《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課件-第九章金屬的塑性變形

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第九章材料的變形與再結(jié)晶

第一節(jié)材料的彈性變形

第二節(jié)單晶體的塑性變形第三節(jié)多晶體的塑性變形第四節(jié)高分子的塑性變形

第五節(jié)塑性變形對材料組織性能的影響

第六節(jié)晶體的斷裂第七節(jié)冷變形金屬的內(nèi)應(yīng)力和儲存能第八節(jié)冷變形金屬的的回復(fù)

第九節(jié)冷變形金屬的再結(jié)晶

第十節(jié)晶體的高溫變形

材料在外力的作用下發(fā)生形變，根據(jù)材料變形的基本的特征可分為三類：彈性變形、塑性變形和粘性變形。不同材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線一般不相同。21、彈性：物體在外力作用下產(chǎn)生了變形，當外力除去后能恢復(fù)原來形狀的的能力；材料的彈性可分為兩類：

（1）普彈性特點：①應(yīng)力與應(yīng)變間符合線性關(guān)系即滿足虎克(HooK,R．)定律；②加上或去除應(yīng)力時，應(yīng)變都能瞬時達到平衡．

（2）高彈性特點：彈性模量小、變形量大、有明顯的熱效應(yīng)和松弛現(xiàn)象3第一節(jié)材料的彈性變形2、廣義及彈性參數(shù)虎克定律453、滯彈性

在彈性范圍內(nèi)應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。6一、滑移1．滑移的顯微觀察由大量位錯移動而導(dǎo)致晶體的一部分相對于另一部分，沿著一定晶面和晶向作相對的移動，即晶體塑性變形的滑移機制。

7第二節(jié)單晶體的塑性變形

單晶體的塑性變形--滑移·滑移變形是不均勻的，常集中在一部分晶面上，而處于各滑移帶之間的晶體沒有產(chǎn)生滑移，滑移帶的發(fā)展過程，首先是出現(xiàn)細滑移線，后來才發(fā)展成帶，而且，滑移線的數(shù)目隨應(yīng)變程度的增大而增多，它們之間的距離則在縮短。82．滑移的晶體學(xué)特征·滑移面晶體的滑移通常是沿著一定的晶面發(fā)生的，此組晶面稱為滑移面；·滑移方向滑移是沿著滑移面上一定的晶向進行的，此晶向稱為滑移方向。·滑移面與滑移方向大致是最密排面和最密排方向，因為此時派納力最小。b：柏氏矢量G：切變模量γ：泊松比a：滑移面的面間距·一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成一個滑移系910（1）fcc滑移系滑移方向<110>，滑移面一般為{111}面心立方結(jié)構(gòu)共有四個不同的{111}晶面，每個滑移面上有三個<110>晶向，故共有4×3=12個滑移系。11滑移方向恒為<1，1，-2，0>，滑移面為（0001）或棱柱面{1，0，-1，0}、棱錐面{1，0，-1，1}

12（2）hcp滑移系（2）hcp滑移系a.當滑移面為（0001）時，晶體中滑移面只有一個，此面上有三個<1，1，-2，0>晶向，故滑移系數(shù)目為1×3=3個。b.當滑移面為{1，0，-1，0}時，晶體中滑移面共有3個，每個滑移面上一個<1，1，-2，0>晶向，故滑移系數(shù)目為3×1=3個。c.當滑移面為斜面{1，0，-1，1}時，此時滑移面共有6個，每個滑移面上一個<1，1，-2，0>，故滑移系數(shù)目為6×1=6個。由于hcp金屬滑移系數(shù)目較少，密排六方金屬的塑性通常都不太好。13（3）bcc

滑移方向為<111>，可能出現(xiàn)的滑移面有{110}、{112}、{123}如果三組滑移面都能啟動，則潛在的滑移系數(shù)目為：

（個）

14（1）最大分切應(yīng)力正好落在與外力軸成45o角的晶面以及與外力軸成45o角的滑移方向上。假設(shè)對一個單晶圓柱體試樣作拉伸試驗滑移面的面積作用在此滑移面上的應(yīng)力153．臨界分切應(yīng)力

