與位錯發(fā)生彈性交互作用-柯氏氣團(tuán)釘扎柯氏氣團(tuán)釘扎2 2）強(qiáng)化機(jī)

24、制）強(qiáng)化機(jī)制 靜電交互作用靜電交互作用-電離程度不同的溶質(zhì)離子與位錯區(qū)發(fā)生短程電離程度不同的溶質(zhì)離子與位錯區(qū)發(fā)生短程 的靜電交互作用，溶質(zhì)離子或富集于拉伸區(qū)的靜電交互作用，溶質(zhì)離子或富集于拉伸區(qū) 或富集在壓縮區(qū)均產(chǎn)生固溶強(qiáng)化?；蚋患趬嚎s區(qū)均產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。 化學(xué)交互作用（化學(xué)交互作用（SuzukiSuzuki）-成分的偏聚導(dǎo)致位錯運(yùn)動受阻。成分的偏聚導(dǎo)致位錯運(yùn)動受阻。 （1 1）固溶強(qiáng)化）固溶強(qiáng)化26（2 2）屈服和應(yīng)變時效）屈服和應(yīng)變時效 1 1）現(xiàn)象：現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶呂德斯帶擴(kuò)展）。擴(kuò)展）。 2 2）預(yù)變形和時效的影響：預(yù)變形和時效的影響：去載后立

25、即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后 放置一段時間或放置一段時間或200200加熱后再加載出現(xiàn)屈服加熱后再加載出現(xiàn)屈服, ,且且強(qiáng)度會有所提高。強(qiáng)度會有所提高。 3 3）原因：原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成?？率蠚鈭F(tuán)的存在、破壞和重新形成。6.4 6.4 合金的塑性變形合金的塑性變形6.4.16.4.1固溶體的塑性變形固溶體的塑性變形 圖圖 低碳鋼的屈服現(xiàn)象低碳鋼的屈服現(xiàn)象 在屈服過程中，試樣的應(yīng)力集中處開始塑性變形，這時能在試樣表面觀察到與拉伸軸成45的應(yīng)變痕跡，稱為呂德呂德斯（斯（LdersLders）帶）帶276.4.16.4.1固溶體的塑性變形固溶體的

26、塑性變形 （3 3）固溶強(qiáng)化的影響因素）固溶強(qiáng)化的影響因素 不同溶質(zhì)原子引起的固溶強(qiáng)化效果是不同的，其影響因素很多，不同溶質(zhì)原子引起的固溶強(qiáng)化效果是不同的，其影響因素很多，主要有主要有以下幾個方面：以下幾個方面： 溶質(zhì)原子的濃度溶質(zhì)原子的濃度- -濃度越高，一般其強(qiáng)化效果也越好，但并不濃度越高，一般其強(qiáng)化效果也越好，但并不 是線性關(guān)系，低濃度時顯著；是線性關(guān)系，低濃度時顯著； 原子尺寸因素原子尺寸因素-溶質(zhì)與溶劑原子尺寸相差越大，其強(qiáng)化作用越溶質(zhì)與溶劑原子尺寸相差越大，其強(qiáng)化作用越 好好, ,但通常原子尺寸相差較大時，溶質(zhì)原子的溶但通常原子尺寸相差較大時，溶質(zhì)原子的溶 解度也很低；解度也很低；

27、 溶質(zhì)原子類型溶質(zhì)原子類型-間隙型溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果好于置換型，特別間隙型溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果好于置換型，特別 是體心立方晶體中的間隙原子；是體心立方晶體中的間隙原子； 相對價(jià)因素（電子因素）相對價(jià)因素（電子因素）-溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相 差越大，固溶強(qiáng)化效果越顯著。差越大，固溶強(qiáng)化效果越顯著。6.4.2 6.4.2 多相多相合金的塑性變形合金的塑性變形 常按第二相的尺度大小將其分為兩大類：常按第二相的尺度大小將其分為兩大類：聚合型聚合型: :第二相尺寸與基體相尺度屬同一數(shù)量級，如圖第二相尺寸與基體相尺度屬同一數(shù)量級，如圖1 1所示；所示；彌散型彌散型: :

