多晶體的塑性變形幻燈片

1、1金屬的變形特性金屬的變形特性晶體的塑性變形晶體的塑性變形組織與性能的變化組織與性能的變化多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形合金的塑性變形合金的塑性變形2 彈性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子間彈性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子間距就偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結(jié)合力。晶體距就偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結(jié)合力。晶體材料反映為晶格發(fā)生了伸長材料反映為晶格發(fā)生了伸長( (縮短縮短) )或歪扭。原子的相鄰關(guān)或歪扭。原子的相鄰關(guān)系還未發(fā)生改變，故外力去除后，原子間結(jié)合力便可以使系還未發(fā)生改變，故外力去除后，原子間結(jié)合力便可以使變形完全恢復(fù)。

2、變形完全恢復(fù)。 3n 定義：不能恢復(fù)的永久性變形叫定義：不能恢復(fù)的永久性變形叫塑性變形塑性變形。當(dāng)應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力大于彈性極限時，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還大于彈性極限時，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還發(fā)生塑性變形，即在外力去除后，其變形不能得到發(fā)生塑性變形，即在外力去除后，其變形不能得到完全的恢復(fù)，而具有殘留變形或永久變形。完全的恢復(fù)，而具有殘留變形或永久變形。n 塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸長率長率(%)(%)或斷面減縮率或斷面減縮率(%)(%)表示。表示。 n 實質(zhì)：塑性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)實質(zhì)：塑性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力

3、的作用下，材料內(nèi)部原子相鄰關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變，故外力去除后，原部原子相鄰關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變，故外力去除后，原子回到另一平衡位置，物體將留下永久變形。子回到另一平衡位置，物體將留下永久變形。 46.2 6.2 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形5 晶體中的滑移只能沿一定的晶面和該面上一定的晶體晶體中的滑移只能沿一定的晶面和該面上一定的晶體學(xué)方向進行，將其稱為學(xué)方向進行，將其稱為和和。 滑移面和滑移方向往往是晶體中原子最密排的晶滑移面和滑移方向往往是晶體中原子最密排的晶面和晶向。面和晶向。 每個滑移面以及此面上的一個滑移方向稱為一個每個滑移面以及此面上的一個滑移方向稱為一個滑移系滑移系?；葡档膫€數(shù)：滑

4、移系的個數(shù)：(滑移面?zhèn)€數(shù)）滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個面（每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)）上所具有的滑移方向的個數(shù)）。6 n 滑移面為滑移面為111n 滑移方向為滑移方向為n 滑移系共有滑移系共有 4312個個 7 bcc晶體112 和123面的滑移系n 低溫時滑移面為低溫時滑移面為112，中溫時多為，中溫時多為110，而高溫時多為，而高溫時多為123n 滑移方向為滑移方向為n 滑移系為滑移系為11062+ 112121+ 123241，其滑移，其滑移系可能有系可能有12-48個。個。 8 n 密排六方晶體中，滑移方向一般都是密排六方晶體中，滑移方向一般都是n當(dāng)當(dāng)c/a接近或大于接近或大于1.633時，

5、時，0001為最密排面，滑移為最密排面，滑移系即為系即為0001，共有三個，共有三個n當(dāng)當(dāng)c/a小于小于1.633時，時，0001不再是密排面，滑移面將不再是密排面，滑移面將變?yōu)橹孀優(yōu)橹?010或斜面或斜面1011，滑移系分別為三個和六，滑移系分別為三個和六個。個。 9 滑移過程開始時的分切應(yīng)力就稱為滑移過程開始時的分切應(yīng)力就稱為臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力。假設(shè)其橫截面積為假設(shè)其橫截面積為a， 為滑移面法線與中心軸線夾為滑移面法線與中心軸線夾角，角， 為滑移方向與外力為滑移方向與外力f夾角。夾角。 s稱為稱為臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力。 稱稱為為取向因子取向因子或或schmid因子。因子。n

6、軟取向軟取向n 硬取向硬取向 10 1112131415位錯的易動性n 原子的微小移動導(dǎo)致晶體產(chǎn)生一個原子間距的位移。原子的微小移動導(dǎo)致晶體產(chǎn)生一個原子間距的位移。n 多個位錯的運動導(dǎo)致晶體的宏觀變形。多個位錯的運動導(dǎo)致晶體的宏觀變形。1617 孿生是晶體塑性變形的另一種常見方式，是指在孿生是晶體塑性變形的另一種常見方式，是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿生面）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。切變的過程。 a. 變形前 b. 滑移 c. 孿生晶體滑移和孿生變形后