3．臨界分切應(yīng)力應(yīng)力與外力F方向相同，可分解為兩個分應(yīng)力，一個為垂直于滑移面的分正應(yīng)力，另一個為分切應(yīng)力。分切應(yīng)力τ作用在滑移方向使晶體產(chǎn)生滑移，其大小為：

稱為取向因子，或稱施密特因子（Schmid）,取向因子越大，則分切應(yīng)力越大。對于任一給定的φ值，取向因子的最大值出現(xiàn)在

λ=90o-φ時：當φ=45o時（也為45o），取向因子有最大值1/2，此時，得到最大分切應(yīng)力。16

（2）能使晶體滑移的力是外力在滑移系上的分切應(yīng)力。通常把給定滑移系上開始產(chǎn)生滑移所需分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力。（3）在拉伸時，可以粗略認為金屬單晶體在外力作用下，滑移系一開動就相當于晶體開始屈服，此時，對應(yīng)于臨界分切應(yīng)力的外加應(yīng)力就相當于屈服強度σS

。

單晶體的屈服強度隨取向因子而改變

φ=45o時，，取向因子達到最大值，產(chǎn)生拉伸變形的屈服應(yīng)力最小。

φ=90o或0o時,σS=∞,晶體不能沿該滑移面產(chǎn)生滑移。17183．臨界分切應(yīng)力---（4）硬取向：晶體中有些滑移系與外力取向偏離45o很遠，需要較大的σs值才能滑移，稱為硬取向。軟取向：晶體中有些滑移系與外力的取向接近45o角，處于易滑移的位向，具有較小的σs值，稱為“軟取向”。通常是軟取向的滑移系首先滑移。19（1）拉伸204．拉伸和壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動

21

拉伸作用在中間一層金屬上下兩面的作用力σ可分為兩個分應(yīng)力：A

分正應(yīng)力（σ1σ2）垂直于滑移面，構(gòu)成力偶，使晶塊滑移面朝外力軸方向轉(zhuǎn)動。B

分切應(yīng)力當外力分解到滑移面上的最大分切應(yīng)力與滑移方向不一致時，又可分解為平行于滑移方向和垂直于滑移方向的兩個分力。前一分力是產(chǎn)生滑移的有效分切應(yīng)力，后一分力將構(gòu)成一對作用在晶塊上下滑移面上的力偶，力圖使滑移方向轉(zhuǎn)至最大切應(yīng)力方向?！嗬鞎r，在產(chǎn)生滑移的過程中，晶體的位向在不斷改變，不僅滑移面在轉(zhuǎn)動，而且滑移方向也改變位向。22（2）壓縮

壓縮時晶體的滑移面，力圖轉(zhuǎn)至與壓力方向垂直的位置。

23·3）幾何硬化與幾何軟化

·幾何硬化：如果晶體滑移面原來是處于其法線與外力軸夾角接近45o的位向，經(jīng)滑移和轉(zhuǎn)動后，就會轉(zhuǎn)到此夾角越來越遠離45o的位向，從而使滑移變得越來越困難。幾何軟化：經(jīng)滑移和轉(zhuǎn)動后，一些原來角度遠離45o的晶面將轉(zhuǎn)到接近45o，使滑移變得容易進行。24（1）單滑移單滑移：只有一個特定的滑移系處于最有利的位置而優(yōu)先開動時，形成單滑移。（2）多系滑移：由于變形時晶體轉(zhuǎn)動的結(jié)果，有兩組或幾組滑移面同時轉(zhuǎn)到有利位向，使滑移可能在兩組或更多的滑移面上同時或交替地進行，形成“雙滑移”或“多滑移”。此時，外力對兩個滑移系的取向因子完全相同。25二、滑移的位錯

。26滑移方向滑移系滑移面·27·復(fù)滑移：由于第二滑移系開動時必然與第一滑移系所造成的滑移線與滑移帶交割，即前一滑移系的滑移對另一滑移系起潛在的強化作用，造成另一滑移系的起動比較困難，所以實際上第一滑移系將繼續(xù)作用到穿過AC并達到P′，第二滑移系才開始動作，這種現(xiàn)象稱為“超越”。28超越現(xiàn)象·如果發(fā)生雙滑移或多系滑移，會出現(xiàn)交叉形的滑移帶