28、第二相尺寸非常細(xì)小，并且彌散分布于基體相中，如圖第二相尺寸非常細(xì)小，并且彌散分布于基體相中，如圖2 2所示。所示。圖圖1 1 聚合型合金組織聚合型合金組織AlAl青銅青銅 圖圖2 2 彌散型第二相合金組織鐵黃銅彌散型第二相合金組織鐵黃銅 塑性變形取決于：塑性變形取決于： 基體相性質(zhì)基體相性質(zhì) 第二相的性質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量和分布等第二相的性質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量和分布等 在塑性變形中往往起著決定性作用在塑性變形中往往起著決定性作用6.4.2 6.4.2 多相多相合金的塑性變形合金的塑性變形（1 1）聚合型兩相合金的塑性變形）聚合型兩相合金的塑性變形 對聚合型兩相合金而言，如果兩個相都具有塑性，則

29、合金變形阻力決定對聚合型兩相合金而言，如果兩個相都具有塑性，則合金變形阻力決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)于兩相的體積分?jǐn)?shù)。m m = = f f1 11 1 + + f f2 22 2 上式f f1 1、f f2 2分別為兩個相的體積分?jǐn)?shù)，1 1、2 2分別為兩個相在此應(yīng)變時的流變應(yīng)力；1 1、2 2分別為兩個相在此應(yīng)力時的應(yīng)變。 m m = = f f1 11 1 + + f f2 22 2 u 由上兩式可見，只有第二相為較強(qiáng)的相時，合金才能強(qiáng)化。由上兩式可見，只有第二相為較強(qiáng)的相時，合金才能強(qiáng)化。 第二相為硬脆相時，合金的性能取決于第二相為硬脆相時，合金的性能取決于相的相對量相的相對量硬脆相的形狀、

30、尺寸和分布硬脆相的形狀、尺寸和分布 很大程度取決很大程度取決 306.4.2 6.4.2 多相多相合金的塑性變形合金的塑性變形第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；兩相呈層片狀分布（片狀珠光體）；兩相呈層片狀分布（片狀珠光體）；第二相呈顆粒狀分布（球狀珠光體）。第二相呈顆粒狀分布（球狀珠光體）。l以碳鋼為例，其組織就是以滲碳體（以碳鋼為例，其組織就是以滲碳體（FeFe3 3C C，硬脆相）分布在鐵素體，硬脆相）分布在鐵素體中構(gòu)成的，滲碳體的存在方式將顯著影響碳鋼的力學(xué)性能。中構(gòu)成的，滲碳體的存在方式將顯著影響碳鋼的力學(xué)性能。 位錯繞過第二相粒子過程示意圖位錯繞

31、過第二相粒子過程示意圖6.4.2 6.4.2 多相多相合金的塑性變形合金的塑性變形（2 2）彌散分布型合金的塑性變形）彌散分布型合金的塑性變形 沉淀強(qiáng)化（時效強(qiáng)化）：沉淀強(qiáng)化（時效強(qiáng)化）：第二相微粒是通過過飽和固溶體的時效處理沉淀第二相微粒是通過過飽和固溶體的時效處理沉淀析出所引起合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。析出所引起合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。 彌散強(qiáng)化：彌散強(qiáng)化：微粒是借粉末冶金方法外加的，所產(chǎn)生的合金強(qiáng)化現(xiàn)象。微粒是借粉末冶金方法外加的，所產(chǎn)生的合金強(qiáng)化現(xiàn)象。 1 1）位錯繞過機(jī)制（第二相為不可變形顆粒）位錯繞過機(jī)制（第二相為不可變形顆粒） 位錯彎曲至半徑位錯彎曲至半徑R R時所需切應(yīng)力為：時所需切應(yīng)力

