材料科學(xué)基礎(chǔ)-塑性變形課件

材料科學(xué)基礎(chǔ)Fundamentalofthematerialsscience第六章金屬的塑性變形Plasticdeformationofthemetalmaterials1.材料科學(xué)基礎(chǔ)Fundamentalofthemater6.1金屬變形的三個(gè)階段6.2單晶體的塑性變形★★★6.3多晶體的塑性變形★★★6.4合金的塑性變形6.5塑性變形對(duì)組織與性能的影響★章節(jié)內(nèi)容2.6.1金屬變形的三個(gè)階段章節(jié)內(nèi)容2.應(yīng)力-應(yīng)變曲線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣彈性變形Elasticdeformation6.1.16.1金屬變形的三個(gè)階段3.應(yīng)力-應(yīng)變曲線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣彈性變形Elasticdefor低碳鋼拉伸曲線的4個(gè)階段、3個(gè)特征點(diǎn)

P

e

s

bABCC’DEO

OB：彈性階段（卸載可逆）A：比例極限

PB：彈性極限e

BC’：屈服階段（出現(xiàn)塑性變形）（兩者很接近）

=E

=EE=tan

C：屈服極限

s4.低碳鋼拉伸曲線的4個(gè)階段、3個(gè)特征點(diǎn)PesbAB

C’D:強(qiáng)化階段D：強(qiáng)度極限

b

DE：縮頸階段（局部收縮階段）

0

p

e

t

e:彈性應(yīng)變，

p:塑性應(yīng)變（不可逆的殘余應(yīng)變）

P

e

s

bABCC’DEO

=E卸載曲線卸載后再加載曲線屈服極限提高：冷作硬化，在C’D段內(nèi)卸載曲線為彈性直線E：斷裂點(diǎn)5.C’D:強(qiáng)化階段D：強(qiáng)度極限bDE：縮頸階段（局部試件在彈性極限(Elasticlimit)范圍內(nèi)的變形將完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀。彈性變形Elasticdeformation6.1.16.試件在彈性極限(Elasticlimit)范圍內(nèi)的變形將完對(duì)超過(guò)彈性極限載荷的金屬金屬試件卸載，卸載曲線近似于彈性曲線。彈性變形Elasticdeformation6.1.17.對(duì)超過(guò)彈性極限載荷的金屬金屬試件卸載，卸載曲線近似于彈性曲線彈性變形Elasticdeformation彈性變形(Elasticdeformation)金屬的晶格結(jié)構(gòu)在外力作用下產(chǎn)生的彈性畸變。6.1.18.彈性變形Elasticdeformation彈性變形金屬的彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，服從虎克定律。其中金屬的變形特性CharacteristicsofmetaldeformationE——正變彈性模量G——切變彈性模量表征金屬材料對(duì)彈性變形的抗力。6.1.19.彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，服從虎克定律。其中金屬的變滯彈性彈性變形Elasticdeformation現(xiàn)象：彈性范圍內(nèi)加載或去載，非瞬時(shí)達(dá)到，通過(guò)一種馳豫過(guò)程來(lái)完成。6.1.110.滯彈性彈性變形Elasticdeformation現(xiàn)象：彈重要效應(yīng)：內(nèi)耗應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的不可逆性導(dǎo)致?lián)p耗。即：材料發(fā)生循環(huán)應(yīng)力-彈性應(yīng)變過(guò)程中，要消耗能量（主要轉(zhuǎn)換成熱能而散失掉）的現(xiàn)象。面積=內(nèi)耗彈性變形Elasticdeformation6.1.111.重要效應(yīng)：內(nèi)耗彈性變形Elasticdeformation彈性變形Elasticdeformation現(xiàn)象：一根固溶有少量碳的純鐵絲，使其扭擺，即使完全消除裝置的各種阻力其擺動(dòng)振幅也會(huì)逐漸減小，并最終停止下來(lái)。該過(guò)程中，開始存儲(chǔ)于鐵絲中的彈性能在扭擺過(guò)程中被不斷消耗掉了。能量消耗于材料的內(nèi)部，這就是內(nèi)耗現(xiàn)象。（葛氏擺內(nèi)耗實(shí)驗(yàn)）6.1.112.彈性變形Elasticdeformation現(xiàn)象：一根固溶彈性變形Elasticdeformation實(shí)際：發(fā)條鐘表：希望彈簧本身的內(nèi)耗越低越好。機(jī)床底座：采用灰口鑄鐵，因?yàn)榛铱阼T鐵屬于高內(nèi)耗材料，可以將震動(dòng)能量盡量多的轉(zhuǎn)換消耗掉，達(dá)到降噪效果。6.1.113.彈性變形Elasticdeformation實(shí)際：6.1.金屬在外力作用下發(fā)生不可恢復(fù)的變形而保持其完整性不被破壞的性質(zhì)稱為金屬的塑性(Plasticity)。塑性變形Plasticdeformation6.1.214.金屬在外力作用下發(fā)生不可恢復(fù)的變形而保持其完整性不被破壞的性試件變形達(dá)到其彈性極限后，如果繼續(xù)加載，將發(fā)生不可恢復(fù)的變形，稱為塑性變形(Plasticdeformation)。塑性變形Plasticdeformation6.1.215.試件變形達(dá)到其彈性極限后，如果繼續(xù)加載，將發(fā)生不可恢復(fù)的變形試件完全卸載后，殘留部分不可恢復(fù)的變形εP，即塑性變形。塑性變形塑性變形Plasticdeformation6.1.216.試件完全卸載后，殘留部分不可恢復(fù)的變形εP，即塑性變形。塑性衡量金屬材料塑性好壞的數(shù)量指標(biāo)，稱為塑性指標(biāo)，一般以材料開始破壞時(shí)的塑性變形量來(lái)表示。測(cè)定塑性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法拉伸實(shí)驗(yàn)鐓粗實(shí)驗(yàn)扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)塑性變形Plasticdeformation6.1.217.衡量金屬材料塑性好壞的數(shù)量指標(biāo)，稱為塑性指標(biāo)，一般以材料開始電子拉伸試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試件試件斷口塑性變形Plasticdeformation6.1.218.電子拉伸試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試件試件斷口塑性變形Plasticdef拉伸試驗(yàn)后可確定以下強(qiáng)性指標(biāo)：塑性變形Plasticdeformation6.1.219.拉伸試驗(yàn)后可確定以下強(qiáng)性指標(biāo)：塑性變形Plasticdef