2930交叉形的滑移帶（3）交滑移

·交滑移是指兩個或多個滑移面共同沿著一個滑移方向的滑移。交滑移的實質(zhì)是螺位錯在不改變滑移方向的情況下，從一個滑移面滑到交線處，轉(zhuǎn)到另一個滑移面的過程。31·交滑移是純螺位錯的運動，當螺位錯分解為擴展位錯時，欲交滑移，必須先束集為全螺位錯，此過程與層錯能有關(guān)（層錯能越低，越難束集，難以發(fā)生交滑移），還可因熱激活而得到促進。32Al易交滑移，產(chǎn)生波紋狀滑移帶Cu不易交滑移，無波紋狀滑移帶

扭折是不均勻塑性變形的一種形式，它是在滑移和孿生難以實現(xiàn)，或者在變形受到某種約束時才出現(xiàn)的。在扭折帶中，晶體位向有突變，有可能使該區(qū)域內(nèi)的滑移系處于有利的位置，從而產(chǎn)生滑移。33

三、扭折

1．孿生的晶體學(xué)

孿生是以晶體中一定的晶面（稱為孿晶面）沿著一定的晶向（孿生方向）移動而發(fā)生的。在切變區(qū)域內(nèi)，與孿晶面平行的各層晶面的相對位移是一定的?！ぞw的孿晶面和孿生方向與其晶體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。

bcc{112}<1，1，-1>fcc{111}<1，1，-2>hcp{1，0，-1，2}<-1，0，1，1>34四、孿生

35FCC中，每層（111）面都相對于其鄰晶沿

[1，1，-2]方向位移了1/3d[1，1，-2]?！ぷ冃螌\晶也是通過位錯的運動來實現(xiàn)的，可看作是部分位錯滑過孿晶面一側(cè)的切變區(qū)中各層晶面而進行的。

36

肖克萊不全位錯的柏氏矢量，該例中孿生時原子在（111）面沿[1，1，-2]晶向移動1/3d

[1，1，-2]

距離，實質(zhì)就是一個肖克萊不全位錯的移動。372．孿生的特點（1）

孿生是一部分晶體沿孿晶面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離是孿生方向原子間距的分數(shù)倍；孿生是部分位錯運動的結(jié)果；孿晶面兩側(cè)晶體的位向不同，呈鏡面對稱；孿生是一種均勻的切變；孿晶浸蝕后有明顯的襯度，經(jīng)拋光與浸蝕后仍能重現(xiàn)。

38孿生的特點（2）

孿晶的萌生一般需要較大的應(yīng)力，但隨后長大所需的應(yīng)力較小，其拉伸曲線呈鋸齒狀。孿晶核心大多是在晶體局部高應(yīng)力區(qū)形成。變形孿晶一般呈片狀。變形孿晶經(jīng)常以爆發(fā)方式形成，生成速率較快。39孿生的特點（3）

形變孿晶常見于密排六方和體心立方晶體（密排六方金屬很容易產(chǎn)生孿生變形），面心立方晶體中很難發(fā)生孿生。（4）孿生本身對金屬塑性變形的貢獻不大，但形成的孿晶改變了晶體的位向，使新的滑移系開動，間接對塑性變形有貢獻。4041一、晶界阻滯效應(yīng)和取向差效應(yīng)1．晶界阻滯效應(yīng)：90%以上的晶界是大角度晶界，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由約幾個納米厚的原子排列紊亂的區(qū)域與原子排列較整齊的區(qū)域交替相間而成，這種晶界本身使滑移受阻而不易直接傳到相鄰晶粒。42第三節(jié)

