第三章金屬形變與再結(jié)晶(第8-10講)

1、2101121111263aaa312111333bbabc222()263aaaCACA4111 1111101113a(112)1113a材料不同，其彈、塑性性能差異很大材料不同，其彈、塑性性能差異很大塑性變形，對(duì)鍛、軋、拉、擠有重要作用，塑性變形，對(duì)鍛、軋、拉、擠有重要作用， 對(duì)鑄造、熱處理則對(duì)鑄造、熱處理則 要盡量避免要盡量避免 彈性變形（彈性變形（elastic deformation）塑性變形（塑性變形（plastic deformation）外力外力 材料材料外形尺寸變化外形尺寸變化內(nèi)部組織、性能變化內(nèi)部組織、性能變化 塑性變形塑性變形1彈性變形彈性變形(Elastic Defo

2、rmation) 低碳鋼的拉伸試驗(yàn)低碳鋼的拉伸試驗(yàn) 彈性變形彈性變形: 可逆性可逆性 外力去處后可完全恢復(fù)外力去處后可完全恢復(fù) 本質(zhì)本質(zhì):可從原子間結(jié)合力的可從原子間結(jié)合力的角度來(lái)了解之角度來(lái)了解之 E-modulus of elasticity (Youngs modulus) G-shear modulus -poissons ratioG = E/2(1+) 2. 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形Plastic Deformation of Single Crystal 塑性變形塑性變形滑移滑移 Slip孿生孿生 Twinning晶界滑動(dòng)晶界滑動(dòng) Grain boundary Slidi

3、ng擴(kuò)散性蠕變擴(kuò)散性蠕變 Diffusional Creepnmh200單晶體的拉伸試驗(yàn)單晶體的拉伸試驗(yàn)塑性變形的不均勻性塑性變形的不均勻性滑移帶（滑移帶（Slip band) 滑移線滑移線 （Slip line）nmd20沿一定的晶面、一定晶向進(jìn)行沿一定的晶面、一定晶向進(jìn)行滑移面滑移面Slip plane滑移方向滑移方向Slip direction滑移系滑移系 晶體中一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向組成晶體中一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向組成滑移的空間取向滑移的空間取向（ Slip system ）晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同 （Number of slip s

4、ystems） fcc：111 有四組，而每個(gè)有四組，而每個(gè) (111) 面上共有三個(gè)面上共有三個(gè) 110， 故共有故共有 4312 個(gè)滑移系個(gè)滑移系 hcp：1個(gè)個(gè)(0001)面面 3個(gè)個(gè)方向方向133個(gè)滑移系個(gè)滑移系 bcc： 110面共有面共有6組，每個(gè)組，每個(gè)110上有上有2個(gè)個(gè)方向方向 12組組 112 1個(gè)個(gè) 24組組 123 1個(gè)個(gè) 故共有故共有6212124148個(gè)滑移系個(gè)滑移系 一般滑移系愈多，滑移過(guò)程中可能采取的空間取向也就愈一般滑移系愈多，滑移過(guò)程中可能采取的空間取向也就愈多，這種材料的塑性就愈好。多，這種材料的塑性就愈好。coscos滑移滑移圓柱形試樣單向拉伸時(shí)作用在滑

5、移面上沿滑移方向的圓柱形試樣單向拉伸時(shí)作用在滑移面上沿滑移方向的coscoscosAP其中其中AP為作用在試樣橫斷面上的拉伸應(yīng)力為作用在試樣橫斷面上的拉伸應(yīng)力為取向因子（為取向因子（Schmid）（臨界分切應(yīng)力）（臨界分切應(yīng)力） c 取決晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體類型、純度（雜取決晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體類型、純度（雜 質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無(wú)關(guān)。質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無(wú)關(guān)。 一切影響位錯(cuò)滑移難易程度的因素均影響一切影響位錯(cuò)滑移難易程度的因素均影響 ccoscossccoscoscs屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度當(dāng)當(dāng) 90或或 90 時(shí)，時(shí)， s 晶體不能產(chǎn)生滑移晶體不能產(chǎn)