P

e

s

bABCC’DEO

OB：彈性階段（卸載可逆）A：比例極限

PB：彈性極限e

BC’：屈服階段（出現(xiàn)塑性變形）（兩者很接近）

=E

=EE=tan

C：屈服極限

s

C’D:強(qiáng)化階段D：強(qiáng)度極限

b20.PesbABCC’DEOOB：彈性階段（卸載拉伸試驗(yàn)后可確定以下塑性指標(biāo)：(Elongationpercentage)(Reductionofarea)塑性材料>5%脆性材料<5%塑性性能與之成正比塑性變形Plasticdeformation6.1.221.拉伸試驗(yàn)后可確定以下塑性指標(biāo)：(Elongationper斷裂的基本類型1）根據(jù)斷裂前塑性變形大小分類

脆性斷裂；韌性斷裂斷裂（fracture）6.1.32）根據(jù)斷裂面的取向分類

正斷；切斷3）根據(jù)裂紋擴(kuò)展的途徑分類

穿晶斷裂；沿晶斷裂；4）根據(jù)斷裂機(jī)理分類

解理斷裂，微孔聚集型斷裂；純剪切斷裂22.斷裂的基本類型斷裂（fracture）6.1.32）根據(jù)斷23.23.24.24.25.25.斷裂（fracture）斷裂形式微孔聚集型斷裂（塑性）26.斷裂（fracture）斷裂形式微孔聚集型斷裂26.斷裂（fracture）微孔聚集型斷裂——夾雜物、第二相粒子的作用27.斷裂（fracture）微孔聚集型斷裂——夾雜物、第二相粒斷裂（fracture）28.斷裂（fracture）28.解理斷裂（脆性）以極快速率沿一定晶體學(xué)平面，產(chǎn)生的穿晶斷裂。解理面一般是指低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。fcc金屬一般不發(fā)生解理斷裂。解理斷裂總是脆性斷裂。29.解理斷裂（脆性）以極快速率沿一定晶體學(xué)平面，產(chǎn)生的穿晶斷裂。斷裂（fracture）沿晶斷裂30.斷裂（fracture）沿晶斷裂30.cabd31.cabd31.應(yīng)力-應(yīng)變曲線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)容回顧32.應(yīng)力-應(yīng)變曲線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)容回顧32.工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能力，即測(cè)定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak，單位為焦耳（J）。