多晶體的塑性變形

43442．取向差效應(yīng)：

多晶體中，不同位向晶粒的滑移系取向不相同，滑移不能從一個晶粒直接延續(xù)到另一晶粒中。

二、多晶體金屬塑性變形的特點1．各晶粒變形的不同時性和不均勻性。2．各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性，需要五個以上的獨立滑移系同時動作。由于晶界阻滯效應(yīng)及取向差效應(yīng)，變形從某個晶粒開始以后，不可能從一個晶粒直接延續(xù)到另一個晶粒之中，但多晶體作為一個連續(xù)的整體，每個晶粒處于其它晶粒的包圍之中，不允許各個晶粒在任一滑移系中自由變形，否則必將造成晶界開裂，為使每一晶粒與鄰近晶粒產(chǎn)生協(xié)調(diào)變形，VonMises指出：晶粒應(yīng)至少能在五個獨立的滑移系上進行滑移。

fcc和bcc金屬能滿足五個以上獨立滑移系的條件，塑性通常較好；而hcp金屬獨立滑移系少，塑性通常不好。45二、多晶體金屬塑性變形的特點3．滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯源。4．多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。由于晶界阻滯效應(yīng)及取向差效應(yīng)，使多晶體的變形抗力比單晶體大，其中，取向差效應(yīng)是多晶體加工硬化更主要的原因，一般說來，晶界阻滯效應(yīng)只在變形早期較重要。5．塑性變形時，導(dǎo)致一些物理、化學(xué)性能的變化。6．時間性。

hcp系的多晶體金屬與單晶體比較，前者具有明顯的晶界阻滯效應(yīng)和極高的加工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應(yīng)力—應(yīng)變曲線就沒有那么大的差別。

461．晶粒大小對金屬室溫機械性能的影響晶粒越細，室溫強度，包括σs，σb，σ-1較大，塑性較好，稱為細晶強化例：10#鋼σs與晶粒大小的關(guān)系

Hall-Petch公式：σS=σi+Kd-1/2σi，K：材料常數(shù)大量實驗表明，Hall-Petch公式不僅適用于屈服強度，同時也適用于整個流變范圍以至斷裂強度。

47三、晶粒大小對機械性能的影響

晶粒直徑（μm）

400501052下屈服點（KN/m2）

861211802423452．晶粒大小對高溫強度的影響高溫下晶界在應(yīng)力作用下會產(chǎn)生粘滯性流動，發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動；另外，還可能產(chǎn)生“擴散蠕變”，所以，細晶粒組織的高溫強度反而較低。48三、晶粒大小對機械性能的影響

聚合物材料具有已知材料中可變范圍最寬的變形性質(zhì)，包括從液體、軟橡膠到剛性固體。而且，與金屬材料相比，聚合物的變形強烈地依賴于溫度和時間，表現(xiàn)為粘彈性，即介于彈性材料和粘性流體之間。聚合物的變形行為與其結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。聚合物由大分子鏈構(gòu)成，這種大分子鏈一般都具有柔性（但柔性鏈易引起粘性流動，可采用適當交聯(lián)保證彈性），除了整個分子的相對運動外，還可實現(xiàn)分子不同鏈段之間的相對運動。這種分子的運動依賴于溫度和時間，具有明顯的松弛特性，引起了聚合物變形的一系列特點。49第四節(jié)高分子的塑性變形1.熱塑性聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖給出了一條聚合物的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。σL,σy,σb分別稱為比例極限、屈服強度和斷裂強度。當σ<σL時，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，主要是由鍵長和鍵角的變化引起的普彈變形。當σ>σL后，鏈段發(fā)生可恢復(fù)的運動，產(chǎn)生可恢復(fù)的變形，同時應(yīng)力-應(yīng)變曲線偏離線性關(guān)系。當σ>σy，聚合物屈服，同時出現(xiàn)應(yīng)變軟化，即應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而減小，隨后出現(xiàn)應(yīng)力平臺，即應(yīng)力不變而應(yīng)變持續(xù)增加，最后出現(xiàn)應(yīng)變強化導(dǎo)致材料斷裂。屈服后產(chǎn)生的是塑性變形，即外力去除后，留有永久變形。50一、熱塑性聚合物的變形5152由于聚合物具有粘彈性，其應(yīng)力-應(yīng)變行為受溫度、應(yīng)變速率的影響很大。圖7-52給出了有機玻璃在室溫附近幾十度溫度范圍內(nèi)的一組應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢?，隨溫度的上升，有機玻璃的模具、屈服強度和斷裂強度下降，延性增加。在4℃，有機玻璃是典型的剛而脆的材料，而在66℃，已變成典型的剛而韌的材料。一般來說，材料在玻璃化溫度Tg以下只發(fā)生彈性變形，而在Tg以上產(chǎn)生粘性流動。應(yīng)變速率對應(yīng)力-應(yīng)變行為的影響是增加應(yīng)變速率相當于降低溫度。532.屈服與冷拉由圖51、52可知，其一，聚合物的模具和強度比金屬材料低得多，屈服應(yīng)變和斷裂伸長比金屬高得多；其二，屈服后出現(xiàn)應(yīng)變軟化；其三，其屈服應(yīng)力強烈地依賴溫度和應(yīng)變速率。有些聚合物在屈服后能產(chǎn)生很大的塑性變形，其本質(zhì)與金屬也有很大不同。圖53是玻璃態(tài)高聚物在Tb-Tg之間和部分結(jié)晶高聚物在Tg-Tm之間的典型拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及試樣形狀的變化過程?？梢姡诶斐跏茧A段，試樣工作段被均勻拉伸；到達屈服點時，工作段局部區(qū)域出現(xiàn)縮頸，繼續(xù)拉伸時，縮頸區(qū)和未縮頸區(qū)的截面都基本保持不變，但縮頸不斷沿試樣擴展，直到整個工作段均勻變細后，才再度被均勻拉伸至斷裂。如果試樣在拉斷前卸載，或試樣因被拉斷而自動卸載，則拉伸中產(chǎn)生的大變形除少量可恢復(fù)外，大部分變形將保留下來，這樣一個拉伸過程稱為冷拉。5455