32、為： RGb2R R為顆粒間距為顆粒間距一半時，切應(yīng)力最?。阂话霑r，切應(yīng)力最?。?Gb 可見，不可變形顆粒的強(qiáng)化與顆粒間距成可見，不可變形顆粒的強(qiáng)化與顆粒間距成反比，顆粒越多、越細(xì)，則強(qiáng)化效果越好。反比，顆粒越多、越細(xì)，則強(qiáng)化效果越好。-奧羅萬（奧羅萬（OrowanOrowan）機(jī)制）機(jī)制 位錯移動阻力：位錯移動阻力：粒子周圍的位錯環(huán)對位錯的反向作用力粒子周圍的位錯環(huán)對位錯的反向作用力 粒子的阻礙作用（彎曲需要額外作功）粒子的阻礙作用（彎曲需要額外作功） 2 2）位錯切過機(jī)制（第二相為可變形顆粒）位錯切過機(jī)制（第二相為可變形顆粒） 6.4.2 6.4.2 多相多相合金的塑性變形合金的塑性變形（

33、2 2）彌散分布型合金的塑性變形）彌散分布型合金的塑性變形圖圖 位錯切過顆粒機(jī)制位錯切過顆粒機(jī)制 位錯切過第二相粒子，產(chǎn)生附加阻力，這種阻力主要來源于：位錯切過第二相粒子，產(chǎn)生附加阻力，這種阻力主要來源于：（1 1）第二相顆粒切變時，切變平面上）第二相顆粒切變時，切變平面上產(chǎn)生產(chǎn)生的的原子錯配能原子錯配能；（2 2）顆粒切變后在其表面產(chǎn)生臺階，）顆粒切變后在其表面產(chǎn)生臺階，增加了增加了顆粒與基體之間的顆粒與基體之間的新界面新界面；（3 3）破壞了破壞了一部分顆粒與基體之間的原來可能存在的一部分顆粒與基體之間的原來可能存在的共格或半共格的結(jié)合狀態(tài)共格或半共格的結(jié)合狀態(tài)；（4 4）顆粒物質(zhì)的）顆粒

34、物質(zhì)的切變模量切變模量如果如果高高于基體，位錯切過時將于基體，位錯切過時將遇到較大阻力遇到較大阻力；（5 5）如果顆粒為有序結(jié)構(gòu)，將在滑移面上如果顆粒為有序結(jié)構(gòu)，將在滑移面上產(chǎn)生反相疇界，產(chǎn)生反相疇界，從而從而導(dǎo)致有序強(qiáng)化導(dǎo)致有序強(qiáng)化； （6 6）當(dāng)?shù)诙囝w粒與基體之間）當(dāng)?shù)诙囝w粒與基體之間比容不同時比容不同時，那么在第二相形成過程中會產(chǎn)生交互，那么在第二相形成過程中會產(chǎn)生交互 作用，并形成對位錯運(yùn)動的阻力，等等。作用，并形成對位錯運(yùn)動的阻力，等等。6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.1 6.5.1 顯微組織的變化顯微組織的變化金屬材料隨著變形量的逐步增加，各

35、晶粒中除了出現(xiàn)大量的滑移帶、孿金屬材料隨著變形量的逐步增加，各晶粒中除了出現(xiàn)大量的滑移帶、孿晶帶以外，其晶粒形狀也會發(fā)生變化：晶帶以外，其晶粒形狀也會發(fā)生變化：原來的等軸晶粒原來的等軸晶粒沿變形方向被拉長，當(dāng)變形量很大時，晶粒沿變形方向被拉長，當(dāng)變形量很大時，晶粒變成纖維變成纖維狀。狀。 （1 1）晶粒形態(tài)的改變）晶粒形態(tài)的改變30%30%壓縮率（壓縮率（30003000） 50%50%壓縮率（壓縮率（30003000） 99%99%壓縮率（壓縮率（30003000）圖圖 銅經(jīng)不同程度冷軋后的光學(xué)顯微組織銅經(jīng)不同程度冷軋后的光學(xué)顯微組織6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性