6、生滑移只有當(dāng)只有當(dāng) 45 時(shí)，時(shí)， smin （2 c）首先發(fā)生滑移首先發(fā)生滑移取向因子小的稱為取向因子小的稱為硬取向硬取向，取向因子大的稱為，取向因子大的稱為軟取向。軟取向?；泼嫔习l(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)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)空間取向發(fā)生變化空間取向發(fā)生變化晶體滑移晶體滑移在在拉伸拉伸時(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)使滑移面和滑移方向時(shí)使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸垂直垂直21轉(zhuǎn)動(dòng)的原因轉(zhuǎn)動(dòng)的原因兩對(duì)力偶：兩對(duì)力偶：為上下兩滑移面的法向分應(yīng)力為上下兩滑移面的法向分應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移面轉(zhuǎn)至軸在該力偶作

7、用下，使滑移面轉(zhuǎn)至軸向平行向平行21 垂直于滑移方向的分切應(yīng)力垂直于滑移方向的分切應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移方向轉(zhuǎn)到最大在該力偶作用下，使滑移方向轉(zhuǎn)到最大分切應(yīng)力方向分切應(yīng)力方向21是是/滑移方向的真正引起滑滑移方向的真正引起滑移的有效分切應(yīng)力移的有效分切應(yīng)力在兩對(duì)力偶的作用下，滑移方向力圖趨向拉伸軸方向在兩對(duì)力偶的作用下，滑移方向力圖趨向拉伸軸方向！晶體滑移晶體滑移晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)位向變化位向變化取向因子變化取向因子變化 分切應(yīng)力值變化分切應(yīng)力值變化幾何幾何硬硬軟軟化現(xiàn)象化現(xiàn)象5. 多系滑移多系滑移 Multiple slip 外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大的滑移系外力下，滑移首先發(fā)生在

8、分切應(yīng)力最大的滑移系原始滑移系（原始滑移系（primary slip system）上。但由于伴隨）上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)空間位向變化空間位向變化另一組原取向不利（硬取向）另一組原取向不利（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，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱移，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱為多系滑移。為多系滑移?；品较蛄D趨向拉伸軸方向滑移方向力圖趨向拉伸軸方向 1. 孿生變形過(guò)程孿生變形過(guò)程 孿生是在切應(yīng)力作用下沿特定的晶面（孿生是在切應(yīng)力作用下沿特定的晶面（twin pla

9、ne）與晶向（與晶向（twin direction）產(chǎn)生的均勻切變。發(fā)生孿生的）產(chǎn)生的均勻切變。發(fā)生孿生的區(qū)域稱為孿晶帶（區(qū)域稱為孿晶帶（twin band）。）。2. 孿晶的形成孿晶的形成變形（機(jī)械）孿晶：變形產(chǎn)生變形（機(jī)械）孿晶：變形產(chǎn)生 呈透鏡狀或片狀呈透鏡狀或片狀生生 長(zhǎng)長(zhǎng) 孿孿 晶晶 ：晶體生長(zhǎng)過(guò)程中形成：晶體生長(zhǎng)過(guò)程中形成退退 火火 孿孿 晶晶 ：退火過(guò)程中形成：退火過(guò)程中形成形核形核長(zhǎng)大長(zhǎng)大兩個(gè)階段兩個(gè)階段變形孿晶的生長(zhǎng)大致可分為變形孿晶的生長(zhǎng)大致可分為 孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件下才會(huì)發(fā)生。例如，

10、下才會(huì)發(fā)生。例如，Mg孿生所需孿生所需 c4.934.34.934.3MPa,而滑移時(shí)而滑移時(shí) c僅為僅為0.49MPa。但孿晶的長(zhǎng)大速度極快（與沖擊波的速度相當(dāng)）有相當(dāng)數(shù)。但孿晶的長(zhǎng)大速度極快（與沖擊波的速度相當(dāng)）有相當(dāng)數(shù)量的能量被釋放出來(lái)，故?？陕犚娒黠@可聞量的能量被釋放出來(lái)，故常可聽見明顯可聞“咔、嚓咔、嚓”聲，也稱孿生聲，也稱孿生吼叫。吼叫。通過(guò)單純孿生達(dá)到的變形量是極為有限的，如通過(guò)單純孿生達(dá)到的變形量是極為有限的，如Zn單晶，孿生單晶，孿生只能獲得只能獲得7.27.4伸長(zhǎng)率，遠(yuǎn)小于滑移所作的貢獻(xiàn)。但是孿伸長(zhǎng)率，遠(yuǎn)小于滑移所作的貢獻(xiàn)。但是孿生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有