玻璃態(tài)聚合物冷拉后殘留的變形，表面上看是不可恢復(fù)的塑性變形，但只要把試樣加熱到Tg以上，形變基本上全能恢復(fù)，這說明冷拉中產(chǎn)生的形變屬于高彈性范疇，這種在外力作用下被迫產(chǎn)生的高彈性稱為強迫高彈性。強迫高彈性產(chǎn)生的原因是在外力作用下，原來被凍結(jié)的鏈段得以克服摩擦阻力而運動，使分子鏈發(fā)生高度取向而產(chǎn)生大變形。部分結(jié)晶高聚物冷拉后殘留的變形大部分必須在溫度升高到Tm以上才能恢復(fù)。這是因為結(jié)晶聚合物的冷拉過程伴隨著晶片的取向、結(jié)晶的破壞和再結(jié)晶等。取向?qū)е碌挠不箍s頸能沿試樣擴展而不斷裂。取向的晶片在Tm以下是熱力學(xué)穩(wěn)定的。聚合物冷拉成頸過程的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線見圖54。聚合物的冷拉變形目前已成為制備高模量和高強度纖維的重要工藝。56573.剪切帶與銀紋聚合物的屈服塑性變形是以剪切滑移的方式進行的?；谱冃慰删窒抻谀骋痪植繀^(qū)域，形成剪切帶，如圖55所示。剪切帶是具有高剪切應(yīng)變的薄層，雙折射度很高，說明剪切帶內(nèi)的分子鏈高度取向。剪切帶通常發(fā)生于材料的缺陷或裂縫處，或應(yīng)力集中引起的高應(yīng)力區(qū)。而在結(jié)晶相中，除了滑移以外，剪切屈服還可通過孿生和馬氏體轉(zhuǎn)變的方式進行。5859銀紋某些聚合物在玻璃態(tài)拉伸時，會出現(xiàn)肉眼可見的微細凹槽，類似于微小的裂紋，如圖56所示。它可發(fā)生光的反射和散射，通常起源于試樣表面并和拉伸軸垂直。這些微細凹槽因能反射光線而看上去銀光閃閃，故稱之為銀紋。銀紋不同于裂紋，裂紋的兩個張開面之間完全是空的，而銀紋面之間由高度取向的纖維束和空穴組成的，仍具有一定強度。銀紋的形成是由于材料在張應(yīng)力作用下局部屈服和冷拉造成。6061

