塑性變形機制第二章剖析

1、塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2. 塑性變形機制塑性變形機制 Plastic Deformation Mechanism塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析彈性變形（彈性變形（Elastic DeformationElastic Deformation）n彈性變形過程：外力彈性變形過程：外力應力應力原子離開平衡位置原子離開平衡位置變形變形原子位能增加原子位能增加返回趨勢返回趨勢外力消失外力消失變形消失變形消失彈性變形彈性變形n可逆性：材料尺寸只發(fā)生暫時性改變，外力撤除，變形消失。可逆性：材料尺寸只發(fā)生暫時性改變，外力撤除，變形消失。n單值性：應力與應變關系遵循虎克定律單值

2、性：應力與應變關系遵循虎克定律 拉伸拉伸:=E:=E，E-E-楊氏模量楊氏模量 ；剪切；剪切:=G:=G，G-G-切變模量切變模量 。 彈性模量是重要的物理和力學參量，表示使原子離開平衡位置的難易程彈性模量是重要的物理和力學參量，表示使原子離開平衡位置的難易程度，只取決于晶體原子結合的本性，不依晶粒大小以及組織變化而變，度，只取決于晶體原子結合的本性，不依晶粒大小以及組織變化而變，是一種組織不敏感的性質(zhì)。是一種組織不敏感的性質(zhì)。n全程性：持續(xù)至斷裂前。全程性：持續(xù)至斷裂前。n金屬彈性變形的本質(zhì)：金屬原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移。金屬彈性變形的本質(zhì)：金屬原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移。塑性變形機制第二

3、章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形塑性變形（Plastic DeformationPlastic Deformation）n不可逆性：應力超過彈性極限，材料發(fā)生的不可逆的永久變形。不可逆性：應力超過彈性極限，材料發(fā)生的不可逆的永久變形。n變形先后順序：先發(fā)生彈性變形，后發(fā)生塑性變形。變形先后順序：先發(fā)生彈性變形，后發(fā)生塑性變形。n應力與應變的關系偏離虎克定律。應力與應變的關系偏離虎克定律。n形狀和尺寸的不可逆變化是通過原子的定向位移實現(xiàn)的。因此，形狀和尺寸的不可逆變化是通過原子的定向位移實現(xiàn)的。因此，施加的力或能應足以克服位壘，使大量的原子群能多次地定向施加的力或能應足以克服位壘，使大量的原

4、子群能多次地定向地從一個平衡位置移到另一個平衡位置，由此產(chǎn)生宏觀的塑性地從一個平衡位置移到另一個平衡位置，由此產(chǎn)生宏觀的塑性變形。變形。n塑性變形的本質(zhì)塑性變形的本質(zhì): :位錯的運動（位錯的運動（晶粒內(nèi)部晶粒內(nèi)部或或晶粒之間產(chǎn)生的滑移晶粒之間產(chǎn)生的滑移及轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)動）；）；塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制塑性變形機制（Mechanism of Plastic DeformationMechanism of Plastic Deformation）（根據(jù)原子群移動所發(fā)生的條件和方式劃分）（根據(jù)原子群移動所發(fā)生的條件和方式劃分）n滑移滑移(Slip)(Slip)：最主要的變形

5、方式最主要的變形方式n孿生孿生(Twinning)(Twinning)： 低溫高速，對稱性較低的密排六方金屬低溫高速，對稱性較低的密排六方金屬n不對稱變形不對稱變形(Asymmetrical Deformation(Asymmetrical Deformation）： 變形協(xié)調(diào)機制變形協(xié)調(diào)機制n非晶機制非晶機制(Amorphous Mechanism)(Amorphous Mechanism)：高溫高溫n晶界滑移晶界滑移(Grain Boundary Slip)(Grain Boundary Slip)：高溫高溫塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.1.12.1.1滑移現(xiàn)象滑移現(xiàn)象n

6、室溫下晶體塑變的主要方式是滑移。室溫下晶體塑變的主要方式是滑移。n滑移是靠位錯的運動實現(xiàn)的滑移是靠位錯的運動實現(xiàn)的n位錯沿滑移面滑移當移動到晶體表面時，便產(chǎn)生了大小等位錯沿滑移面滑移當移動到晶體表面時，便產(chǎn)生了大小等于柏氏矢量的滑移臺階，如果該滑移面上有大量位錯運動到于柏氏矢量的滑移臺階，如果該滑移面上有大量位錯運動到晶體表面，宏觀上，晶體的一部分相對另一部份沿滑移面發(fā)晶體表面，宏觀上，晶體的一部分相對另一部份沿滑移面發(fā)生了相對位移，這便是滑移。生了相對位移，這便是滑移。n光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。電鏡下：滑移線。光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。電鏡下：滑移線。2.1 滑移滑移（Slip）塑性變

7、形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 在在300 300 拉伸的鋅單晶體拉伸的鋅單晶體單晶體的圓柱試樣表面拋光后拉伸，試樣表面就會出現(xiàn)一單晶體的圓柱試樣表面拋光后拉伸，試樣表面就會出現(xiàn)一系列平行的變形痕跡。光鏡觀察，晶體表面上形成的浮凸，系列平行的變形痕跡。光鏡觀察，晶體表面上形成的浮凸，稱為滑移帶。稱為滑移帶。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析工業(yè)純鐵壓縮變形工業(yè)純鐵壓縮變形滑移線（電鏡下）滑移線（電鏡下）塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析滑移線（滑移線（Slip LineSlip Line）：滑移帶中的細線滑移線是滑移面兩側(cè)：滑移帶中的細線滑移線是滑移面兩側(cè)晶體相對滑