11、利于發(fā)生生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進(jìn)一步的滑移，獲得很大變形量，故間接滑移的位置，激發(fā)進(jìn)一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢獻(xiàn)卻很大。貢獻(xiàn)卻很大。孿生的機(jī)制：借助位錯(cuò)增殖的極軸機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。孿生的機(jī)制：借助位錯(cuò)增殖的極軸機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3. 孿生形變的意義孿生形變的意義銅單晶銅單晶在在4.2K的拉伸曲線的拉伸曲線111（）101(111)011映象規(guī)則確定的滑移系，其取向因子大于后者。 2. 滑移系的取向因子：111（）101三三 扭折扭折 Kink hcp的的Cd壓縮時(shí)，外力與壓縮時(shí)，外力與(0001)面平行，面平行，故在故在(0001)面的面的 0，

12、若此時(shí)孿生過(guò)程的阻，若此時(shí)孿生過(guò)程的阻力也很大，不能進(jìn)行。為了使晶體的形狀與力也很大，不能進(jìn)行。為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)，晶外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)，晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。 扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對(duì)稱變化。扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對(duì)稱變化。 扭折是為適應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形方式，扭折是為適應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形方式，對(duì)變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)對(duì)變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)生斷裂。另外由于扭折引起晶體的再取向，即有可能使扭折生斷裂。另外由

13、于扭折引起晶體的再取向，即有可能使扭折帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，促使晶體形變能力進(jìn)一步帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，促使晶體形變能力進(jìn)一步發(fā)揮。發(fā)揮。四 塑變的位錯(cuò)機(jī)制2Gm1. 滑移的位錯(cuò)機(jī)制滑移的位錯(cuò)機(jī)制 根據(jù)剛性滑移模型推導(dǎo)出的理論切變強(qiáng)度根據(jù)剛性滑移模型推導(dǎo)出的理論切變強(qiáng)度(G一般為一般為104105MPa），即使采用修正值），即使采用修正值30G與實(shí)測(cè)值（約為與實(shí)測(cè)值（約為110MPa）之間相差）之間相差34個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 位錯(cuò)概念引入解決這一矛盾。因?yàn)槲诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)只要求位錯(cuò)概念引入解決這一矛盾。因?yàn)槲诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)只要求其中心附近少數(shù)原子移動(dòng)很小的距離（小于一個(gè)原子間距），其中心

14、附近少數(shù)原子移動(dòng)很小的距離（小于一個(gè)原子間距），因此所需的應(yīng)力要比晶體作整體剛性滑移時(shí)小得多。這樣借因此所需的應(yīng)力要比晶體作整體剛性滑移時(shí)小得多。這樣借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)晶體逐步滑移。助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)晶體逐步滑移。)1 (2exp12)2exp(12bvavGbwvGNP 從上式可知從上式可知ab則則 故晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集故晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集的晶面并沿著最密集的晶向進(jìn)行。的晶面并沿著最密集的晶向進(jìn)行。溫度越低，溫度越低，G越大，派納力越大，派納力越大，滑移越困難。越大，滑移越困難。 除點(diǎn)陣阻力外，位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷、其他位錯(cuò)、晶界、第二相除點(diǎn)陣阻力外，位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷、