7、的結(jié)構(gòu)與外形變化示意圖18 (a)孿晶面與孿生方向 (b)孿生變形時晶面移動情況面心立方晶體孿生變形示意圖19滑移滑移孿生孿生相同點相同點1 1 切變；切變；2 2 沿一定的晶面、晶向進行；沿一定的晶面、晶向進行；3 3 不改變結(jié)不改變結(jié)構(gòu)。構(gòu)。不不同同點點晶體位向晶體位向不改變不改變改變，形成鏡面對稱關(guān)系改變，形成鏡面對稱關(guān)系位移量位移量滑移方向上原子間距滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間小于孿生方向上的原子間距，較小。距，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

8、切壓有一定的臨界分切壓力力所需臨界分切應(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)生變形機制變形機制全位錯運動的結(jié)果全位錯運動的結(jié)果分位錯運動的結(jié)果分位錯運動的結(jié)果20形變的基本概念形變的基本概念晶體的塑性變形晶體的塑性變形組織與性能的變化組織與性能的變化回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形合金的塑性變形合金的塑性變形動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶21226.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似單個晶粒變形與單晶體相似, ,多晶體變形比

9、單晶體復(fù)雜。多晶體變形比單晶體復(fù)雜。鋅的的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋅的的應(yīng)力應(yīng)變曲線 2324每一晶粒的取向每一晶粒的取向“軟軟”和和“硬硬”不不同，形變先后及形同，形變先后及形變量也不同。變量也不同。為保持整體的連續(xù)為保持整體的連續(xù)性，每個晶粒的形性，每個晶粒的形變必受相鄰晶粒所變必受相鄰晶粒所制約。制約。2526(1) 跨過晶界的延伸率變化是連續(xù)的；跨過晶界的延伸率變化是連續(xù)的；(2) 靠近晶界處的延伸率較??；靠近晶界處的延伸率較??；(3) 細(xì)晶粒形變較均勻且強度高；細(xì)晶粒形變較均勻且強度高； 相反，大晶粒形變不均勻，強度低。相反，大晶粒形變不均勻，強度低。27雙晶拉伸實驗雙晶拉伸實驗 2829cu-

10、4.5al合金晶合金晶界的位錯塞積界的位錯塞積30屈服強度與晶粒尺寸的關(guān)系圖 210kds3132 3334晶粒大小與金屬強度關(guān)系晶粒大小與金屬強度關(guān)系35 形的晶粒數(shù)目也越形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強大的塑性變形。強度和塑性同時增加度和塑性同時增加,金屬在斷裂前消耗金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其的功也大，因而其韌性也比較好。韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料3637等強溫度示意圖 當(dāng)溫度升高時，隨著原子活動性的加強，晶界也變得當(dāng)溫度升高時，隨著原子活動性的加強，晶界也變得逐漸不穩(wěn)定，這將導(dǎo)致其強

11、化效果逐漸減弱，甚至出現(xiàn)晶逐漸不穩(wěn)定，這將導(dǎo)致其強化效果逐漸減弱，甚至出現(xiàn)晶界弱化的現(xiàn)象。當(dāng)溫度低于等強溫度時，晶界強度高于晶界弱化的現(xiàn)象。當(dāng)溫度低于等強溫度時，晶界強度高于晶內(nèi)強度，反之則晶界強度小于晶內(nèi)強度。內(nèi)強度，反之則晶界強度小于晶內(nèi)強度。 38下節(jié)內(nèi)容下節(jié)內(nèi)容：合金的塑性變形210kds3940 72214301cos424314321cos41pa1069. 172424109 . 765s424344m/mn10899. 92102 . 027 . 0222211922bfaaab45n 變形變形：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。n 應(yīng)力應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。可分為可分為正應(yīng)力和切應(yīng)力正應(yīng)力和切應(yīng)力。n 應(yīng)變應(yīng)變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。可分為正應(yīng)：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變?？煞譃檎龖?yīng)變和切應(yīng)變。變和切應(yīng)變。n 彈性變形彈性變形：n 塑性變形塑性變形：46滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著一定滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面的晶面( (滑移面滑移面) )的一定方向的一定方向( (滑移方向滑移方向) )相對于晶體的相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動，并且不破壞原子間排列規(guī)另一部分發(fā)生的相對滑動，并且不破壞原子間排列規(guī)