8、動所造成的?；茙Ш突凭€間的晶體片層并未晶體相對滑動所造成的。滑移帶和滑移線間的晶體片層并未發(fā)生塑性變形，僅僅發(fā)生了相對滑動。發(fā)生塑性變形，僅僅發(fā)生了相對滑動。 滑移層滑移層(Slip Lamina)(Slip Lamina)：相鄰滑移線間的晶體片層相鄰滑移線間的晶體片層滑移量滑移量( Slippage)( Slippage)：每條滑移線所產(chǎn)生的臺階高度每條滑移線所產(chǎn)生的臺階高度 滑移帶示意圖滑移帶示意圖塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析滑移滑移n定義：在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿定義：在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方

9、向）產(chǎn)生相對位著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。n滑移的機制就是位錯在滑移面內(nèi)的運動?；频臋C制就是位錯在滑移面內(nèi)的運動。n滑移時，滑移矢量與柏氏矢量平行?；茣r，滑移矢量與柏氏矢量平行。n晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍. .n滑移后滑移后, , 滑移面兩側(cè)晶體的位向關系未發(fā)生變化。滑移面兩側(cè)晶體的位向關系未發(fā)生變化。n滑移分別集中在某些晶面上，變形具有不均勻性?；品謩e集中在某些晶面上，變形具有不均勻性。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機

10、制第二章剖析滑移面滑移面(Slip Plane)(Slip Plane)和滑移方向和滑移方向(Slip Direction):(Slip Direction):n塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，晶體沿某塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，晶體沿某些特定的晶面及方向相對錯開，這些晶面和晶向分別稱些特定的晶面及方向相對錯開，這些晶面和晶向分別稱“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向”。n滑移面與滑移方向稱為滑移要素滑移面與滑移方向稱為滑移要素 n滑移面應是面間距最大的密排面（面間距最大，面間結合滑移面應是面間距最大的密排面（面間距最大，面間結合力最弱，切變阻力最?。?，滑移方向方向是

11、原子的最密排力最弱，切變阻力最小），滑移方向方向是原子的最密排方向（原子間距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最?。７较颍ㄔ娱g距最小，柏氏矢量最小，滑移阻力最?。?。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n滑移系滑移系(Slip System):(Slip System):一個滑移面和其上的一個一個滑移面和其上的一個滑移方向構成一個滑移系?；品较驑嫵梢粋€滑移系。具體晶體中滑移系是有限具體晶體中滑移系是有限的。的。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向 滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金

12、屬晶格的滑移系塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n對一定結構晶體，滑移方向是固定的，滑移面可能隨溫度改對一定結構晶體，滑移方向是固定的，滑移面可能隨溫度改變。變。n滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I比滑移面更大。因而金屬的塑性，中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I比滑移面更大。因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格面心立方晶格好于體心立方晶格, , 體心立方晶格好于密排六體心立方晶格好于密排六方晶格。方晶格。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n滑移系只提供了金屬滑移的滑移系只提供了金屬滑移的

13、可能性，而金屬在外力作用可能性，而金屬在外力作用下滑移的驅(qū)動力是沿滑移面下滑移的驅(qū)動力是沿滑移面滑移方向上的分切應力。滑移方向上的分切應力。n單晶體受力后，外力在任何單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應力和晶面上都可分解為正應力和切應力。正應力只能引起彈切應力。正應力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在性變形及解理斷裂。只有在切應力的作用下金屬晶體才切應力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。能產(chǎn)生塑性變形。外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應力作用下的變形切應力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片2.1.2 2.1.2 滑移時的臨界切應力（滑移時的臨界切應力（Critical

14、Shear Stress)Critical Shear Stress)塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析臨界切應力臨界切應力：沿滑移面滑移方向上的分切應力；能夠引起：沿滑移面滑移方向上的分切應力；能夠引起滑移系開動的分切應力滑移系開動的分切應力, ,決定滑移系能否開動決定滑移系能否開動. . 0APcoscos0APAPScoscoscos Scoscossc外力在滑移方向的分切應力外力在滑移方向的分切應力SA A0 0A A橫截面橫截面A A0 0上的正應力上的正應力: :滑移面滑移面A A上的

15、全應力上的全應力: :滑移面上沿滑移方向的分切應力滑移面上沿滑移方向的分切應力: :滑移面上的正應力滑移面上的正應力: :2coscos Sncoscoscscs滑移面法線與橫截面法線間夾角為滑移面法線與橫截面法線間夾角為 ；軸向拉力與滑移方向間夾角為軸向拉力與滑移方向間夾角為 塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析拉伸時拉伸時MgMg單晶體的取向因子與屈服應力的關系單晶體的取向因子與屈服應力的關系只有只有 一定時一定時 與與ccoscos才構成如圖函數(shù)關系才構成如圖函數(shù)關系s塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析SchmidSchmid定律定律: : 金屬在一定變形溫度和變形速度

16、條件下金屬在一定變形溫度和變形速度條件下, ,開始發(fā)生滑移變形開始發(fā)生滑移變形所需的臨界切應力為常數(shù)所需的臨界切應力為常數(shù), ,與取向因子無關與取向因子無關. .室溫下鐵單晶體切應力切應變曲線室溫下鐵單晶體切應力切應變曲線a a、bibi表示從不同方向?qū)﹁F單晶體的拉伸表示從不同方向?qū)﹁F單晶體的拉伸如圖：臨界切應力大體都為如圖：臨界切應力大體都為20MPa20MPa，即與取向因子無關。，即與取向因子無關。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析對任意給定的對任意給定的 ， 9090- - 時時, ,取向因子最大取向因子最大. .滑移面法線、滑移滑移面法線、滑移方向、外力處于同一平面，則：方向