15、其他位錯(cuò)、晶界、第二相 質(zhì)點(diǎn)等交互作用，對(duì)位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體質(zhì)點(diǎn)等交互作用，對(duì)位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化強(qiáng)化 A. 晶體在滑移過(guò)程中的位錯(cuò)增殖（晶體在滑移過(guò)程中的位錯(cuò)增殖（proliferation of dislocations） 滑移線臺(tái)階滑移線臺(tái)階nb200nm（上千個(gè)（上千個(gè)b相同的位錯(cuò)滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)）故晶相同的位錯(cuò)滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)）故晶體塑變時(shí)產(chǎn)生的大量滑移帶，必然是為數(shù)眾多的位錯(cuò)進(jìn)行滑移的結(jié)體塑變時(shí)產(chǎn)生的大量滑移帶，必然是為數(shù)眾多的位錯(cuò)進(jìn)行滑移的結(jié)果。果。 一般經(jīng)充分退火的金屬，位錯(cuò)密度約為一般經(jīng)充分退火的金屬，位錯(cuò)密度約為 106 cm-2 經(jīng)強(qiáng)烈塑性變形后

16、，位錯(cuò)密度增至經(jīng)強(qiáng)烈塑性變形后，位錯(cuò)密度增至 1012 cm-2 F-R源動(dòng)作過(guò)程源動(dòng)作過(guò)程LGbrGbc2LGbrGbc2 只有只有 c時(shí)才能使時(shí)才能使FR源開動(dòng)，并源源不斷地產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)。源開動(dòng)，并源源不斷地產(chǎn)生位錯(cuò)環(huán)。在塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)不斷地生成，位錯(cuò)間的交截越來(lái)越頻繁。在塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)不斷地生成，位錯(cuò)間的交截越來(lái)越頻繁。 可動(dòng)位錯(cuò)線段也越短可動(dòng)位錯(cuò)線段也越短L c (加工硬化加工硬化)。FR位錯(cuò)增殖機(jī)制位錯(cuò)增殖機(jī)制已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。位錯(cuò)在晶界位錯(cuò)在晶界上產(chǎn)生塞積上產(chǎn)生塞積塞積群中的位錯(cuò)所受的作用力：塞積群中的位錯(cuò)所受的作用力： (1) 外加切應(yīng)力外加切應(yīng)力 0所產(chǎn)生

17、的滑移力所產(chǎn)生的滑移力 Fd 0 b (2) 位錯(cuò)間的相互排斥力位錯(cuò)間的相互排斥力 (3) 障礙物的阻力障礙物的阻力 僅作用在領(lǐng)先位錯(cuò)上僅作用在領(lǐng)先位錯(cuò)上由此可見在塞積群中位錯(cuò)的分布是不均勻的，越靠近障礙由此可見在塞積群中位錯(cuò)的分布是不均勻的，越靠近障礙物，位錯(cuò)間距越小。物，位錯(cuò)間距越小。位錯(cuò)塞積群的一個(gè)重要效應(yīng)就是在它的前端會(huì)引起應(yīng)力集位錯(cuò)塞積群的一個(gè)重要效應(yīng)就是在它的前端會(huì)引起應(yīng)力集中，其數(shù)值等于外加切應(yīng)力中，其數(shù)值等于外加切應(yīng)力n倍：倍：GbLkn020) 1(16iknGbxi0n210Gb平衡時(shí)平衡時(shí)位錯(cuò)數(shù)：位錯(cuò)數(shù)：k為系數(shù)為系數(shù)刃位錯(cuò)刃位錯(cuò) k1-v刃位錯(cuò)刃位錯(cuò) k1根據(jù)每個(gè)位錯(cuò)的

18、受力情況，可導(dǎo)出每個(gè)位錯(cuò)的位置，以根據(jù)每個(gè)位錯(cuò)的受力情況，可導(dǎo)出每個(gè)位錯(cuò)的位置，以xi表示從障礙物開始計(jì)到第表示從障礙物開始計(jì)到第i個(gè)位錯(cuò)距離：個(gè)位錯(cuò)距離：塞積群周圍所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與一個(gè)具有塞積群周圍所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與一個(gè)具有nb的大位錯(cuò)所產(chǎn)的大位錯(cuò)所產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)相當(dāng)。顯然此應(yīng)力場(chǎng)反作用于位錯(cuò)源，并有可能生應(yīng)力場(chǎng)相當(dāng)。顯然此應(yīng)力場(chǎng)反作用于位錯(cuò)源，并有可能使其停止開動(dòng)使其停止開動(dòng)加工硬化加工硬化 0: :無(wú)外加硬化時(shí)所需切應(yīng)力無(wú)外加硬化時(shí)所需切應(yīng)力:與材料有關(guān)常數(shù)與材料有關(guān)常數(shù)0.30.50.30.51晶粒取向的影響晶粒取向的影響 外力外力F作用下作用下處于有利取向晶粒先開始滑移處于有利取向晶粒先開

