材料科學(xué)基礎(chǔ)第6章

第六章塑性變形本章介紹的內(nèi)容：由簡(jiǎn)單到復(fù)雜單晶體塑性變形單相多晶體塑性變形合金塑性變形塑性變形組織及性能多相機(jī)理1一工程應(yīng)力應(yīng)變曲線拉伸試驗(yàn)基本過程：將GB6397-86制作的標(biāo)準(zhǔn)試樣（長(zhǎng)試樣l＝10d和短試樣l=5d）放在拉伸試驗(yàn)機(jī)上緩慢拉伸，試樣在載荷P下緩慢伸長(zhǎng)，直至斷裂。得到工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線。第一節(jié)金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線2典型的應(yīng)力應(yīng)變－曲線34二真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力應(yīng)是瞬時(shí)載荷P與瞬時(shí)面積F之比真應(yīng)變e應(yīng)是瞬時(shí)伸長(zhǎng)量除以瞬時(shí)長(zhǎng)度，即5均勻塑性變形階段的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，稱為流變曲線：n值越大，變形時(shí)的強(qiáng)化效果越明顯6第二節(jié)單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。一滑移1滑移現(xiàn)象定義：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移。7特點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)類型并未改變?；频慕M織形態(tài)：光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）電境下：滑移線。顯微組織特點(diǎn)：拋光后可能看不見。892滑移系滑移是沿著特定的晶面和晶向進(jìn)行的?；泼妫芘琶妫┗品较?密排方向)滑移系：一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系10每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系?；葡档亩嗌僭谝欢ǔ潭壬蠜Q定了金屬塑性的好壞?；葡档膫€(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）11在其他條件相同時(shí)，金屬塑性的好壞不只取決于滑移系的多少，還與滑移面原子密排程度及滑移方向的數(shù)目等因素有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au

{110}×6×212Fe,W,Mo體心立方{121}×12<111>×112Fe,W

{123}×24×124Fe

{0001}×1×33Mg,Zn,Ti{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti

{1011}

6Mg,Ti123臨界分切應(yīng)力滑移是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的滑移發(fā)生的力學(xué)條件：13當(dāng)外加應(yīng)力等于屈服強(qiáng)度時(shí)：宏觀上：晶體出現(xiàn)塑性變形。微觀上：晶體開始滑移。此時(shí)滑移方向上的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值，稱為臨界分切應(yīng)力。τk：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。

14m稱為取向因子，或稱施密特因子（Schmid）。m與塑性變形：m越大，越有利于滑移。tk的特點(diǎn)：1)臨界分切應(yīng)力的大小主要取決于金屬的本性，與外力無關(guān)。當(dāng)條件一定時(shí)，各種晶體的臨界分切應(yīng)力各有其定值2)是一個(gè)組織敏感參數(shù)。

材料的組織性能——臨界切應(yīng)力決定屈服強(qiáng)度)154滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)1）位向和晶面的變化滑移過程中，滑移面和滑移方向的轉(zhuǎn)動(dòng)必然導(dǎo)致取向因子的改變。2）取向因子的變化幾何硬化幾何軟化165多滑移1）單滑移：只有一組滑移系處于最有利的取向（m最大）時(shí)，分切應(yīng)力最大，便進(jìn)行單系滑移。2）多滑移：在多個(gè)（>2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。發(fā)生多滑移時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾組交叉的滑移帶。3）交滑移交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。17多滑移18交滑移19交滑移和多滑移的區(qū)別：發(fā)生多滑移時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾組交叉的滑移帶；發(fā)生交滑移時(shí)會(huì)出現(xiàn)曲折或波紋狀的滑移帶。交滑移必須是純螺型位錯(cuò)，因其滑移面不受限制?？梢酝瑫r(shí)進(jìn)行共向滑移。6滑移的位錯(cuò)機(jī)制2021二孿生