36、能6.5.1 6.5.1 顯微組織的變化顯微組織的變化（2 2）亞結(jié)構(gòu)的變化）亞結(jié)構(gòu)的變化當(dāng)形變量較小時，形成位錯纏結(jié)結(jié)構(gòu)；當(dāng)形變量較小時，形成位錯纏結(jié)結(jié)構(gòu)；當(dāng)變形量繼續(xù)增加時，大量位錯發(fā)生聚集，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，胞壁由位當(dāng)變形量繼續(xù)增加時，大量位錯發(fā)生聚集，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，胞壁由位 錯構(gòu)成，胞內(nèi)位錯密度較低，相鄰胞間存在微小取向差。錯構(gòu)成，胞內(nèi)位錯密度較低，相鄰胞間存在微小取向差。 位錯胞位錯胞 變形量變形量 位錯纏結(jié)位錯纏結(jié) 位錯胞位錯胞（大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯（大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯密度低。）密度低。）在塑性變形中，晶粒內(nèi)部在塑性變形中，晶粒內(nèi)部各區(qū)域開動的滑移系，旋轉(zhuǎn)各區(qū)域開

37、動的滑移系，旋轉(zhuǎn)的方向以及變形程度不同，的方向以及變形程度不同，晶粒被分割成許多位向不同晶粒被分割成許多位向不同的小晶塊的小晶塊-形變亞結(jié)構(gòu)或形變亞結(jié)構(gòu)或胞狀亞結(jié)構(gòu)。胞狀亞結(jié)構(gòu)。 2 2）類型）類型351 1）變形織構(gòu)：變形織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.2 6.5.2 變形織構(gòu)變形織構(gòu)板織構(gòu)：板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于 主變形方向。（軋制時形成）主變形方向。（軋制時形成）絲織構(gòu)：絲織構(gòu)：某一

38、晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）絲織構(gòu)絲織構(gòu)板織構(gòu)板織構(gòu) 形變織構(gòu)的出現(xiàn)會使得材料呈現(xiàn)一定程度的形變織構(gòu)的出現(xiàn)會使得材料呈現(xiàn)一定程度的各向異性各向異性，這對材料的加工，這對材料的加工和使用都會帶來一定的影響。和使用都會帶來一定的影響。如加工過程中的如加工過程中的“制耳制耳”現(xiàn)象就是我們所不希望出現(xiàn)的；而變壓器用硅現(xiàn)象就是我們所不希望出現(xiàn)的；而變壓器用硅鋼片的鋼片的(100)001(100)001織構(gòu)由于其處于最易磁化方向，則是我們所希望的?？棙?gòu)由于其處于最易磁化方向，則是我們所希望的。6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6

39、.5.3 6.5.3 殘留應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變殘留應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變 第一類內(nèi)應(yīng)力，第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力宏觀殘余應(yīng)力，由于在塑性變形時，工件各部分之間工件各部分之間的變形不均勻性所產(chǎn)生。的變形不均勻性所產(chǎn)生。F一般是不利的，應(yīng)予以防止或消除一般是不利的，應(yīng)予以防止或消除。第二類內(nèi)應(yīng)力，第二類內(nèi)應(yīng)力，又稱微觀殘余應(yīng)力微觀殘余應(yīng)力，由于在塑性變形時，各晶?；騺喚Я８骶Я；騺喚ЯＶg的變形不均勻性而產(chǎn)生的。之間的變形不均勻性而產(chǎn)生的。F該應(yīng)力的存在有時造成顯微裂紋并進(jìn)而導(dǎo)致工件開裂。該應(yīng)力的存在有時造成顯微裂紋并進(jìn)而導(dǎo)致工件開裂。第三類內(nèi)應(yīng)力，第三類內(nèi)應(yīng)力，又稱點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變，作用范圍點(diǎn)陣尺度作用