而用試樣缺口處的截面積F去除Ak，可得到材料的沖擊韌度（沖擊值）指標(biāo)，即ak=Ak/F，其單位為kJ/m2或J/cm2。沖擊功Ak

沖擊韌性ak33.工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料抵抗沖擊載荷的能20世紀(jì)30-40年代，碳鋼，工程結(jié)構(gòu)和部件1.斷裂都發(fā)生在很低的應(yīng)力下2.斷裂往往發(fā)生在嚴(yán)寒的冬天3.都是大型焊接件4.都是脆性斷裂斷裂（fracture）實(shí)際中，部件斷裂時(shí)，所承受的外力往往遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度或彈性極限。即使是“塑性”材料，斷裂前也沒(méi)有明顯的塑性變形。34.20世紀(jì)30-40年代，碳鋼，工程結(jié)構(gòu)和部件斷裂（frac20世紀(jì)60年代提高了鋼種的屈服強(qiáng)度——高強(qiáng)鋼然而斷裂事故反而增多了，低應(yīng)力下發(fā)生斷裂（只有屈服強(qiáng)度的一半）——斷裂力學(xué)斷裂（fracture）原因：1.低溫下特別脆，對(duì)缺陷十分敏感2.焊縫質(zhì)量有問(wèn)題，本身成了缺陷35.20世紀(jì)60年代斷裂（fracture）原因：35.斷裂（fracture）理論斷裂強(qiáng)度36.斷裂（fracture）理論斷裂強(qiáng)度36.斷裂（fracture）37.斷裂（fracture）37.斷裂（fracture）WHY？38.斷裂（fracture）WHY？38.斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性材料中本身存在有裂紋：結(jié)晶中的熱應(yīng)力所致；應(yīng)力集中所致；焊接裂紋；燒結(jié)裂紋等等。實(shí)際強(qiáng)度不是兩相鄰原子面的分離應(yīng)力，而是現(xiàn)成微裂紋的擴(kuò)展應(yīng)力。39.斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性材料斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性40.斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性40斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性41.斷裂（fracture）Griffith理論與斷裂韌性41Orowan修正42.Orowan修正42.斷裂（fracture）裂紋的萌生微裂紋優(yōu)先在微小的氧化物、碳化物等顆粒上形成。43.斷裂（fracture）裂紋的萌生微裂紋優(yōu)先在微小的氧化物斷裂（fracture）裂紋的萌生44.斷裂（fracture）裂紋的萌生44.斷裂（fracture）裂紋的萌生45.斷裂（fracture）裂紋的萌生45.斷裂（fracture）影響材料斷裂的因素內(nèi)因：晶體結(jié)構(gòu)：fcc塑性好、bcc、hcp塑性差成分和組織：金屬越純，塑性越好晶粒度：晶粒細(xì)小，強(qiáng)度、塑韌性均好外因：溫度：低溫易脆斷應(yīng)力狀態(tài)和裂紋：微裂紋大，拉應(yīng)力狀態(tài)，易脆斷應(yīng)變速率：應(yīng)變速率大，易發(fā)生脆性斷裂46.斷裂（fracture）影響材料斷裂的因素內(nèi)因：外因：46滑移(Slip)單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals孿生(Twin)47.滑移單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformati扭折(Kink)單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals48.扭折(Kink)單晶體的塑性變形6.2Plasticdef單晶體的塑性變形6.26.2.2滑移(Slip)Plasticdeformationofsinglecrystals滑移：外力作用下晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生滑動(dòng)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑性變形機(jī)制。49.單晶體的塑性變形6.26.2.2滑移(Slip)Plast單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals50.單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformation單晶體的塑性變形6.2滑移發(fā)生在晶體中的什么位置？滑移過(guò)后會(huì)在晶體上產(chǎn)生什么樣的現(xiàn)象？啟動(dòng)滑移需要多大的外力？滑移過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)哪些附加現(xiàn)象？Plasticdeformationofsinglecrystals51.單晶體的塑性變形6.2滑移發(fā)生在晶體中的什么位置？Plast單晶體的塑性變形6.21.滑移系(Slipsystem)滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面(slipplane)，滑移發(fā)生的晶向稱為滑移方向(slipdirection)，滑移面和滑移方向合稱為滑移系。Plasticdeformationofsinglecrystals52.單晶體的塑性變形6.21.滑移系(Slipsystem)單晶體的塑性變形6.2滑移系Plasticdeformationofsinglecrystals滑移面滑移方向滑移系fcc{111}<110>4×3=12bcc低溫{112}<111>12×3=12中溫{110}<111>6×2=12高溫{123}<111>24×1=24hcpc/a≥1.633(0001)<1120>1×3=3c/a＜1.633{1010}<1120>1×3=3{1011}<1120>2×3=6余永寧，金屬學(xué)原理，冶金工業(yè)出版社，200053.單晶體的塑性變形6.2滑Plasticdeformatio單晶體的塑性變形6.2滑移面——密排面，滑移方向——密排方向?yàn)槭裁疵嫘牧⒎骄w的滑移比體心和密排六方晶體的滑移更容易？Plasticdeformationofsinglecrystals54.單晶體的塑性變形6.2滑移面——密排面，滑移方向——密排方向單晶體的塑性變形6.22.滑移帶與滑移線(SlipbandandSlipline)PlasticdeformationofsinglecrystalsAl單晶55.單晶體的塑性變形6.22.滑移帶與滑移線(Slipba單晶體的塑性變形6.2滑移線SliplinePlasticdeformationofsinglecrystals滑移帶Slipband56.單晶體的塑性變形6.2滑移線Plasticdeformat單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals3.臨界分切應(yīng)力(Criticalresolvingshearstress)57.單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformation單晶體的塑性變形6.2臨界分切應(yīng)力(Criticalresolvingshearstress)FNFλφ滑移方向滑移面法向αA/cosφ?qǐng)A柱的底面積為AF與滑移面法向夾角為φ；F與滑移方向夾角為λPlasticdeformationofsinglecrystals58.單晶體的塑性變形6.2臨界分切應(yīng)力FNFλφ滑移方向滑移面單晶體的塑性變形6.2FNFλφ滑移方向滑移面法向αA/cosφPlasticdeformationofsinglecrystals把滑移系開動(dòng)所需要的最小分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力（CRSS）。