熱固性塑料是剛硬的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子不易運動，在拉伸時表現(xiàn)出脆性金屬或陶瓷一樣的變形特性。但是，在壓應(yīng)力下它們?nèi)阅馨l(fā)生大量的塑性變形。圖57為環(huán)氧樹脂在室溫下單向拉伸和壓縮時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。環(huán)氧樹脂的玻璃化溫度為100℃，這種交聯(lián)作用很強的聚合物，在室溫下為剛硬的玻璃態(tài)，在拉伸時好象典型的脆性材料。而壓縮時則易剪切屈服，并有大量的變形，而且屈服之后出現(xiàn)應(yīng)變軟化。環(huán)氧樹脂剪切屈服的過程是均勻的，試樣均勻變形而無任何局集化現(xiàn)象。62二、熱固性塑料的變形63一、組織的變化1．晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量的滑移帶，進行了孿生變形的金屬還出現(xiàn)孿晶帶64第五節(jié)塑性變形對材料組織與性能的影響

200X65。666768塑性變形對材料組織與性能的影響

2.纖維組織和帶狀組織69塑性變形對材料組織與性能的影響

2.纖維組織和帶狀組織

AlMg合金變形組織7071H62黃銅擠壓的帶狀組織金屬變形后的組織還與觀察的截面位置有關(guān)塑性變形對材料組織與性能的影響---3.胞狀組織72塑性變形對材料組織與性能的影響---3.胞狀組織胞狀組織的形成與下列因素有關(guān)：

·變形量變形量越大，胞的數(shù)量增多，尺寸減小，跨越胞壁的平均取向差也逐漸增加?！げ牧项愋蛯渝e能高的金屬（如Al、Fe）等，當變形程度較高時，出現(xiàn)明顯的胞狀組織；低層錯能金屬，不易形成位錯纏結(jié)，冷變形后的胞狀組織不明顯。731．定義：金屬經(jīng)冷加工變形后，其強度、硬度增加、塑性降低。2．單晶體的典型加工硬化曲線：τ~θ曲線的斜率θ=dτ/d

θ稱為“加工硬化速率”

74二、加工硬化

FCC單晶體的應(yīng)力—應(yīng)變曲線·曲線明顯可分為三個階段：

I．

易滑移階段：發(fā)生單滑移，位錯移動和增殖所遇到的阻力很小，θI

很低，約為10-4G數(shù)量級。

II．線性硬化階段：發(fā)生多系滑移，位錯運動困難，θII

遠大于θI

約為G/100—G/300，并接近于一常數(shù)。

III．拋物線硬化階段：與位錯的多滑移過程有關(guān)，θIII

隨應(yīng)變增加而降低，應(yīng)力應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€。75二、加工硬化之單晶體的典型加工硬化曲線3．影響單晶體加工硬化曲線的因素

·晶體結(jié)構(gòu)類型·雜質(zhì)含量·晶體位向764．多晶體的加工硬化a.其應(yīng)力—應(yīng)變曲線不出現(xiàn)第一階段，且加工硬化率明顯高于單晶體。77

784．多晶體的加工硬化之—

b.細晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金屬

鋁的應(yīng)力應(yīng)變曲線與晶粒大小的關(guān)系

1-0.034mm2-0.088mm3-0.24mm4-0.54mm

794．多晶體的加工硬化之—

c.合金比純金屬的加工硬化率要高，溶質(zhì)原子的加入，在大多數(shù)情況下增大加工硬化率。Al-Mg合金中Mg含量對加工硬化的影響1-3.228%Mg2-1.617%Mg3-1.097%Mg4-0.544%Mg5-0%Mg5．加工硬化的實際意義·使金屬基體具有一定的抗偶然過載的能力?！ぜ庸び不退苄宰冃芜m當配合可使金屬進行均勻塑性變形?！な菑娀饘俚闹匾侄沃?。例18-8不銹鋼，變形前σ0.2=196MPa，σb=588MPa，