19、始滑移處于不利取向晶粒還末開始滑移處于不利取向晶粒還末開始滑移變形不均勻變形不均勻?yàn)楸３诌B續(xù)性，周圍晶粒變形必須相互制約，相互協(xié)調(diào)為保持連續(xù)性，周圍晶粒變形必須相互制約，相互協(xié)調(diào))0(zzyyxxVV二二. 晶界的阻滯效應(yīng)晶界的阻滯效應(yīng) 多晶體塑性變形的另一個(gè)特點(diǎn)是晶界對(duì)變形過(guò)程的阻礙多晶體塑性變形的另一個(gè)特點(diǎn)是晶界對(duì)變形過(guò)程的阻礙作用。對(duì)只有作用。對(duì)只有23個(gè)晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。個(gè)晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。因晶界（尤其是大角晶界）處因晶界（尤其是大角晶界）處原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)原子排列不規(guī)則，點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重，再加上晶界兩側(cè)的晶粒取重，再加上晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移面和滑移方向彼

20、向不同，滑移面和滑移方向彼此不一致之緣故。此不一致之緣故。晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界處變形量較少，塑變抗力處變形量較少，塑變抗力大，可觀察到位錯(cuò)的塞積大，可觀察到位錯(cuò)的塞積210KdsHall-Petch公式：公式：屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度相當(dāng)于單晶體的屈服強(qiáng)度相當(dāng)于單晶體的屈服強(qiáng)度晶粒平均直徑晶粒平均直徑常數(shù)，相鄰晶粒位向差對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響關(guān)系常數(shù)，相鄰晶粒位向差對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響關(guān)系與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)系普遍的關(guān)系式，金屬材料如此，亞晶的系普遍的關(guān)系式，金屬材料如此，亞晶的尺寸與尺寸與 s的關(guān)系，塑性材料流變應(yīng)力和晶的關(guān)系，塑性材料流變應(yīng)力和晶粒尺寸，脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶

21、粒大小粒尺寸，脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小關(guān)系以及金屬的疲勞強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系以及金屬的疲勞強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系也可用霍爾關(guān)系也可用霍爾-佩奇公式來(lái)表達(dá)佩奇公式來(lái)表達(dá)2. 對(duì)高溫強(qiáng)度的影響對(duì)高溫強(qiáng)度的影響 低溫時(shí)：晶界強(qiáng)度低溫時(shí)：晶界強(qiáng)度晶內(nèi)強(qiáng)度晶內(nèi)強(qiáng)度 加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響 晶界對(duì)滑移有阻滯作用晶界對(duì)滑移有阻滯作用等強(qiáng)溫度等強(qiáng)溫度Tk： s晶界晶界 s晶內(nèi)晶內(nèi)四四. 多晶體的應(yīng)力多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線與單晶相比，一般不出現(xiàn)硬化第一階段，易滑移階段。只與單晶相比，一般不出現(xiàn)硬化第一階段，易滑移階段。只有有、線性硬化和拋物性硬化階段，呈現(xiàn)明顯的晶界阻

22、線性硬化和拋物性硬化階段，呈現(xiàn)明顯的晶界阻滯效應(yīng)和很高的硬化系數(shù)。滯效應(yīng)和很高的硬化系數(shù)。沒有明顯屈服點(diǎn)沒有明顯屈服點(diǎn)Yield point 0.20.2 應(yīng)力平臺(tái)的應(yīng)力點(diǎn)稱為下屈服點(diǎn)，在幾乎是恒定的應(yīng)力下發(fā)應(yīng)力平臺(tái)的應(yīng)力點(diǎn)稱為下屈服點(diǎn)，在幾乎是恒定的應(yīng)力下發(fā)生的延長(zhǎng)稱為屈服伸長(zhǎng)。應(yīng)力平臺(tái)上每一個(gè)波動(dòng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)新生的延長(zhǎng)稱為屈服伸長(zhǎng)。應(yīng)力平臺(tái)上每一個(gè)波動(dòng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)新的形變帶，即新的形變帶，即新Lders bond，當(dāng)，當(dāng)Lders bond擴(kuò)展至試樣整個(gè)擴(kuò)展至試樣整個(gè)長(zhǎng)度后，屈服伸長(zhǎng)階段就告結(jié)束，應(yīng)力又隨應(yīng)變單調(diào)增加，開長(zhǎng)度后，屈服伸長(zhǎng)階段就告結(jié)束，應(yīng)力又隨應(yīng)變單調(diào)增加，開始均勻塑性變形階段。