59.單晶體的塑性變形6.2FNFλφ滑移方向滑移面法向αA/co單晶體的塑性變形6.2稱為取向因子，或Schmid因子。Plasticdeformationofsinglecrystals高純鋅單晶的屈服強(qiáng)度與取向因子的關(guān)系屈服強(qiáng)度取向因子60.單晶體的塑性變形6.2稱為取向因子，Plasticdefo單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals軟取向硬取向硬取向試件斷口61.單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformation單晶體的塑性變形6.24.滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)Plasticdeformationofsinglecrystals拉伸滑移方向//拉伸軸62.單晶體的塑性變形6.24.滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)Plastic單晶體的塑性變形6.2滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)Plasticdeformationofsinglecrystals壓縮滑移面⊥壓縮軸63.單晶體的塑性變形6.2滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)Plasticdef單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.2滑移發(fā)生在晶體中的什么位置？滑移發(fā)生在固定的滑移系上?；七^(guò)后會(huì)在晶體上產(chǎn)生什么樣的現(xiàn)象？試樣表面會(huì)產(chǎn)生滑移線和滑移帶。啟動(dòng)滑移需要多大的外力？滑移過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)哪些附加現(xiàn)象？晶體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。64.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形6.265.單晶體的塑性變形6.265.單晶體的塑性變形6.266.單晶體的塑性變形6.266.單晶體的塑性變形6.267.單晶體的塑性變形6.267.單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals補(bǔ)充：多滑移和交滑移(PolyslipandCross-slip)當(dāng)外力的取向使2個(gè)或多個(gè)滑移系上的分切應(yīng)力均達(dá)到臨界分切應(yīng)力值時(shí)，這些滑移系可以同時(shí)開動(dòng)而發(fā)生多系滑移。6.268.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals幾何硬化：如果晶體滑移面原來(lái)處于其法線與外力軸夾角接近45o的位向，經(jīng)滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)后，就會(huì)轉(zhuǎn)到此夾角越來(lái)越遠(yuǎn)離45o的位向，從而使滑移變得越來(lái)越困難。