17、、外力處于同一平面，則：coscos2sin2sincos)90cos(cos2sin2sc2sin2cs45時時, ,2maxc達到達到max時時, ,s最小最小, ,且且cs2等于與趨近此方位稱為有利方位或等于與趨近此方位稱為有利方位或軟取向軟取向; ;遠離此方向稱為不利方向或遠離此方向稱為不利方向或硬取向硬取向; ;處于軟取向的滑移首先發(fā)生滑移處于軟取向的滑移首先發(fā)生滑移. .cs取向因子越大，分切應力也越大取向因子越大，分切應力也越大塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.1.32.1.3影響臨界切應力的因素影響臨界切應力的因素n滑移的物理本質(zhì)滑移的物理本質(zhì): :晶體中的位錯在

18、切應力作用下逐步移動。晶體中的位錯在切應力作用下逐步移動。 所有造成位錯移動阻力的因素均會使臨界切應力提高。所有造成位錯移動阻力的因素均會使臨界切應力提高。n影響因素影響因素： 1) 1)金屬的種類金屬的種類( (教材表教材表2-2)2-2)： 原子間結合力原子間結合力 ，位錯移動的點陣阻力，位錯移動的點陣阻力 ； 2) 2)化學成分：化學成分： 溶質(zhì)原子產(chǎn)生固溶強化，位錯運動受阻；溶質(zhì)原子產(chǎn)生固溶強化，位錯運動受阻； 不同溶質(zhì)原子固溶強化效應不同；不同溶質(zhì)原子固溶強化效應不同；（1 1）溶質(zhì)原子的原子數(shù)分數(shù)越大，強化作用越大；）溶質(zhì)原子的原子數(shù)分數(shù)越大，強化作用越大；（2 2）溶質(zhì)原子與基體

19、金屬原子尺寸相差越大，強化作用越大；）溶質(zhì)原子與基體金屬原子尺寸相差越大，強化作用越大；（3 3）間隙型溶質(zhì)原子比置換原子有更大的固溶強化作用；）間隙型溶質(zhì)原子比置換原子有更大的固溶強化作用； c塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 固溶體中的晶格畸變示意圖 a)間隙固溶體 b)置換固溶體 （a) a)間隙固溶間隙固溶 (b)(b)置換固溶置換固溶塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析固溶原子對銅單晶臨界分切應力的影響固溶原子對銅單晶臨界分切應力的影響臨界切應力，臨界切應力，10MPa10MPa固溶原子固溶原子( (原子原子) )， CuCu基固溶體加入基固溶體加入不同溶質(zhì)時強化

20、效不同溶質(zhì)時強化效果不相同。果不相同。n與與CuCu原子尺寸相近的原子尺寸相近的NiNi、Si Si等對流變應力的影響等對流變應力的影響較小；較小；n原子尺寸比原子尺寸比CuCu大的大的SnSn等等對流變應力的影響非常對流變應力的影響非常顯著。顯著。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析間隙固溶強化間隙固溶強化 C C、N N等溶質(zhì)原子嵌等溶質(zhì)原子嵌入入 -Fe-Fe晶格的八面體晶格的八面體間隙中間隙中, ,使晶格產(chǎn)生不使晶格產(chǎn)生不對稱正方性畸變造成對稱正方性畸變造成強化效應強化效應. .鐵基體屈服鐵基體屈服強度隨間隙原子含量強度隨間隙原子含量增加而變大增加而變大. .鐵的屈服應力和含鐵

21、的屈服應力和含C C量的關系量的關系塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析影響因素影響因素3) 3)變形溫度：變形溫度： 溫度溫度， ，因為原子動能增大，原，因為原子動能增大，原子間結合力減弱；子間結合力減弱； 但高溫時，溫度但高溫時，溫度， 不變；不變； 4) 4)變形速度：變形速度： 速度速度， ，因為單位時間內(nèi)必須使，因為單位時間內(nèi)必須使更多位錯線移動，加工硬化率較快；更多位錯線移動，加工硬化率較快； 對變形速度的依賴性極弱；對變形速度的依賴性極弱； 5) 5)變形方式、組織結構（加工和處理狀態(tài)）變形方式、組織結構（加工和處理狀態(tài)）等。等

22、。cccc塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析三種常用金屬的臨界分切應力隨溫度的變化三種常用金屬的臨界分切應力隨溫度的變化塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析化學成分和溫度對純銅化學成分和溫度對純銅的臨界分切應力的影響的臨界分切應力的影響鎘速率的關系單晶的臨鎘速率的關系單晶的臨界切應力與溫度和應變界切應力與溫度和應變(X比比+應變速率大應變速率大100倍倍)塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.1.42.1.4滑移時晶體的轉(zhuǎn)動（滑移時晶體的轉(zhuǎn)動（Rotation of Crystal)Rotation of Crystal) 實際變形中滑移總要受到限制，晶體不會自由無

23、限實際變形中滑移總要受到限制，晶體不會自由無限制滑移下去，因此滑移的同時往往伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動。制滑移下去，因此滑移的同時往往伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動。 1. 1. 位向和晶面的變化位向和晶面的變化 拉伸時晶體的轉(zhuǎn)動；拉伸時晶體的轉(zhuǎn)動； 壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動 塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 拉伸時晶體的轉(zhuǎn)動拉伸時晶體的轉(zhuǎn)動: 1): 1)滑移面上最大分切應力與滑移方向一致滑移面上最大分切應力與滑移方向一致時時; 2); 2)滑移面上最大分切應力與滑移方向不一致時滑移面上最大分切應力與滑移方向不一致時 （a) a)原始原始(b)(b)自由變形（自由變形（C C）受夾頭限制變形）受

24、夾頭限制變形 若夾頭不受限制，欲使若夾頭不受限制，欲使滑移面的滑移方向保持不變，滑移面的滑移方向保持不變，拉力軸取向必須不斷變化，拉力軸取向必須不斷變化，如圖如圖(a)(b)(a)(b)。實際上夾頭固定。實際上夾頭固定不動，即拉力軸方向不變，不動，即拉力軸方向不變，此時晶體必須不斷發(fā)生轉(zhuǎn)動。此時晶體必須不斷發(fā)生轉(zhuǎn)動。如圖如圖(c)(c)。轉(zhuǎn)動結果，使滑移。轉(zhuǎn)動結果，使滑移面法線與外力軸夾角增大，面法線與外力軸夾角增大，使外力與滑移方向夾角變小。使外力與滑移方向夾角變小。 1) 1)滑移面上最大分切應力與滑移方向一致時滑移面上最大分切應力與滑移方向一致時: :滑移面和滑移滑移面和滑移方向趨于方向