23、始均勻塑性變形階段。拉伸曲線應(yīng)力突然下降的點(diǎn)稱上屈服拉伸曲線應(yīng)力突然下降的點(diǎn)稱上屈服點(diǎn)：試樣開始屈服，發(fā)生明顯的塑性點(diǎn)：試樣開始屈服，發(fā)生明顯的塑性變形。在試樣表面觀察到與縱軸（拉變形。在試樣表面觀察到與縱軸（拉伸軸）約呈伸軸）約呈45的應(yīng)變痕跡的應(yīng)變痕跡呂德斯呂德斯帶（帶（Lders bond）它與試樣的未變）它與試樣的未變形部分有明顯的界線。它與滑移帶不形部分有明顯的界線。它與滑移帶不同，同， Lders bond穿過(guò)了試樣橫截面穿過(guò)了試樣橫截面上的各個(gè)晶粒。它是一種宏觀可見皺上的各個(gè)晶粒。它是一種宏觀可見皺紋，也稱表面桔皮，在沖壓產(chǎn)品中需紋，也稱表面桔皮，在沖壓產(chǎn)品中需避免。避免。 屈服

24、現(xiàn)象機(jī)理屈服現(xiàn)象機(jī)理 溶質(zhì)原子與位錯(cuò)之間的交互作用溶質(zhì)原子與位錯(cuò)之間的交互作用(Cottrell氣團(tuán)氣團(tuán))來(lái)解釋位錯(cuò)來(lái)解釋位錯(cuò) 的釘扎作用。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)必須掙脫這氣團(tuán)，因而所需應(yīng)力較的釘扎作用。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)必須掙脫這氣團(tuán)，因而所需應(yīng)力較 高高上屈服點(diǎn)；一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎后便能在較低應(yīng)力上屈服點(diǎn)；一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎后便能在較低應(yīng)力 下運(yùn)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)下屈服點(diǎn)。下屈服點(diǎn)。 可動(dòng)位錯(cuò)密度很低之緣故可動(dòng)位錯(cuò)密度很低之緣故 材料塑性變形的應(yīng)變速率材料塑性變形的應(yīng)變速率 與可動(dòng)位錯(cuò)密度與可動(dòng)位錯(cuò)密度 之間關(guān)系：之間關(guān)系： 由于塑性變形前由于塑性變形前 m較低，維持一定較低，維持一定 勢(shì)必要求勢(shì)必要求v ，即，即需要較大

25、的應(yīng)力需要較大的應(yīng)力上屈服點(diǎn)，一旦變形開始后，位錯(cuò)迅速上屈服點(diǎn)，一旦變形開始后，位錯(cuò)迅速增殖增殖 m,為維持一定為維持一定 ，則必然，則必然v 下屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)pppvbmpm位錯(cuò)的柏氏矢量位錯(cuò)的柏氏矢量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的平均速度位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的平均速度由試驗(yàn)機(jī)夾頭的運(yùn)動(dòng)速度由試驗(yàn)機(jī)夾頭的運(yùn)動(dòng)速度決定，接近于恒值決定，接近于恒值0)(mv應(yīng)力敏感系數(shù)應(yīng)力敏感系數(shù)位錯(cuò)作單位速度位錯(cuò)作單位速度運(yùn)動(dòng)所需應(yīng)力運(yùn)動(dòng)所需應(yīng)力位錯(cuò)受到有效切應(yīng)力位錯(cuò)受到有效切應(yīng)力 溶質(zhì)原子的濃度溶質(zhì)原子的濃度固溶強(qiáng)化因素固溶強(qiáng)化因素 rx/rm相差愈大相差愈大固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 間隙原子強(qiáng)化效果比置換原子的強(qiáng)間隙原子強(qiáng)化效果比置換原子的強(qiáng)