幾何軟化：經(jīng)滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)后，一些原來(lái)角度遠(yuǎn)離45o的晶面將轉(zhuǎn)到接近45o，使滑移變得容易進(jìn)行。6.269.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.270.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.271.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals以面心立方為例討論多滑移6.272.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals開動(dòng)的具體滑移系及數(shù)目與力軸的關(guān)系：三角形內(nèi)：1個(gè)；邊上：2個(gè)；2次軸上：4個(gè)；三次軸上：6個(gè)；4次軸上：8個(gè)6.273.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals發(fā)生多系滑移時(shí)，在拋光表面看到不止一組的滑移線，而是兩組或多組交叉的滑移線。由于多個(gè)滑移系開動(dòng)，位錯(cuò)交截產(chǎn)生割階及位錯(cuò)帶著割階運(yùn)動(dòng)等原因使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，因而強(qiáng)度增大。6.274.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals交滑移(Cross-slip)：兩個(gè)或多個(gè)滑移面共同按1個(gè)滑移方向滑移稱交滑移。交滑移不是幾個(gè)面“同時(shí)”，而是“順序”滑移。6.275.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.276.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof課堂練習(xí)77.課堂練習(xí)77.課堂練習(xí)2.面心立方單晶以[131]為力軸，進(jìn)行拉伸。當(dāng)拉應(yīng)力為10MPa的時(shí)候，確定(111)[0-11]，(111)[10-1]，(111)[1-10]滑移系上的分切應(yīng)力。78.課堂練習(xí)2.面心立方單晶以[131]為力軸，進(jìn)行拉伸。當(dāng)拉應(yīng)作業(yè)：79.作業(yè)：79.單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.2.5孿生(twinning)孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切變過(guò)程。6.280.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals孿生(twinning)研究意義：形變的另一種機(jī)制，HCP金屬中尤其重要現(xiàn)象：產(chǎn)生孿晶——對(duì)稱特點(diǎn)：原子排列以某一晶面成鏡面對(duì)稱形成過(guò)程：形變、晶體生長(zhǎng)、退火及相變形變孿晶、生長(zhǎng)孿晶、退火孿晶6.281.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals孿生(twinning)宏觀外形看不出孿生或?qū)ΨQ關(guān)系微觀原子排列顯示出孿生關(guān)系6.282.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.283.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.284.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals孿生往往在滑移困難時(shí)出現(xiàn)，六方晶系的滑移系很少，所以容易出現(xiàn)孿晶；又因六方晶系的孿生應(yīng)變比較低，孿生引起的應(yīng)變能和應(yīng)變的平方成正比，所以六方晶系孿生比較容易。常見(jiàn)的孿生面是{10-12}6.285.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals

孿生形核長(zhǎng)大(滑移位錯(cuò)源開動(dòng)) “形核” 極快速度爆發(fā)出薄片攣晶，常在高應(yīng)力集中處形核，出現(xiàn)孿生時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線有突然下降的現(xiàn)象。 “長(zhǎng)大” 薄片沿孿晶界面擴(kuò)展開，使孿晶加寬孿生激發(fā)晶體進(jìn)一步滑移 對(duì)h.c.p晶體很重要，改變晶體取向