1孿生現(xiàn)象在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。22變形部分與未變形部分以孿晶面為準(zhǔn)，構(gòu)成鏡面對(duì)稱，形成孿晶。孿晶在顯微鏡下呈帶狀或透鏡狀。2孿生變形的特點(diǎn)1）孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻的切變，而滑移是不均勻的，只集中在一些滑移面上進(jìn)行。2）孿生后晶體變形部分與未變形部分成鏡面對(duì)稱關(guān)系，位向發(fā)生變化。235）由于孿生變形時(shí)，局部切變可達(dá)較大數(shù)量，所以在變形試樣的拋光表面上可以看到浮凸，經(jīng)重新拋光后，雖然表面浮凸可以去掉，但因已變形區(qū)的晶體位向不同，所以在偏光下或浸蝕后仍能看到孿晶。而滑移變形后的試樣經(jīng)拋光后滑移帶消失。3）孿生比滑移的臨界分切應(yīng)力高，萌發(fā)于滑移受阻因其的局部應(yīng)力集中區(qū)。4）孿生對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)比滑移小得多。孿生改變了晶體位向24第三節(jié)多晶體的塑性變形多晶體塑性變形的基本方式也是滑移和孿生。一、晶粒取向的影響1變形過程252晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（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3～5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化26二、晶界的影響1多晶體變形的現(xiàn)象2晶粒大小與性能的關(guān)系晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高，塑性韌性越好。271）對(duì)強(qiáng)度的影響－細(xì)晶強(qiáng)化霍爾－配奇公式:HALL-PETCH公式ss=s0+kd-1/22）對(duì)塑性、韌性的影響28第四節(jié)合金的塑性變形提高強(qiáng)度的另一方法是合金化。合金塑性變形的基本方式仍是滑移和孿生，但因組織、結(jié)構(gòu)的變化，塑性變形各有特點(diǎn)。一、固溶體的塑性變形1固溶強(qiáng)化現(xiàn)象292強(qiáng)化機(jī)制1)晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；2）柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。30二、屈服和應(yīng)變時(shí)效1屈服現(xiàn)象呂德斯帶呂德斯帶擴(kuò)展呂德斯帶危害：因屈服延伸區(qū)的不均勻變形（呂德斯帶）使工件表面粗糙不同。312應(yīng)變時(shí)效原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。低碳鋼時(shí)效圖32三多相合金的塑性變形單相合金的強(qiáng)化：加入第二相形成多相合金。第二相可通過相變熱處理（沉淀強(qiáng)化，時(shí)效強(qiáng)化）或粉末冶金方法（彌散強(qiáng)化）獲得多相合金根據(jù)第二相粒子的尺寸大小分類多相合金聚合型

彌散型

第二相的尺寸與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)第二相很細(xì)小，且彌散分布于基體晶粒內(nèi)331聚合型兩相合金的變形性能按下列方法估計(jì)1）兩相都具有較好的塑性，合金的變形阻力決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。342）軟基體＋硬第二相合金的性能除與兩相的相對(duì)含量有關(guān)外，在很大程度上取決于脆性相的形狀和分布。第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）,易沿晶脆斷；原因：因塑性相晶粒被脆性相包圍分割，少量塑變即脆斷35兩相呈層片狀分布（珠光體）特點(diǎn)：變形主要集中在基體相中，位錯(cuò)的移動(dòng)被限制在很短的距離內(nèi)，增加了繼續(xù)變形的阻力，使其強(qiáng)度提高。片層間距越小，其強(qiáng)度越高

第二相呈顆粒狀分布（球狀滲碳體）。強(qiáng)度降低，塑性、韌性得到改善36二彌散型合金的塑性變形1不可變形微粒的強(qiáng)化作用位錯(cuò)繞過第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))位錯(cuò)克服第二粒子的阻礙作用，克服位錯(cuò)環(huán)對(duì)位錯(cuò)源的反向應(yīng)力。繼續(xù)變形時(shí)必須增大外應(yīng)力，從而使流變應(yīng)力迅速提高372可變形微粒的強(qiáng)化作用當(dāng)?shù)诙噘丝勺冃挝⒘r(shí)，位錯(cuò)將切過粒子使其與基體一起變形38第五節(jié)冷變形金屬的組織與性能一、對(duì)顯微組織的影響1形成纖維組織塑性變形量很大時(shí)，各晶粒已不能分辨而成為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織

1）晶粒拉長(zhǎng);2）雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。纖維組織具有明顯的各向異性，縱向的強(qiáng)度和塑性高于橫向。392形成大量亞結(jié)構(gòu)40二變形織構(gòu)1變形織構(gòu)擇優(yōu)取向：塑性變形過程中晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致的現(xiàn)象變形織構(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。特征:各向異性

412類型絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成）板織構(gòu)：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(shí)形成）423對(duì)性能的影響不利：造成變形不均勻，制耳。有利：硅鋼片<100>織構(gòu)可減少鐵損43三、殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）儲(chǔ)存能——塑性變形中還有約10%的變形功被保留于金屬內(nèi)部