40、范圍點(diǎn)陣尺度，由于在塑性變形時，位錯、空位等晶體缺陷大大增加，使點(diǎn)陣中的部分原子偏離了平衡位置所部分原子偏離了平衡位置所造成的。造成的。F點(diǎn)陣畸變提高了變形金屬的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有轉(zhuǎn)點(diǎn)陣畸變提高了變形金屬的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)趨勢，向穩(wěn)定狀態(tài)趨勢，是是“回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶”的驅(qū)動力的驅(qū)動力。 對對金屬進(jìn)行塑性變形做的功，大部分以熱量的形式散發(fā)，只有不到金屬進(jìn)行塑性變形做的功，大部分以熱量的形式散發(fā)，只有不到10%10%被保被保留在金屬內(nèi)部，即塑性變形的儲存能。在材料中以殘余應(yīng)力的方式表現(xiàn)出來。留在金屬內(nèi)部，即塑性變形的儲存能。在材料中以殘余應(yīng)

41、力的方式表現(xiàn)出來。（1）殘余應(yīng)力分為三類：）殘余應(yīng)力分為三類：6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.3 6.5.3 殘留應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變殘留應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變 利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。 1 1） 利弊利弊 弊：引起變形、開裂弊：引起變形、開裂，如黃銅彈殼的腐蝕開裂。如黃銅彈殼的腐蝕開裂。 2 2） 消除：消除：去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火。 （2 2）殘余應(yīng)力消除（殘余應(yīng)力約占變形功的）殘余應(yīng)力消除（殘余應(yīng)力約占變形功的1010）6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.4 6.5.4 塑性變形對性能的影響

42、塑性變形對性能的影響 (1) (1) 應(yīng)變硬化（加工硬化）應(yīng)變硬化（加工硬化）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。-金屬材料的一項(xiàng)重要特性金屬材料的一項(xiàng)重要特性圖圖 冷軋對銅及鋼性能的影響冷軋對銅及鋼性能的影響6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.4 6.5.4 塑性變形對性能的影響塑性變形對性能的影響 u金屬的加工硬化特性可以從其應(yīng)力應(yīng)變曲線上反映出來。圖中是單晶金屬的加工硬化特性可以從其應(yīng)力應(yīng)變曲線上反映出來。圖中是單晶體

43、的應(yīng)力應(yīng)變曲線，圖中該曲線的斜率：體的應(yīng)力應(yīng)變曲線，圖中該曲線的斜率： 圖圖 單晶體應(yīng)力應(yīng)變曲線上的三個階段單晶體應(yīng)力應(yīng)變曲線上的三個階段 dd-硬化率（系數(shù)）硬化率（系數(shù)）根據(jù)根據(jù)變化，可將塑性變形分為三個階段：變化，可將塑性變形分為三個階段：第第I I階段（易滑移階段）：階段（易滑移階段）：當(dāng)當(dāng) c c 時，開始進(jìn)時，開始進(jìn)入變形的初始階段，此時加工硬化速率很小；一入變形的初始階段，此時加工硬化速率很??；一般為般為1010-4-4G G左右。左右。-通常只進(jìn)行單滑移。通常只進(jìn)行單滑移。第第IIII階段（線性硬化階段）：階段（線性硬化階段）：應(yīng)力與應(yīng)變呈線應(yīng)力與應(yīng)變呈線性變化；硬化系數(shù)性變化

44、；硬化系數(shù)急劇增大，約為急劇增大，約為3 31010-2-2G G，接近常數(shù)。接近常數(shù)。-晶體進(jìn)行多滑移，各系相互交割，晶體進(jìn)行多滑移，各系相互交割，應(yīng)力急劇增大。應(yīng)力急劇增大。第第IIIIII階段（拋物線硬化階段）：階段（拋物線硬化階段）：加工硬化速率加工硬化速率隨應(yīng)變的增加而不斷下降，應(yīng)力與應(yīng)變呈拋物線隨應(yīng)變的增加而不斷下降，應(yīng)力與應(yīng)變呈拋物線變化。變化。-通過交滑移克服了第二階段形成的滑通過交滑移克服了第二階段形成的滑移障礙，使得變形易于進(jìn)行，應(yīng)力增長緩慢。移障礙，使得變形易于進(jìn)行，應(yīng)力增長緩慢。6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.4 6.5.4 塑性變形