硬→軟 軟→硬6.286.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals

孿生的一般特點(diǎn)： 1.出現(xiàn)的頻率和尺寸取決于晶體結(jié)構(gòu)和層錯(cuò)能的大小。2.常在高應(yīng)力集中處形核，出現(xiàn)孿生時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線有突然下降。3.根據(jù)孿晶幾何的分析，孿生區(qū)域應(yīng)由2個(gè)與基體共格的孿晶面為邊界。4.由孿生提供的形變量是很小的，特別是在六方結(jié)構(gòu)晶體中。6.287.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals體心立方晶體：6.288.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals鋅鎂由孿生提供的形變量是很小的，特別是在六方結(jié)構(gòu)晶體中。6.289.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals滑移與孿生的差別：1.滑移使滑移面兩側(cè)相對(duì)滑移一個(gè)完整的平移矢量（柏氏矢量），而孿生則在孿晶內(nèi)所有的面都滑動(dòng)，滑動(dòng)的距離并非是完整的平移矢量，每個(gè)面的滑移量和距孿生面的距離成正比。2.滑移后整個(gè)晶體的位向沒(méi)有改變，而孿生則使孿晶部分的位向與基體成對(duì)稱。3.滑移使表面出現(xiàn)臺(tái)階（滑移線），表面重新拋光后，滑移線消失；孿生則使表面出現(xiàn)浮凸，重新拋光并侵蝕后仍能看到。6.290.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形6.291.單晶體的塑性變形6.291.單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.292.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.293.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals3.扭折(kink)6.294.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.295.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof滑移(Slip)單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals孿生(Twin)96.滑移單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformati扭折(Kink)單晶體的塑性變形6.2Plasticdeformationofsinglecrystals97.扭折(Kink)單晶體的塑性變形6.2Plasticdef單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals補(bǔ)充：?jiǎn)尉w的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(stress-straincurve)加工硬化：材料加工時(shí)強(qiáng)度和硬度隨應(yīng)變加大而增加的現(xiàn)象。應(yīng)力-應(yīng)變曲線：是定量描述加工硬化性質(zhì)的依據(jù)。6.298.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(stress-straincurve)前提：初始取向下只有1個(gè)滑移系開動(dòng)。f.c.c.，b.c.c.三個(gè)階段h.c.p.兩個(gè)階段6.299.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形PlasticdeformationofsinglecrystalsI階段——易滑移階段θⅠθⅡθⅢ切應(yīng)力τ大量塑變硬化系數(shù)很小≈10-4G一個(gè)滑移系的開動(dòng)滑移線均勻分布，間距小6.2100.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形PlasticdeformationofsinglecrystalsII階段——線性硬化階段θⅠθⅡθⅢ切應(yīng)力τ↑30倍第二滑移系開動(dòng)與第一交割∴↑↑短、點(diǎn)線狀滑移帶 與試樣相對(duì)于力軸的取向、溫度甚至合金度等關(guān)系不大。6.2101.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形PlasticdeformationofsinglecrystalsIII階段——拋物線硬化階段θⅠθⅡθⅢ切應(yīng)力τν↑↓拋物線關(guān)系τ＝k·q?沖破了位錯(cuò)交割的障礙在應(yīng)變0.3-0.5處開始，與試驗(yàn)溫度有關(guān)。6.2102.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(stress-straincurve)前提：初始取向下只有1個(gè)滑移系開動(dòng)。f.c.c.，b.c.c.三個(gè)階段h.c.p.兩個(gè)階段I階段——易滑移階段II階段——線性硬化階段III階段——拋物線硬化階段單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals6.2103.單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(stress-straincurv單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響因素：溫度低時(shí)，第III階段會(huì)消失。金屬越純，第I階段越短，但θI變化不大。力軸相對(duì)于晶體是軟取向時(shí)（單滑移時(shí)），第I階段比較長(zhǎng)，并且θI較?。涣S為硬取向時(shí)，θI較大。力軸取向?qū)Ζ菼I也有類似影響，但不如對(duì)θI的影響大。6.2104.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof單晶體的塑性變形Plasticdeformationofsinglecrystals應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響因素：形變溫度越低，第I、II階段越長(zhǎng)，但θI和θII與溫度無(wú)關(guān)。第III階段開始時(shí)的應(yīng)力τIII對(duì)溫度非常敏感，溫度越高，τIII越小。形變速率的影響和溫度的影響相反，降低溫度的影響相當(dāng)于增加形變速率的影響。6.2105.單晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.36.3.1多晶體形變的特點(diǎn)：不同于單晶；每一晶粒的取向“軟”和“硬”不同，形變先后及形變量也不同。為保持整體的連續(xù)性，每個(gè)晶粒的形變必受相鄰晶粒所制約。106.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3107.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal多晶體塑性變形涉及的兩個(gè)方面：a.變形在晶粒間的傳遞L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθ6.3108.多晶體的塑性變形PlasticdeformationofL1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθ位錯(cuò)塞積作用于障礙的應(yīng)力：位錯(cuò)源與障礙之間長(zhǎng)度為L(zhǎng)這段距離內(nèi)塞積的位錯(cuò)數(shù)目外加應(yīng)力多晶體的塑性變形6.3109.L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθ位錯(cuò)塞積作用于障礙的應(yīng)L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθr位錯(cuò)塞積對(duì)P點(diǎn)的作用力：與取向有關(guān)的因子，接近于1位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)相鄰晶粒變形塑變6.3110.L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθr位錯(cuò)塞積對(duì)P點(diǎn)的作用（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。（2）要求：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）（3）條件：獨(dú)立滑移系