26、溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差愈大，固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差愈大，固溶強(qiáng)化 效果愈顯著效果愈顯著固溶強(qiáng)化影響因素固溶強(qiáng)化影響因素2211ff2211efef121 ff f1 、f2 為兩相的體積分?jǐn)?shù)為兩相的體積分?jǐn)?shù)兩相應(yīng)力相等時(shí)，則合金的平均應(yīng)變?yōu)閮上鄳?yīng)力相等時(shí)，則合金的平均應(yīng)變?yōu)?這類合金在發(fā)生形變時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，當(dāng)較強(qiáng)這類合金在發(fā)生形變時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，當(dāng)較強(qiáng)相數(shù)量小時(shí)，則塑性變形基本上在較弱相中；只有當(dāng)?shù)诙噍^強(qiáng)時(shí)，相數(shù)量小時(shí)，則塑性變形基本上在較弱相中；只有當(dāng)?shù)诙噍^強(qiáng)時(shí)，且占有一定體積分?jǐn)?shù)（如且占有一定體積分?jǐn)?shù)（如f20.3）才能

27、起明顯的強(qiáng)化作用。）才能起明顯的強(qiáng)化作用。 （ ）b）一相為塑性相，另一相為脆性相時(shí)，則合金的機(jī)械性能在很大程度）一相為塑性相，另一相為脆性相時(shí)，則合金的機(jī)械性能在很大程度 上取決于硬脆相的存在數(shù)量及其形狀、大小和分布情況。上取決于硬脆相的存在數(shù)量及其形狀、大小和分布情況。 鋼中鋼中Fe3C存在數(shù)量和形貌就是明顯一例存在數(shù)量和形貌就是明顯一例位錯(cuò)彎曲曲率半徑位錯(cuò)彎曲曲率半徑粒子間距粒子間距當(dāng)?shù)诙辔⒘Ｓ鷱浬⒓戳Ｗ娱g距當(dāng)?shù)诙辔⒘Ｓ鷱浬⒓戳Ｗ娱g距l(xiāng) 強(qiáng)化作用強(qiáng)化作用沉淀硬化沉淀硬化 Precipitation HardeningGbRGb2位錯(cuò)彎曲曲率半徑粒子間距銅材經(jīng)過(guò)不同程度冷軋后的光學(xué)顯微

28、組織及薄膜透射電鏡像銅材經(jīng)過(guò)不同程度冷軋后的光學(xué)顯微組織及薄膜透射電鏡像210Gb定量關(guān)系式定量關(guān)系式塑變過(guò)程中發(fā)生塑變過(guò)程中發(fā)生強(qiáng)化過(guò)程強(qiáng)化過(guò)程軟化過(guò)程軟化過(guò)程： 位錯(cuò)依靠原子的熱運(yùn)動(dòng)越位錯(cuò)依靠原子的熱運(yùn)動(dòng)越過(guò)短程障礙，在較高溫度過(guò)短程障礙，在較高溫度甚至發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶甚至發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶低溫時(shí)：有強(qiáng)化過(guò)程無(wú)軟化過(guò)程低溫時(shí)：有強(qiáng)化過(guò)程無(wú)軟化過(guò)程高溫時(shí)：主要為軟化過(guò)程高溫時(shí)：主要為軟化過(guò)程中溫時(shí)：變形速率的影響較明顯，中溫時(shí)：變形速率的影響較明顯， 加大變形速率可使加工硬化顯著提高加大變形速率可使加工硬化顯著提高變形速率對(duì)加工變形速率對(duì)加工硬化影響不大硬化影響不大外力作用外力作用施加的總能量施加