25、趨于 平行于力軸方向平行于力軸方向塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2) 2) 滑移面上最大分切應力與滑移方向不一致時晶體的轉(zhuǎn)動滑移面上最大分切應力與滑移方向不一致時晶體的轉(zhuǎn)動A0A1FF轉(zhuǎn)動有兩種：滑移面向外力軸方轉(zhuǎn)動有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移方向向最向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移方向向最大切應力方向轉(zhuǎn)動。大切應力方向轉(zhuǎn)動。 切應力作用下的變形和滑移面向切應力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動外力方向的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動的原因：晶體滑移后使正應轉(zhuǎn)動的原因：晶體滑移后使正應力分量和切應力分量組成了力偶力分量和切應力分量組成了力偶. .滑移時晶體轉(zhuǎn)動示意圖 塑性變形機制第二章剖析塑性變

26、形機制第二章剖析壓縮時晶體轉(zhuǎn)動示意圖壓縮時晶體轉(zhuǎn)動示意圖壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動: : 晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析（2）取向因子的變化幾何硬化：，遠離45，滑移變得困難；幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.1.5 2.1.5 滑移的基本類型滑移的基本類型n單滑移單滑移(Single Slip)(Single Slip)：外加切應力：外加切應力 c, c,開動一組滑移系；開動一組滑移系； 特征：表面平行的滑移線特征：表面平行的滑移線; ; 發(fā)生在滑移系較少或塑性變形開

27、始階段。發(fā)生在滑移系較少或塑性變形開始階段。n多滑移多滑移(Multiple Slip)(Multiple Slip)：外力軸與幾個滑移系取向相同：外力軸與幾個滑移系取向相同, ,多個滑移系同時多個滑移系同時開動；由于位錯交割、纏結，導致加工硬化。開動；由于位錯交割、纏結，導致加工硬化。 特征：兩組或多組交叉的滑移線；特征：兩組或多組交叉的滑移線；n交滑移交滑移(Cross Slip)(Cross Slip)：螺位錯滑移受阻時，離開原滑移面沿另一晶面繼：螺位錯滑移受阻時，離開原滑移面沿另一晶面繼續(xù)滑移；續(xù)滑移；b b不變，所以滑移方向和大小不變。變形溫度越高，變形量不變，所以滑移方向和大小不變

28、。變形溫度越高，變形量越大，交滑移越顯著。越大，交滑移越顯著。 特征：折線或波紋狀滑移線。特征：折線或波紋狀滑移線。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析CuCu的單滑移的單滑移, x500, x500AlAl的多滑移的多滑移, x145, x145AlAl單晶的交滑移單晶的交滑移, x260, x260塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n多系滑移多系滑移 對于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利對于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利的滑移系（其分切應力最大）中進行，但由于變形時晶的滑移系（其分切應力最大）中進行，但由于變形時晶面轉(zhuǎn)動的結果，另一組滑移面上的分切應

29、力也可能逐漸面轉(zhuǎn)動的結果，另一組滑移面上的分切應力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶體的滑移就增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行，可能在兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行，從而產(chǎn)生多系滑移。從而產(chǎn)生多系滑移。n滑移的位錯機制滑移的位錯機制 實際測得晶體滑移的臨界分切應力值較理論計算值低實際測得晶體滑移的臨界分切應力值較理論計算值低3 34 4個數(shù)量級，表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對個數(shù)量級，表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是

30、借助位錯在滑移面上運動來逐步地進行的。在滑移面上運動來逐步地進行的。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.2孿生孿生(Twinning) n孿生孿生(Twinning)(Twinning): : 形成孿晶的過程：晶體在切應力的作用下形成孿晶的過程：晶體在切應力的作用下, ,一部分沿一定的晶一部分沿一定的晶面和一定的晶向相對于另一部分發(fā)生的均勻切變面和一定的晶向相對于另一部分發(fā)生的均勻切變. . 塑性變形的另一種重要方式塑性變形的另一種重要方式, ,常作為滑移不易進行時的補充常作為滑移不易進行時的補充. .n孿晶孿晶(Twins)(Twins): : 相對某一特定晶面兩邊原子排列成鏡像

31、對稱的一對晶體相對某一特定晶面兩邊原子排列成鏡像對稱的一對晶體. . 孿生的產(chǎn)物孿生的產(chǎn)物. .金相顯微鏡下一般呈帶（片）狀或細長透鏡狀。金相顯微鏡下一般呈帶（片）狀或細長透鏡狀。n孿生的形成方式孿生的形成方式: : 1) 1)晶體生長晶體生長, ,如退火孿晶如退火孿晶; ; 2) 2)塑性變形塑性變形, ,稱變形（或機械）孿晶稱變形（或機械）孿晶. .塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析現(xiàn)象現(xiàn)象: :透鏡狀或帶（片）狀透鏡狀或帶（片）狀. .(a)(a)拉伸試驗中產(chǎn)生的孿晶拉伸試驗中產(chǎn)生的孿晶 (b)(b)拉伸試驗后長大的孿晶拉伸試驗后長大的孿晶變形變形ZnZn中的透鏡狀孿晶中的透鏡

32、狀孿晶塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析純鋅沖擊變形純鋅沖擊變形孿晶孿晶塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析純銅純銅 形變退火形變退火 退火孿晶退火孿晶塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.2.12.2.1孿生變形的特點孿生變形的特點 1) 1) 均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。 2) 2) 具有晶體學要素：孿生面和孿生方向，統(tǒng)稱孿生系具有晶體學要素：孿生面和孿生方向，統(tǒng)稱孿生系; ;如教材表如教材表2-3.2-3.