45、對性能的影響塑性變形對性能的影響 u由圖可見：由圖可見：面心立方晶體面心立方晶體顯示了典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線持征；密排六方晶體密排六方晶體由于只沿一組由于只沿一組相平行的滑移面作單系滑移，相平行的滑移面作單系滑移，位錯的交截作用很弱，位錯的交截作用很弱，故第1階段很長，以至第II階段還未充分發(fā)展時試樣就斷裂了。體心立方體心立方純金屬鈮的應(yīng)力應(yīng)變曲線類似于面心立方純金屬銅的曲線。各種晶體由于其結(jié)構(gòu)類型、取向、雜質(zhì)含量以及試驗(yàn)溫度等因素的影響，各種晶體由于其結(jié)構(gòu)類型、取向、雜質(zhì)含量以及試驗(yàn)溫度等因素的影響，實(shí)際曲線有所改變。實(shí)際曲線有所改變。 圖圖 三種常見結(jié)構(gòu)單晶體的應(yīng)力應(yīng)變曲三種常見結(jié)構(gòu)單晶體的應(yīng)

46、力應(yīng)變曲線線41 強(qiáng)化金屬的重要途徑；強(qiáng)化金屬的重要途徑； 利利 提高材料使用安全性；提高材料使用安全性； （2 2）利弊）利弊 材料加工成型的保證。材料加工成型的保證。 弊弊 變形阻力提高，動力消耗增大；變形阻力提高，動力消耗增大； 脆斷危險(xiǎn)性提高。脆斷危險(xiǎn)性提高。6.5 6.5 冷變形金屬的組織與性能冷變形金屬的組織與性能6.5.4 6.5.4 塑性變形對性能的影響塑性變形對性能的影響 （3 3）其它物理、化學(xué)性能的變化）其它物理、化學(xué)性能的變化導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快； 化學(xué)活性提高，腐蝕

47、加快?；瘜W(xué)活性提高，腐蝕加快。6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形1)1)熱塑性塑料熱塑性塑料 -加熱時變軟以至流動，冷卻變硬，這種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。加熱時變軟以至流動，冷卻變硬，這種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。-熱塑性塑料中樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，熱塑性塑料中樹脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無化學(xué)鍵產(chǎn)分子鏈之間無化學(xué)鍵產(chǎn)生生，加熱時軟化流動冷卻變硬的過程是物理變化。，加熱時軟化流動冷卻變硬的過程是物理變化。 -聚乙烯、聚丙烯、等其它聚烯基及其共聚物、聚諷等都是熱塑性塑料聚乙烯、聚丙烯、等其它聚烯基及其共聚物、聚諷等都是熱塑性塑料。 2)2)熱固性塑料熱固性

48、塑料 -第一次加熱時可以軟化流動，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)一交鏈固化而第一次加熱時可以軟化流動，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)一交鏈固化而變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時，已不能再變軟流動了。變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時，已不能再變軟流動了。正是借正是借助這種特性進(jìn)行成型加工，利用第一次加熱時的塑化流動，在壓力下充滿型腔，助這種特性進(jìn)行成型加工，利用第一次加熱時的塑化流動，在壓力下充滿型腔，進(jìn)而固化成為確定形狀和尺寸的制品。進(jìn)而固化成為確定形狀和尺寸的制品。 -熱固性塑料樹脂固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成化學(xué)鍵，熱固性塑料樹脂固化前是線型或帶支鏈的，固化

49、后分子鏈之間形成化學(xué)鍵，成為三度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅不能再熔觸，在溶劑中也不能溶解。成為三度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅不能再熔觸，在溶劑中也不能溶解。-酚醛、服醛、三聚氰胺甲醛、環(huán)氧、不飽和聚酯、有機(jī)硅等塑料，都是熱固性塑料。酚醛、服醛、三聚氰胺甲醛、環(huán)氧、不飽和聚酯、有機(jī)硅等塑料，都是熱固性塑料。 -主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等在惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等在惡劣環(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料，最常用的應(yīng)該是炒鍋鍋把手和高低壓電器。是熱固性塑料，最常用的應(yīng)該是炒鍋鍋把手和高低壓電器。 6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形特點(diǎn)：特點(diǎn)：當(dāng)當(dāng)L L時，鏈段發(fā)

