材料科學(xué)基礎(chǔ) 課件 第六章 金屬材料的塑性變形

§6.1結(jié)構(gòu)材料的變形特性§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塑性變形對金屬材料微觀結(jié)構(gòu)

和性能的影響§6.6金屬材料的斷裂

第六章金屬材料的塑性變形與斷裂1§6.1結(jié)構(gòu)材料的變形特性234567?晶體滑移常溫下，金屬晶體材料塑性變形的基本方式：?晶體孿生§6.2單晶體的塑性變形

8一、（晶體）滑移：

切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿特定晶面（滑移面）上的特定晶向（滑移方向）相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。9圖6-6拋光后7%形變的鋁表面(光學(xué)顯微鏡)（一）滑移帶1011（二）滑移系：

1個滑移面和此面上的1個滑移方向構(gòu)成1個滑移系，表示金屬晶體在進行滑移時可能采取的1個空間取向。12{110}<111>圖6-8BCC結(jié)構(gòu)的滑移系13圖6-9FCC結(jié)構(gòu)的滑移系

{111}<110>14圖6-10HCP結(jié)構(gòu)的滑移系{0001}<1120>15當晶體受力時，并非所有滑移系同時開動。某一個滑移系的開動，即滑移的開始，取決于外力在該滑移系的滑移方向上的分切應(yīng)力大小。（三）滑移的臨界分切應(yīng)力：使某一個滑移系開動的最小分切應(yīng)力τk。16圖6-11單晶體滑移時的分切應(yīng)力

17金屬溫度/℃純度/%滑移面滑移方向/MPaFe室溫99.96﹛110﹜〈111〉27.44Al室溫—﹛111﹜〈110〉0.79Mg室溫99.95﹛0001﹜0.81Mg室溫99.98﹛0001﹜0.76Mg33099.98﹛0001﹜0.64Mg33099.983.92金屬晶體發(fā)生滑移的臨界分切應(yīng)力18圖6-1219

單晶體受限滑移時，滑移面和滑移方向都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，使晶體的取向改變，發(fā)生“幾何硬化”或“幾何軟化”以及“雙滑移”或“多滑移”。（四）滑移時晶體轉(zhuǎn)動：20圖6-1421圖6-1522（五）多系滑移：

晶體的滑移在2個或更多的滑移系上同時進行或交替進行，形成“雙滑移”或“多滑移”。23鋁晶體中的單系滑移鋁晶體中的多系滑移鋁晶體中的交滑移24（晶體）交滑移：

在一定條件下，晶體沿2個或多個相交的滑移面的同一滑移方向同時或交替進行滑移。晶體交滑移示意圖25晶體滑移是切應(yīng)力作用下位錯線沿滑移面逐步運動的結(jié)果。（六）滑移的位錯機制：26位錯移動一個原子間距只需位錯中心附近少數(shù)原子作遠小于一個原子間距的彈性偏移,因此只需很小的切應(yīng)力就可實現(xiàn)。27位錯的增殖：28（運動）位錯的交割29帶著刃型割階的刃型位錯仍可在其滑移面運動，但位錯線的長度增加會增加一定的運動阻力。此外，如果螺型位錯與其它位錯發(fā)生交割而產(chǎn)生刃型割階時，除非割階產(chǎn)生攀移，刃型割階不能隨螺型位錯一起滑移，會強烈阻礙螺型位錯的運動，好像“釘扎”了螺型位錯一樣。

（運動）位錯的塞積：30單晶體的切應(yīng)力-切應(yīng)變曲線/單晶體的加工硬化曲線31

32二、（晶體）孿生：

切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿特定晶面（孿生面）上的特定晶向（孿生方向）相對于另一部分產(chǎn)生一定角度的均勻切變過程。3334圖6-24FCC晶體的孿生變形過程示意圖孿生面孿生面ττ孿生帶/35圖6-251、滑移變形后晶體各部分的相對位向不改變；孿生變形后晶體的變形部分與未變形部分構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系。2、滑移變形量是原子間距的整數(shù)倍；孿生變形量是原子間距的分數(shù)倍。3、孿生所需的臨界分切應(yīng)力遠大于滑移所需的臨界分切應(yīng)力。4、室溫下一般先發(fā)生滑移。晶體對稱度越低、變形溫度越低或加載速率越高，則越容易發(fā)生孿生變形。5、滑移引起的晶體總變形量很大；孿生引起的總形變量不大，但可激發(fā)進一步的滑移，提高金屬變形能力。切應(yīng)力作用下，沿特定的晶面和晶向進行，不改變晶體結(jié)構(gòu)。36§6.3多晶體的塑性變形Cu的單晶體與多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線§6.4合金的塑性變形

37多晶體塑性變形的不同時性晶粒間的相互約束——常溫下多晶體的塑性變形抗力較單晶體高38多晶體塑性變形的相互協(xié)調(diào)性位錯運動在晶界受阻及多滑移引起位錯交割——常溫下多晶體的塑性變形抗力較單晶體高圖6-2839多晶體塑性變形的不均勻性40細晶強化/晶界強化：常溫下，多晶體金屬的晶粒越細小，其強度越高，塑性和韌性也越好。低碳鋼的曲線b

41§6.4合金的塑性變形

固溶強化：固溶體中溶質(zhì)原子的存在，使合金的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。溶質(zhì)固溶度越大，強化效果越顯著。42

位錯線繞過第二相顆粒

位錯線切過第二相顆粒第二相強化：合金中硬脆的第二相呈彌散顆粒均勻分布在塑性相基體上，可顯著提高其強度，降低其塑性。第二相顆粒的體積分數(shù)越大，強化效果越好。43多晶體的滑移帶（a）和孿生帶（b）

§6.5塑性變形對金屬材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響常溫下，塑性變形對多晶體金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的影響——滑移帶或?qū)\生帶、位錯密度增加、變形晶粒、纖維組織、形變亞結(jié)構(gòu)、形變織構(gòu)。4445塑性變形對顯微組織的影響46多晶體中均勻分布的位錯47形變亞結(jié)構(gòu)（形變亞晶）48形變織構(gòu)(100)(100)49形變強化/加工硬化：隨金屬材料塑性變形程度增加，其強度、硬度增加而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。機制：隨金屬材料塑性變形程度增加，多滑移的發(fā)生和位錯密度增加這兩個主要因素引起顯著的位錯交割以致位錯運動受阻。502、冷加工是一種強化導(dǎo)體材料的良好方法。4、形變強化是某些工件能夠加工成形的重要原因。形變強化/加工硬化的實際意義：1、提高金屬材料的強度并得到所需的最終形狀。5、冷加工可以獲得很好的尺寸精度和表面光潔度，成本低。3、對不能用熱處理強化的材料，利用冷加工提高強度尤為重要。5152形變強化/加工硬化的不利方面：1、隨冷變形量增加，要注意控制外加載荷低于金屬材料的抗拉強度，并避免因塑性降低造成開裂。2、HCP金屬材料通過冷加工只能實現(xiàn)較小變形量；用于高溫環(huán)境的金屬材料慎重采用形變強化作為強化方式。3、應(yīng)控制金屬材料的各向異性和殘余應(yīng)力。53殘余應(yīng)力：宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：工件各部分宏觀變形不均勻而引起的，其平衡范圍是工件的整個體積。微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于各晶?；騺喚?/p>