33、 3) 3) 相鄰層間相對切變量相等且小于一個原子間距，每層相鄰層間相對切變量相等且小于一個原子間距，每層總切變量與它和孿生面的距離成正比；總切變量與它和孿生面的距離成正比； 4 4）不改變晶體的點陣類型，只使變形部分與未變形部）不改變晶體的點陣類型，只使變形部分與未變形部分以孿生面成鏡像對稱；分以孿生面成鏡像對稱；塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析例：面心立方晶體的孿生變形例：面心立方晶體的孿生變形（a a）孿晶面和孿生方向）孿晶面和孿生方向 （b b）孿生變形時原子的移動）孿生變形時原子的移動塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析

34、 5 5） 所產(chǎn)生的形變較小，（鎘單所產(chǎn)生的形變較小，（鎘單晶靠孿生僅獲變形量晶靠孿生僅獲變形量7.39%7.39%，靠，靠滑移獲滑移獲300%300%）; ; 6 6）作用：調(diào)整晶體位向）作用：調(diào)整晶體位向( (孿晶面孿晶面兩側(cè)晶體形成鏡面對稱兩側(cè)晶體形成鏡面對稱) )，激發(fā)，激發(fā)進一步滑移，使滑移與孿生交進一步滑移，使滑移與孿生交替進行，從而獲得較大變形。替進行，從而獲得較大變形。 7) 7) 具有可逆性：應力反向時，具有可逆性：應力反向時，去孿，且去孿易于孿生。去孿，且去孿易于孿生。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.2.22.2.2孿生的位錯機制孿生的位錯機制 假設一個面心

35、立方晶體中，有一個垂直穿假設一個面心立方晶體中，有一個垂直穿過（過（111111）面的螺型位錯，柏氏矢量為）面的螺型位錯，柏氏矢量為a/3111a/3111（111111）面的面間距）。此位錯使（）面的面間距）。此位錯使（111111）面變成一個螺旋面。若位于（面變成一個螺旋面。若位于（111111）面上有一）面上有一柏氏矢量為柏氏矢量為a/6112a/6112的肖克萊不全位錯，其一的肖克萊不全位錯，其一端被極軸位錯固定，則不全位錯只能繞極軸端被極軸位錯固定，則不全位錯只能繞極軸轉(zhuǎn)動。當它在（轉(zhuǎn)動。當它在（111111）面上掃過一周后，產(chǎn)生）面上掃過一周后，產(chǎn)生a/6112a/6112的滑移量

36、，相當于產(chǎn)生一個單原子層的滑移量，相當于產(chǎn)生一個單原子層的孿晶，同時又沿螺旋面上升一層。如此繼的孿晶，同時又沿螺旋面上升一層。如此繼續(xù)轉(zhuǎn)動，就會形成一個孿晶區(qū)。當此不全位續(xù)轉(zhuǎn)動，就會形成一個孿晶區(qū)。當此不全位錯依此沿（錯依此沿（111111）面掃過后，密排面的堆垛順）面掃過后，密排面的堆垛順序就會發(fā)生改變，由原來序就會發(fā)生改變，由原來ABCABCABCABCABCABC變?yōu)樽優(yōu)锳BCABACBA,ABCABACBA,這樣就使上部分晶體變成與這樣就使上部分晶體變成與未變形部分晶體成對稱的孿晶區(qū)。未變形部分晶體成對稱的孿晶區(qū)。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析孿生與滑移最大的區(qū)別在于孿生

37、要引起堆垛層錯孿生與滑移最大的區(qū)別在于孿生要引起堆垛層錯的改變的改變. .孿晶形成的位錯機制孿晶形成的位錯機制: : 由肖克萊不全位錯運動掃過相繼的層面造成的均由肖克萊不全位錯運動掃過相繼的層面造成的均勻切變勻切變. .塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析不同結構金屬不同結構金屬: : 滑移系多的立方晶系金屬易于滑移，不易孿生?；葡刀嗟牧⒎骄到饘僖子诨疲灰讓\生。 密排六方：滑移系少，常以孿生方式變形。特別是晶體密排六方：滑移系少，常以孿生方式變形。特別是晶體取向不利于滑移時，變形一開始就孿生。取向不利于滑移時，變形一開始就孿生。 體心立方：低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。體心立

38、方：低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。 面心立方：一般不發(fā)生孿生變形（極低溫），但常發(fā)現(xiàn)面心立方：一般不發(fā)生孿生變形（極低溫），但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。2.2.32.2.3發(fā)生孿生的條件發(fā)生孿生的條件塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n孿生難于滑移孿生難于滑移. . 孿生前有滑移產(chǎn)生，即在已產(chǎn)生一定形變的情況下才開孿生前有滑移產(chǎn)生，即在已產(chǎn)生一定形變的情況下才開始：當滑移已強烈進行并受到阻礙時，在高度應力集中處始：當滑移已強烈進行并受到阻礙時，在高度應力集

39、中處誘發(fā)孿生。誘發(fā)孿生。 孿生位錯是在一定內(nèi)應力下由部分滑移位錯孿生位錯是在一定內(nèi)應力下由部分滑移位錯轉(zhuǎn)變而成轉(zhuǎn)變而成. . 孿晶應力高于滑移：孿晶應力高于滑移：MgMg孿生臨界切應力孿生臨界切應力535MPa535MPa，滑移，滑移臨界切應力僅臨界切應力僅0.5MPa0.5MPa。n產(chǎn)生孿晶的應力隨層錯能提高而增加。產(chǎn)生孿晶的應力隨層錯能提高而增加。 在高應力下形核后在遠小于孿晶萌生的應力下沿孿生面和在高應力下形核后在遠小于孿晶萌生的應力下沿孿生面和垂直孿生面兩方向同時極快垂直孿生面兩方向同時極快( (聲速聲速) )擴展。擴展。n切變量隨孿生區(qū)的增長而增大。彈性應變大，需要其他變切變量隨孿生