50、生可恢復(fù)的運(yùn)動，產(chǎn)生可時，鏈段發(fā)生可恢復(fù)的運(yùn)動，產(chǎn)生可恢復(fù)變形，同時應(yīng)力恢復(fù)變形，同時應(yīng)力- -應(yīng)變曲線偏離線性關(guān)系；應(yīng)變曲線偏離線性關(guān)系；當(dāng)當(dāng)y y時，聚合物屈服，同時出現(xiàn)軟化，即時，聚合物屈服，同時出現(xiàn)軟化，即應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而減小，隨后出現(xiàn)應(yīng)力平臺應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而減小，隨后出現(xiàn)應(yīng)力平臺，即應(yīng)力不變而應(yīng)變持續(xù)增加，最后出現(xiàn)應(yīng)變，即應(yīng)力不變而應(yīng)變持續(xù)增加，最后出現(xiàn)應(yīng)變強(qiáng)化導(dǎo)致材料斷裂。強(qiáng)化導(dǎo)致材料斷裂。聚合物的應(yīng)力聚合物的應(yīng)力- -應(yīng)變行為應(yīng)變行為受受溫度溫度、應(yīng)變速應(yīng)變速率率的影響很大。的影響很大。(1)(1)熱塑性聚合物的變形熱塑性聚合物的變形1 1）熱塑性聚合物的應(yīng)力）熱塑性聚合物的

51、應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線L比例極限比例極限y屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度b斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度聚合物的變形行為與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)：聚合物的變形行為與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)：聚合物由大分子鏈構(gòu)成，大分子鏈一般都具有柔性，除了整個分子的相對運(yùn)動外，還可實(shí)現(xiàn)分子不同鏈段之間的相對運(yùn)動。分子的運(yùn)動依賴于溫度和時間，具有明顯的松弛特性。分子的運(yùn)動依賴于溫度和時間，具有明顯的松弛特性。6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形 屈服特點(diǎn)：屈服特點(diǎn)： 聚合物的屈服應(yīng)變和斷裂伸長比金屬高得多；聚合物的屈服應(yīng)變和斷裂伸長比金屬高得多； 屈服后出現(xiàn)應(yīng)變軟化；屈服后出現(xiàn)應(yīng)變軟化； 其屈服應(yīng)力強(qiáng)烈地依賴于溫度和應(yīng)變速率。其屈服應(yīng)力強(qiáng)烈地依賴于

52、溫度和應(yīng)變速率。 冷拉：冷拉： 試樣在拉斷前卸載，或試樣因被拉斷而自動卸載，拉伸中產(chǎn)生的大量變試樣在拉斷前卸載，或試樣因被拉斷而自動卸載，拉伸中產(chǎn)生的大量變形除少量可恢復(fù)外，大部分變形將保留下來的拉伸過程。形除少量可恢復(fù)外，大部分變形將保留下來的拉伸過程。 聚合物的冷拉變形是目前制備高模量和高強(qiáng)度纖維的重要工藝聚合物的冷拉變形是目前制備高模量和高強(qiáng)度纖維的重要工藝。2 2）屈服與冷拉）屈服與冷拉 A A點(diǎn)是屈服點(diǎn)點(diǎn)是屈服點(diǎn)，A點(diǎn)前是彈性區(qū)域；A點(diǎn)后，材料呈現(xiàn)塑性行為；到達(dá)A點(diǎn)時，試樣截面突然變得不均勻，出現(xiàn)“細(xì)頸”。A點(diǎn)以后，載荷增加不多或幾乎不增加，試樣應(yīng)變卻大幅度增加。其中AB段應(yīng)變增加、