29、的總能量逸散能逸散能90儲(chǔ)存能儲(chǔ)存能1010（彈性能）（彈性能）畸變能畸變能 9095%（點(diǎn)陣缺陷）（點(diǎn)陣缺陷）位錯(cuò)位錯(cuò)90空位、其它空位、其它10應(yīng)變能應(yīng)變能 510%宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力90儲(chǔ)存能在變形金屬中的具體表現(xiàn)即為內(nèi)應(yīng)力儲(chǔ)存能在變形金屬中的具體表現(xiàn)即為內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力在變形材料內(nèi)部處于自我平衡狀態(tài)，即作內(nèi)應(yīng)力在變形材料內(nèi)部處于自我平衡狀態(tài)，即作用于變形材料任一截面上的內(nèi)應(yīng)力之和應(yīng)為零用于變形材料任一截面上的內(nèi)應(yīng)力之和應(yīng)為零。軋制軋制工件一般不希望存在宏觀內(nèi)應(yīng)力，特別是表面的張應(yīng)力，其工件一般不希望存在宏觀內(nèi)應(yīng)力，特別是表面的張應(yīng)力，其危害性更大，若它與外力疊加，很容易使工件產(chǎn)生斷裂或變

30、危害性更大，若它與外力疊加，很容易使工件產(chǎn)生斷裂或變形；但有時(shí)如對(duì)承受疲勞載荷的零件來(lái)說(shuō)，表層的殘留壓應(yīng)形；但有時(shí)如對(duì)承受疲勞載荷的零件來(lái)說(shuō)，表層的殘留壓應(yīng)力（可通過(guò)噴丸、滾壓強(qiáng)化），有利于提高其疲勞強(qiáng)度力（可通過(guò)噴丸、滾壓強(qiáng)化），有利于提高其疲勞強(qiáng)度自發(fā)趨勢(shì)二二 、性能變化、性能變化001mR(過(guò)飽和空位的消失)3. 高溫回復(fù) 多邊化 Polygonization刃型位錯(cuò)可獲得足夠能量產(chǎn)生攀移位錯(cuò)排列成墻多邊化結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生單滑移的單晶體中多邊化過(guò)程最為典型 多晶體中，由于多系滑移位錯(cuò)纏結(jié)形成胞狀組織，多邊化不明顯再結(jié)晶的形核機(jī)制再結(jié)晶的形核機(jī)制 變形度較小時(shí)，多晶粒間變形不均勻性而導(dǎo)致多晶粒內(nèi)

31、位錯(cuò)密度不同。為了降低系統(tǒng)的自由能，再結(jié)晶時(shí)，通過(guò)晶界遷移原來(lái)平直的晶界會(huì)向位錯(cuò)密度大的晶粒內(nèi)凸出，在其前沿掃過(guò)的區(qū)域內(nèi)通過(guò)吞食畸變亞晶的方式形成無(wú)畸變的再結(jié)晶晶核。 加熱試指出Cu和-Fe兩晶體易滑移的晶面和晶向，并求出他們的滑移面間距，滑移方向上的原子間及點(diǎn)陣阻力。（已知GCu=48.3GPa，G-Fe=81.6GPa，=0.3）。2）已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa和196MPa，問平均晶粒直徑為0.0196mm的純鐵的屈服強(qiáng)度為多少？N)exp(0RTQNNN)exp(0RTQGGG)3exp(143tGNR恒溫動(dòng)力學(xué)曲線N)3exp(

32、143tGNR假定)exp(1KRBtKRBt11lnNtKBRlglg11lnlgtRlg11lnlg截距斜率此分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果完全吻合，且發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，K不隨T而變 不同T下，各直線基本平行, B則隨T不同而變 作 關(guān)系圖（線性關(guān)系圖）R11lnlgtlgRTQAeV/RTQeAt/1（2.3lgx=lnx）TRQAt1ln1lntQAQRTlg3 . 2lg3 . 21N)11(2112TTRQettNN4/1395. 0)86. 2(GNNGNNG/4/1)/(NGkdNGk為常數(shù)332211sinsinsin1233213211203211.鐵的回復(fù)激活能為88.9 kJ/mol，如果將經(jīng)冷變形的鐵在400下進(jìn)行回復(fù)處理，使其殘留加工硬化為60%需160min，問在450下回復(fù)處理至同樣效果需要多少時(shí)間？2. 已知純鐵經(jīng)冷軋后，在