40、區(qū)的增長而增大。彈性應變大，需要其他變形機制（滑移或扭折）協(xié)調(diào)，否則出現(xiàn)裂縫，變形終止。形機制（滑移或扭折）協(xié)調(diào)，否則出現(xiàn)裂縫，變形終止。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.2.4 2.2.4 孿生與滑移的區(qū)別孿生與滑移的區(qū)別塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 滑移滑移 孿生孿生 相同點相同點 在切應力下進行；在切應力下進行； 沿特定晶面、晶向進行；沿特定晶面、晶向進行； 不改變晶體結構。不改變晶體結構。不不同同點點 切變均勻性切變均勻性 不均勻（僅滑移面上）不均勻（僅滑移面上） 均勻（整個變形區(qū)）均勻（整個變形區(qū)） 面兩邊晶體位向面兩邊晶體位向不變，拋光浸蝕后不不變，拋

41、光浸蝕后不重現(xiàn)重現(xiàn)改變，成鏡像對稱，拋改變，成鏡像對稱，拋光浸蝕后仍可重現(xiàn)光浸蝕后仍可重現(xiàn) 切變量切變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小于孿生方向上的原子間距，較小。間距，較小。 位錯機制位錯機制全位錯運動的結果全位錯運動的結果半位錯運動的結果半位錯運動的結果對塑性變形的貢獻對塑性變形的貢獻 大大 小小 臨界切應力臨界切應力 小小 大大 變形條件變形條件易，先滑移后孿生易，先滑移后孿生難，滑移困難時發(fā)生低難，滑移困難時發(fā)生低溫、高速溫、高速塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.3 2.3 不對稱轉(zhuǎn)變不對稱轉(zhuǎn)變 當變形條件既不利于滑

42、移又不利于孿生時，當變形條件既不利于滑移又不利于孿生時，晶體點陣則晶體點陣則以非對稱的方式變向，稱為不對稱變向。變形部分相對未變以非對稱的方式變向，稱為不對稱變向。變形部分相對未變形部分取向是無規(guī)律的，不成對稱關系。常見的變形方式：形部分取向是無規(guī)律的，不成對稱關系。常見的變形方式：扭折帶、變形帶。扭折帶、變形帶。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析單晶鎘（密排六方）被壓縮時的扭折單晶鎘（密排六方）被壓縮時的扭折扭折狀態(tài)扭折狀態(tài)扭折示意圖扭折示意圖2.3.12.3.1扭折帶（扭折帶（KinkbandKinkband）沿密排六方單晶的基面沿密排六方單晶的基面（00010001）方向壓縮時

43、，由）方向壓縮時，由于取向因子為零，根據(jù)式于取向因子為零，根據(jù)式coscos則滑移面（則滑移面（00010001）上的分）上的分切應力為零，警惕不能產(chǎn)切應力為零，警惕不能產(chǎn)生滑移。如果繼續(xù)增大外生滑移。如果繼續(xù)增大外力，就會發(fā)生局部力，就會發(fā)生局部“扭扭折折”，形成，形成“扭折帶扭折帶”，迫使晶體縮短，使之與外迫使晶體縮短，使之與外力相適應。力相適應。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析扭折：是滑移受到約束或阻礙時扭折：是滑移受到約束或阻礙時, ,為適應外力作用而產(chǎn)生的為適應外力作用而產(chǎn)生的一種不均勻變形方式。一般是由滑移誘生，或為適應孿生而一種不均勻變形方式。一般是由滑移誘生，或為適

44、應孿生而產(chǎn)生的一種次生過程。產(chǎn)生的一種次生過程。扭折帶：相對于母晶取向發(fā)生不對稱變化的晶體區(qū)域。扭折帶：相對于母晶取向發(fā)生不對稱變化的晶體區(qū)域?，F(xiàn)象：表面上滑移線呈現(xiàn)象：表面上滑移線呈S S形。形。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n扭折是局部晶格繞某一軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生扭折是局部晶格繞某一軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生, ,其出現(xiàn)是突然的其出現(xiàn)是突然的. .n扭折帶晶體位向的突然改變是滑移受阻引起的位錯堆積扭折帶晶體位向的突然改變是滑移受阻引起的位錯堆積. . n從未變形區(qū)到扭折帶的過渡是由一系列同號刃型位錯排列從未變形區(qū)到扭折帶的過渡是由一系列同號刃型位錯排列的結果。的結果。n是能量較低的結構形式。是能量較

45、低的結構形式。n扭折帶的產(chǎn)生與晶體純度、變形溫度、晶體取向有關。扭折帶的產(chǎn)生與晶體純度、變形溫度、晶體取向有關。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析（a) a)孿生的作用使試樣端部趨孿生的作用使試樣端部趨于產(chǎn)生相對位移；于產(chǎn)生相對位移；（b)b)協(xié)調(diào)扭折帶的形成容許協(xié)調(diào)扭折帶的形成容許試樣適應試驗條件的約束試樣適應試驗條件的約束伴隨孿晶的形成而產(chǎn)生的協(xié)調(diào)扭折帶的示意圖伴隨孿晶的形成而產(chǎn)生的協(xié)調(diào)扭折帶的示意圖扭折帶作用：扭折帶作用：1) 1) 協(xié)調(diào)變形：適應變形條件約束，能引起應力松弛，使晶體不協(xié)調(diào)變形：適應變形條件約束，能引起應力松弛，使晶體不致斷裂。致斷裂。 2) 2) 促進變形：改