5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）

多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystalb.晶粒間變形的協(xié)調(diào)6.3111.（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。多晶體的塑性變例：f.c.c.和b.c.c.滑移系多，晶粒協(xié)調(diào)性好，δ,ψ↑h.c.p.滑移系少，晶粒協(xié)調(diào)性差，δ,ψ↓多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3112.例：f.c.c.和b.c.c.滑移系多，晶粒協(xié)調(diào)性好，δ,ψa.晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。b.晶界對(duì)變形的影響：滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過(guò)。晶界對(duì)塑性變形的影響：多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3113.a.晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。晶界對(duì)塑性變多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3.2晶粒大小對(duì)塑性變形和性能的影響 σs：晶內(nèi)阻力或晶格摩擦力 K：與晶格類型、彈性模量、位錯(cuò)分布及位錯(cuò)被釘札程度有關(guān)的常數(shù)。除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度等與晶粒尺寸間也有H-P關(guān)系，但參數(shù)的意義及數(shù)值不同。6.3114.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3115.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形6.3晶界存在引起強(qiáng)度增加的原因：雙晶試驗(yàn)表明：試樣的屈服強(qiáng)度隨2個(gè)晶粒取向差加大而加大，把取向差與強(qiáng)度的關(guān)系外推到取向差為零時(shí)，屈服強(qiáng)度大體和單晶的各種取向的屈服強(qiáng)度的平均值接近。說(shuō)明晶界本身對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不是主要的，對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要來(lái)自晶粒間的取向差。因相鄰晶粒的取向不同，為保持形變時(shí)應(yīng)變連續(xù)，各晶粒形變要協(xié)調(diào)，在晶界附近會(huì)出現(xiàn)多系滑移。正是這些多系滑移增加了形變阻力，從而增加強(qiáng)度。116.多晶體的塑性變形6.3晶界存在引起強(qiáng)度增加的原因：116.多晶體的塑性變形6.3117.多晶體的塑性變形6.3117.①晶粒越細(xì)，晶界的總面積就越大，每個(gè)晶粒周圍不同位向的晶粒越多，對(duì)滑移產(chǎn)生的抗力就越大，金屬的強(qiáng)度就越高。分析：②晶粒越細(xì)，單位體積中的晶粒就越多，同樣的塑性變形量可以分散在更多的晶粒中發(fā)生，使金屬產(chǎn)生較為均勻的塑性變形，不致造成局部應(yīng)力集中，引起斷裂，所以金屬的塑性、韌性也會(huì)提高。多晶體的塑性變形6.3118.①晶粒越細(xì)，晶界的總面積就越大，每個(gè)晶粒周圍不同位向的晶粒③晶粒越細(xì)，裂紋傳播（擴(kuò)展）所消耗的能量越多，裂紋在不同位向的晶粒中傳播越困難，金屬的斷裂韌性越好。多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3119.③晶粒越細(xì)，裂紋傳播（擴(kuò)展）所消耗的能量越多，裂紋在不同多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3120.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3.3多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線6.3θⅠθⅡθⅢ切應(yīng)力τ121.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal多晶體塑性變形涉及的兩個(gè)方面：a.變形在晶粒間的傳遞L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθ6.3122.多晶體的塑性變形PlasticdeformationofL1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθr位錯(cuò)塞積對(duì)P點(diǎn)的作用力：與取向有關(guān)的因子，接近于1位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)相鄰晶粒變形塑變6.3123.L1234in障礙物刃位錯(cuò)塞積群OPθr位錯(cuò)塞積對(duì)P點(diǎn)的作用獨(dú)立滑移系