40%軋制后σ0.2=784-980MPa，σb=1174MPa·可降低塑性，改善材料，如低碳鋼的切削加工性能。80

金屬塑性變形時，外力所作的功除了轉(zhuǎn)化為熱量之外，還有一小部分被保留在金屬內(nèi)部，表現(xiàn)為殘余應(yīng)力。按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常將其分為三類：1．第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力2．第二類內(nèi)應(yīng)力，屬微觀內(nèi)應(yīng)力3．第三類內(nèi)應(yīng)力，即晶格畸變應(yīng)力81三、變形后金屬中的殘余應(yīng)力

又稱宏觀殘余應(yīng)力，作用范圍為整個工件，它是由金屬材料（或零件）各個部分（如表面和心部）的宏觀形變不均勻而引起的。第一類內(nèi)應(yīng)力使工件尺寸不穩(wěn)定，嚴重時甚至使工件在受力之下變形產(chǎn)生斷裂。82三、變形后金屬中的殘余應(yīng)力-----1．第一類內(nèi)應(yīng)力三、變形后金屬中的殘余應(yīng)力-----2．第二類內(nèi)應(yīng)力屬微觀內(nèi)應(yīng)力作用尺度與晶粒尺寸為同一數(shù)量級，往往在晶粒內(nèi)或晶粒之間保持平衡，是由于晶?；騺喚ЯＶg變形不均勻而引起的。第二類內(nèi)應(yīng)力使金屬更容易腐蝕，以黃銅最為典型，加工以后由于內(nèi)應(yīng)力存在，于春季或潮濕環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。8384三、變形后金屬中的殘余應(yīng)力-----3．第三類內(nèi)應(yīng)力即晶格畸變應(yīng)力屬微觀內(nèi)應(yīng)力。塑性變形時產(chǎn)生大量空位和位錯，其周圍產(chǎn)生了點陣畸變和應(yīng)力場，此時的內(nèi)應(yīng)力是在幾百或幾千個原子范圍內(nèi)保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位錯所形成的應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是產(chǎn)生加工硬化的主要原因。851．定義：多晶體中位向不同的晶粒取向變成大體一致，這個過程稱為“擇優(yōu)取向”。擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為“織構(gòu)”，由變形引起的織構(gòu)稱為變形織構(gòu)。2．絲織構(gòu)在拉絲時形成，使各個晶粒的某一晶向轉(zhuǎn)向與拉伸方向平行，以與線軸平行的晶向<uvw>表示。86四、形變織構(gòu)

形變織構(gòu)之--3．板織構(gòu)

軋制時，使晶粒的某一晶向趨向于與軋制方向平行，某一晶面趨向于與軋制面平行，以與軋面平行的晶面{hkl}和與軋向平行的晶向<uvw>表示，記為{hkl}<uvw>。87形變織構(gòu)之--4．變形量越大，擇優(yōu)取向的趨勢越明顯。完全理想的織構(gòu)，取向如同單晶，實際上，多晶體金屬中晶粒取向的集中程度往往不很高。8889形變織構(gòu)之--5．織構(gòu)利弊

織構(gòu)的形成使材料的性能出現(xiàn)各向異性。

例1:制耳

例2：硅鋼片高斯織構(gòu)（110）[001]

立方織構(gòu)（100）[001]

這兩種織構(gòu)使其磁化性能得到改善。

根據(jù)材料在斷裂前的塑性變形程度，可將斷裂分為脆性斷裂、韌性斷裂和半脆性斷裂。一、脆性斷裂

1、斷裂強度實際斷裂強度：為晶體單位表面能；a為平衡位置原子原子的平均距離90第六節(jié)晶體的斷裂理論斷裂強度：912、斷口形貌脆性斷口為結(jié)晶斷口，根據(jù)不同的斷裂機理，結(jié)晶狀斷口可分為兩類：（1）脆性穿晶斷口在斷口面上有許多條紋，稱為“河流”。解理：斷口裂紋沿晶粒的一定結(jié)晶學(xué)平面穿晶而發(fā)展的現(xiàn)象；解理面：斷裂面的結(jié)晶學(xué)平面。（2）脆性沿晶斷裂出現(xiàn)脆性沿晶斷裂的因素：①晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相；②晶界上有微量元素或雜質(zhì)的偏析；③環(huán)境損害了晶界，形成丁氫脆、應(yīng)力腐蝕。