53、應(yīng)變增加、應(yīng)力反而下降，應(yīng)力反而下降，稱作“應(yīng)變軟化應(yīng)變軟化”；由B B到到C C點(diǎn)點(diǎn)就是高聚物特有的頸縮階段，高聚物特有的頸縮階段，“細(xì)頸”沿樣品擴(kuò)展；C點(diǎn)以后，應(yīng)力急劇增加應(yīng)力急劇增加，試樣才能產(chǎn)生一定的應(yīng)變，試樣才能產(chǎn)生一定的應(yīng)變，稱作“取向硬化取向硬化”，這一階段，成頸后的試樣被均勻拉伸，直至D點(diǎn)材料發(fā)生斷裂。相應(yīng)于相應(yīng)于D D點(diǎn)的應(yīng)力稱為斷裂強(qiáng)度點(diǎn)的應(yīng)力稱為斷裂強(qiáng)度b b。材料的楊氏模量材料的楊氏模量E E是應(yīng)力應(yīng)變曲線起始部分的斜率。是應(yīng)力應(yīng)變曲線起始部分的斜率。 玻璃態(tài)高聚物在脆化溫度玻璃態(tài)高聚物在脆化溫度T Tb b與玻璃化溫度與玻璃化溫度T Tg g之間和結(jié)晶性聚合物在脆化溫

54、度之間和結(jié)晶性聚合物在脆化溫度T Tb b與熔融與熔融溫度溫度T Tm m之間典型的拉伸應(yīng)力應(yīng)變?nèi)∠蛞约霸嚇有螤畹淖兓^程如圖所示。之間典型的拉伸應(yīng)力應(yīng)變?nèi)∠蛞约霸嚇有螤畹淖兓^程如圖所示。6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形由于聚合物材料的品種繁多，它們在室溫和通常拉伸速度下的應(yīng)力由于聚合物材料的品種繁多，它們在室溫和通常拉伸速度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出復(fù)雜的情況。按照拉伸過程中屈服點(diǎn)的表現(xiàn)、伸長率的應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出復(fù)雜的情況。按照拉伸過程中屈服點(diǎn)的表現(xiàn)、伸長率的大小以及斷裂情況，大小以及斷裂情況，大致可分為五種類型大致可分為五種類型，即：，即：硬而脆；硬而強(qiáng)；強(qiáng)而硬而脆；硬而強(qiáng)；強(qiáng)而韌；軟

55、而韌；軟而弱韌；軟而韌；軟而弱。見圖示。見圖示。圖圖 聚合物的五種類型應(yīng)力應(yīng)變曲線聚合物的五種類型應(yīng)力應(yīng)變曲線 韌性聚合物單向拉伸至屈服點(diǎn)時，?？煽吹皆嚇由铣霈F(xiàn)與拉伸方向成韌性聚合物單向拉伸至屈服點(diǎn)時，常可看到試樣上出現(xiàn)與拉伸方向成大約大約4545角的剪切滑移變形帶角的剪切滑移變形帶（簡稱剪切帶），（簡稱剪切帶），見圖所示。說明該種材見圖所示。說明該種材料的屈服過程，剪切應(yīng)力分量起著重要作用。料的屈服過程，剪切應(yīng)力分量起著重要作用。 6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形3 3）剪切帶與銀紋）剪切帶與銀紋在剪切帶中存在較大的剪切應(yīng)變，其值在在剪切帶中存在較大的剪切應(yīng)變，其值在1.01.02.22.2之間，并且有明顯之間，并且有明顯的雙折射現(xiàn)象。的雙折射現(xiàn)象。表明分子鏈?zhǔn)歉叨热∠虻模∠蚍较虿皇峭饬Ψ较?，也不是剪切力表明分子鏈?zhǔn)歉叨热∠虻模∠蚍较虿皇峭饬Ψ较?，也不是剪切力分量最大的方向，而是接近于外力和剪切力合力的方向。分量最大的方向，而是接近于外力和剪切力合力的方向?剪切帶剪切帶圖圖 PC PC試樣試樣“細(xì)頸細(xì)頸”開始時剪切帶形成的顯微圖（箭頭表示施加的張應(yīng)力的方向）開始時剪切帶形成的顯微圖（箭頭表示施加的張應(yīng)力的方向）6.6 6.6 聚合物的變形聚合物的變形3 3）剪切帶與銀紋）剪切帶與銀紋銀紋銀紋銀紋