46、變?nèi)∠颍锌赡芴幱谲浫∠?，促進滑移，進一促進變形：改變?nèi)∠?，有可能處于軟取向，促進滑移，進一步激發(fā)變形。步激發(fā)變形。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.3.22.3.2形變帶形變帶(Deformation Band)(Deformation Band)n點陣相對原來點陣發(fā)生轉(zhuǎn)動而形成點陣相對原來點陣發(fā)生轉(zhuǎn)動而形成. .n取向轉(zhuǎn)動不同于扭折帶取向轉(zhuǎn)動不同于扭折帶, ,不是突變不是突變, ,而是漸變而是漸變. .轉(zhuǎn)動程度取轉(zhuǎn)動程度取決于變形量決于變形量. .n形貌不同于滑移帶形貌不同于滑移帶, ,形狀不規(guī)則形狀不規(guī)則: :邊界彎曲邊界彎曲, ,并沿主變形方并沿主變形方向延伸向延伸. .

47、腐蝕后可顯現(xiàn)。腐蝕后可顯現(xiàn)。n由于晶界的阻礙易在一個晶內(nèi)引起取向的不同由于晶界的阻礙易在一個晶內(nèi)引起取向的不同, ,因此多晶因此多晶材料形成形變帶的傾向大材料形成形變帶的傾向大. .塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析-Fe-Fe的形變帶的形變帶AlAl的形變帶的形變帶塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析形變帶的位錯機制形變帶的位錯機制: : 平行滑移面內(nèi)的異號刃型位錯交互作用的結果。相遇后彼平行滑移面內(nèi)的異號刃型位錯交互作用的結果。相遇后彼此分開一定距離處停留，阻止后面運動的位錯，形成位錯塞此分開一定距離處停留，阻止后面運動的位錯，形成位錯塞積。抑制鄰近面上位錯滑移，并促進新

48、的位錯塞積的出現(xiàn)，積。抑制鄰近面上位錯滑移，并促進新的位錯塞積的出現(xiàn)，正位錯在一邊，負位錯在另一邊，結果形成形變帶。正位錯在一邊，負位錯在另一邊，結果形成形變帶。形變帶形成的位錯示意圖形變帶形成的位錯示意圖塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析各種變形機制常常聯(lián)合發(fā)生作用各種變形機制常常聯(lián)合發(fā)生作用: :復雜受力狀態(tài)的多晶體中：復雜受力狀態(tài)的多晶體中：孿生與扭折、滑移與孿生交替孿生與扭折、滑移與孿生交替塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.4 其他變形機制其他變形機制常溫和低溫：滑移和孿生常溫和低溫：滑移和孿生高溫：高溫：n非晶機制非晶機制n晶界滑動晶界滑動塑性變形機制第二章剖

49、析塑性變形機制第二章剖析2.4.12.4.1非晶機制非晶機制n一種最簡單的機制。一種最簡單的機制。n粘性液體和非晶體流動；多晶體金屬在一定變形溫度和速粘性液體和非晶體流動；多晶體金屬在一定變形溫度和速度條件下；度條件下；n原子非同步地連續(xù)地在應力場和熱激活的作用下，發(fā)生定原子非同步地連續(xù)地在應力場和熱激活的作用下，發(fā)生定向遷移的過程。向遷移的過程。 1 1）包括間隙原子和大的置換式溶質(zhì)原子從受壓縮部位向）包括間隙原子和大的置換式溶質(zhì)原子從受壓縮部位向?qū)捤刹课贿w移；寬松部位遷移； 2 2）空位和小的置換式溶質(zhì)原子從寬松部位向壓縮部位遷）空位和小的置換式溶質(zhì)原子從寬松部位向壓縮部位遷移。移。 大量

50、原子的定向遷移將引起宏觀的塑性變形大量原子的定向遷移將引起宏觀的塑性變形n在受力狀態(tài)下，由溫度的作用產(chǎn)生的這種變形機制，又稱在受力狀態(tài)下，由溫度的作用產(chǎn)生的這種變形機制，又稱熱塑性。熱塑性。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n其切應力取決于變形速度和靜水壓力。其切應力取決于變形速度和靜水壓力。n在多晶體晶界進行得尤為激烈。因為：晶界原子排列不規(guī)在多晶體晶界進行得尤為激烈。因為：晶界原子排列不規(guī)則，畸變嚴重。溫度高于則，畸變嚴重。溫度高于0.5T0.5T溶時，原子活動能力顯著增溶時，原子活動能力顯著增強，原子沿晶界有異常高的擴散速度。變形金屬在力的作強，原子沿晶界有異常高的擴散速度。變

51、形金屬在力的作用下使空位由受拉的晶界遷移至受壓的晶界，原子則向相用下使空位由受拉的晶界遷移至受壓的晶界，原子則向相反方向移動，從而導致晶粒和變形體伸長。反方向移動，從而導致晶粒和變形體伸長。n強烈依賴于變形溫度，溫度越高，晶粒越小，擴散性形變強烈依賴于變形溫度，溫度越高，晶粒越小，擴散性形變的速度就越快。的速度就越快。n即使在較低應力下，也會隨時間延長不斷發(fā)生，只是速度即使在較低應力下，也會隨時間延長不斷發(fā)生，只是速度較緩慢。較緩慢。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析AgAg在在700 700 時，晶界擴散速度是體擴散速度的時，晶界擴散速度是體擴散速度的10104 4倍。倍。各種擴散

52、示意圖各種擴散示意圖AgAg各種擴散與溫度的關系各種擴散與溫度的關系塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析空位由受拉的晶界遷移至受壓的晶界，原子則向相空位由受拉的晶界遷移至受壓的晶界，原子則向相反方向移動反方向移動 拉伸時的擴散蠕變拉伸時的擴散蠕變箭頭方向為原子自擴散方向箭頭方向為原子自擴散方向塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.4.22.4.2晶界滑動晶界滑動n條件：多晶體，高溫，慢速條件：多晶體，高溫，慢速n以晶界為界，兩邊晶粒發(fā)生滑以晶界為界，兩邊晶粒發(fā)生滑動的現(xiàn)象稱為晶界滑動動的現(xiàn)象稱為晶界滑動n變形連續(xù)性變形連續(xù)性同時必須有其他同時必須有其他變形機制協(xié)調(diào)。晶界處應力