9293二、韌性斷裂在斷裂前有較大的塑性變形的斷裂。斷口多為纖維狀或剪切狀，在電子顯微鏡下可觀察到許多微坑，稱為韌窩。

94三、韌性-脆性轉(zhuǎn)變介于脆性斷裂和塑性斷裂的材料稱為半脆性料．此類材料在一些情況下表現(xiàn)為脆性，而在另外一些情況下又表現(xiàn)出韌性．影響韌性-脆性轉(zhuǎn)變的因素：①應(yīng)力狀態(tài)的影響：切應(yīng)力分量引起晶體的塑性變形，對材料的韌性有利，而拉應(yīng)力則會促進斷裂的成．不利于韌性；②溫度的影響：升高溫度可激活位錯源，使位錯運動的阻力減小，利于晶體的塑性變形，斷裂是韌性的；③材料成分的影響：組分的作用視具體材料而定，一般降低材料塑性的元素均使Tc升高．④品粒大小的影響．細化晶粒有利于材料塑性的提高，且由于晶界對裂紋擴展的阻礙作用，使其解理斷裂強度較高，易于發(fā)生微孔聚合型的塑性斷裂，因此晶粒尺寸越小，韌報轉(zhuǎn)化溫度越低．

95一、殘余內(nèi)應(yīng)力伴隨外力相伴而生，但當外力除取時仍殘留在體內(nèi)的應(yīng)力；宏觀內(nèi)應(yīng)力：物質(zhì)為保持同步變形，邊沿對心部的附加壓應(yīng)力；微觀內(nèi)應(yīng)力：多晶體協(xié)調(diào)變形時，軟取向晶粒對硬取向晶粒的附加拉力。

96第七節(jié)冷變形金屬的內(nèi)應(yīng)力和儲存能二、儲存能

冷變形所消耗能量的百分之幾到百分之十幾就以各種不同的形式(殘余彈性應(yīng)變能和結(jié)構(gòu)缺陷能)存在于晶體內(nèi)部的能量。影響儲存能的因素:(1)儲存能隨形變量的增加而增大．但增速逐漸變緩，最后趨于飽和；

(2)加工溫度越低，形變速度越大．材料的加工硬化率越大，經(jīng)受相同變形后的儲存能也就越高；(3)加工方式的應(yīng)力狀態(tài)越復(fù)雜，加工時的摩擦力越大，應(yīng)力、應(yīng)變的分布越不均勻，消耗的總能量越高，儲存能也就越大；(4)金屬的熔點越高，變形越難，經(jīng)同等程度變形的總耗功越大，儲存能越高；(5)固溶體中的溶質(zhì)因其對變形的阻礙作用而使儲存能增加(6)細晶粒中的儲存能高于粗晶粒；(7)合金中的彌散第二相對儲存能的影響視第二相的性質(zhì)而定，若第二相本身可變形．對儲存能的影響不大；若第二相不可變形，使位錯密度大大增加，則儲存能增大。97陶瓷材料具有強度高、重量輕、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等一系列優(yōu)點，作為結(jié)構(gòu)材料，特別是高溫結(jié)構(gòu)材料極具潛力；但由于陶瓷材料的塑、韌性差，在一定程度上限制了它的應(yīng)用。本節(jié)將討論陶瓷材料變形特點。98附：陶瓷材料的塑性變形

陶瓷晶體一般由共價鍵和離子鍵結(jié)合，在室溫靜拉伸時，除少數(shù)幾個具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的晶體如`KCl，MgO外，一般陶瓷晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在室溫下沒有塑性，如圖58所示。即彈性變形階段結(jié)束后，立即發(fā)生脆性斷裂，這與金屬材料具有本質(zhì)差異。和金屬材料相比，陶瓷晶體具有如下特點：99一、陶瓷晶體的塑性變形100

（1）陶瓷晶體的彈性模量比金屬大得多，常高出幾倍。這是由其原子鍵合特點決定的。共價鍵晶體的鍵具有方向性，使晶體具有較高的抗晶格畸變和阻礙位錯運動的能力，使共價鍵陶瓷具有比金屬高得多的