5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystalb.晶粒間變形的協(xié)調(diào)6.3124.獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal晶粒大小對(duì)塑性變形和性能的影響 σs：晶內(nèi)阻力或晶格摩擦力 K：與晶格類型、彈性模量、位錯(cuò)分布及位錯(cuò)被釘札程度有關(guān)的常數(shù)。除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度等與晶粒尺寸間也有H-P關(guān)系，但參數(shù)的意義及數(shù)值不同。6.3125.多晶體的塑性變形Plasticdeformationof

P

e

s

bABCC’DEO

多晶體的塑性變形Plasticdeformationofpoly-crystal6.3126.PesbABCC’DEO多晶體的塑性變形Pla合金的塑性變形Plasticdeformationofalloys6.41.固溶體的塑性變形：溶質(zhì)原子引起點(diǎn)陣畸變，并產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)。強(qiáng)度極限、硬度、加工硬化指數(shù)均升高——固溶強(qiáng)化。延伸率降低。127.合金的塑性變形Plasticdeformationof合金的塑性變形Plasticdeformationofalloys6.42.復(fù)相合金的塑性變形：基體+第二相聚合型分散分布型強(qiáng)度低和塑性高的第二相使合金易于變形，強(qiáng)度降低而塑性提高一般都會(huì)使合金強(qiáng)度提高，塑性下降。——析出強(qiáng)化128.合金的塑性變形Plasticdeformationof129.129.130.130.131.131.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.56.5.1顯微組織與性能的變化1.顯微組織的變化132.塑性變形6.56.5.1顯微組織與性能的變化1.顯微組織晶粒變化：等軸晶?！L(zhǎng)晶?！w維組織133.晶粒變化：等軸晶粒——拉長(zhǎng)晶?！w維組織133.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4134.塑性變形6.4134.0.40.81.21.41.5TDRDND6.4135.0.40.81.21.41.5TDRDND6.4135.6.4136.6.4136.6.4137.6.4137.6.4138.6.4138.6.4139.6.4139.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化a、隨著變形的增大，晶界出現(xiàn)位錯(cuò)堆積。b、隨著變形的增大，晶粒破碎成細(xì)碎的亞晶粒，位錯(cuò)密度明顯增大。140.塑性變形6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化a、隨6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化141.6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化141.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4142.塑性變形6.4142.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.42.對(duì)性能的影響力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度↑塑性、韌性↓加工硬化利：提高材料強(qiáng)度弊：增加變形抗力，不利于進(jìn)一步加工143.塑性變形6.42.對(duì)性能的影響力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度↑塑性、韌塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4加工硬化指數(shù)：物理化學(xué)性能：導(dǎo)電性降低，抗蝕性降低。144.塑性變形6.4加工硬化指數(shù)：物理化學(xué)性能：導(dǎo)電性降低，抗蝕性塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.41.顯微組織的變化晶粒變化：等軸晶?！L(zhǎng)晶?！w維組織145.塑性變形6.41.顯微組織的變化晶粒變化：等軸晶?！L(zhǎng)塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化a、隨著變形的增大，晶界出現(xiàn)位錯(cuò)堆積。b、隨著變形的增大，晶粒破碎成細(xì)碎的亞晶粒，位錯(cuò)密度明顯增大。146.塑性變形6.4亞結(jié)構(gòu)(substructure)的細(xì)化a、隨塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.4147.塑性變形6.4147.塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.42.對(duì)性能的影響力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度↑塑性、韌性↓加工硬化利：提高材料強(qiáng)度弊：增加變形抗力，不利于進(jìn)一步加工148.塑性變形6.42.對(duì)性能的影響力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度↑塑性、韌塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響6.46.4.2形變織構(gòu)(deformationte