53、集變形機制協(xié)調(diào)。晶界處應力集中，通過晶內(nèi)位錯的滑移和攀中，通過晶內(nèi)位錯的滑移和攀移松弛，或高溫慢速下的非晶移松弛，或高溫慢速下的非晶機制來協(xié)調(diào)。機制來協(xié)調(diào)。晶界滑移時的曲折通路晶界滑移時的曲折通路塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析沿晶界不同點甚至同一點不同時間，滑移量不同。沿晶界不同點甚至同一點不同時間，滑移量不同。試驗方法：試驗方法：1 1）劃痕法：直接觀測兩個晶粒表面相交的晶界處的）劃痕法：直接觀測兩個晶粒表面相交的晶界處的滑移量；滑移量；2 2）比較法：觀測變形前后晶粒形狀。無晶界滑動，）比較法：觀測變形前后晶粒形狀。無晶界滑動，則晶粒平均伸長應與試樣伸長比例一致。則晶粒平均伸

54、長應與試樣伸長比例一致。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 晶界滑移量與晶界性質(zhì)有關：傾角越小，晶界滑移量與晶界性質(zhì)有關：傾角越小，晶界能越低，晶界滑移量越小。即低角度晶界，晶界能越低，晶界滑移量越小。即低角度晶界，難發(fā)生；大角度晶界：易；難發(fā)生；大角度晶界：易；ZnZn雙晶的晶界滑移量與傾角和時間的關系雙晶的晶界滑移量與傾角和時間的關系塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n晶界滑移的速度隨變形時間的延長而減晶界滑移的速度隨變形時間的延長而減慢慢晶界硬化。晶界硬化。n溫度足夠高、速度足夠慢時，晶界滑移才溫度足夠高、速度足夠慢時，晶界滑移才成為主要機制。成為主要機制。塑性變形機

55、制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析2.52.5多晶體多晶體(polycrystal)(polycrystal)塑性變形的特點塑性變形的特點多晶體的特點多晶體的特點1) 1)晶粒間存在晶界晶粒間存在晶界(Grain Boundary);(Grain Boundary);2) 2)每個晶粒與相鄰晶粒的取向每個晶粒與相鄰晶粒的取向(Orientation)(Orientation)不同不同. .大多數(shù)金屬都屬于多晶體，其塑性變形是所有單晶粒變形的大多數(shù)金屬都屬于多晶體，其塑性變形是所有單晶粒變形的綜合作用，即晶內(nèi)滑移和晶間的轉(zhuǎn)動；綜合作用，即晶內(nèi)滑移和晶間的轉(zhuǎn)動；每個單晶粒內(nèi)部的塑性變形仍主要是滑移

56、；每個單晶粒內(nèi)部的塑性變形仍主要是滑移；但在多晶體變形中同時伴隨有晶粒間的滑移和轉(zhuǎn)動但在多晶體變形中同時伴隨有晶粒間的滑移和轉(zhuǎn)動多晶體塑性變形的特點多晶體塑性變形的特點1 1）變形具有不均勻性；）變形具有不均勻性；晶界阻力晶界阻力2 2）每個晶粒的變形都要受到其他晶粒的影響和約束，不能）每個晶粒的變形都要受到其他晶粒的影響和約束，不能獨立自由地變形。獨立自由地變形。 協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析1 1）同一晶粒不同位置變形量不同）同一晶粒不同位置變形量不同: :晶界附近變形量小晶界附近變形量小, ,晶粒內(nèi)部變形量大晶粒內(nèi)部變形量大. . 竹節(jié)現(xiàn)象

57、。竹節(jié)現(xiàn)象。 幾個晶粒多晶體拉伸時的竹節(jié)現(xiàn)象幾個晶粒多晶體拉伸時的竹節(jié)現(xiàn)象2.5.12.5.1變形的不均勻性（變形的不均勻性（InhomogeneousInhomogeneous）2 2）不同晶粒間變形量不同）不同晶粒間變形量不同塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析（a)a)變形前變形前 （b)b)變形后變形后 晶粒變形的不同時性：晶粒變形的不同時性：晶粒晶粒B B：軟取向，先發(fā)生滑移變形；：軟取向，先發(fā)生滑移變形；晶粒晶粒A A：硬取向，不能同時塑性變形。：硬取向，不能同時塑性變形。硬取向的硬取向的A A將阻礙軟取向的將阻礙軟取向的B B的變形的變形應力與變形的不均勻性。應力與變形的

58、不均勻性。 力學性能不同的晶粒由于屈服強度力學性能不同的晶粒由于屈服強度不同，也會產(chǎn)生類似的應力和變形的不同，也會產(chǎn)生類似的應力和變形的不均勻分布。不均勻分布。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析多晶體多晶體AlAl：總變形量相同時，不同晶粒各處承受的實際應變量：總變形量相同時，不同晶粒各處承受的實際應變量 虛線：晶界；線上數(shù)字：總變形量虛線：晶界；線上數(shù)字：總變形量塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析 滑移首先在取向有利的晶粒中發(fā)生滑移首先在取向有利的晶粒中發(fā)生擴展到其擴展到其他晶粒他晶粒終止在晶界。原因終止在晶界。原因: : 晶界和晶粒間取向差晶界和晶粒間取向差共同作用：共

59、同作用：n相鄰晶粒取向差相鄰晶粒取向差，晶界處原子排列紊亂，晶界處原子排列紊亂，畸，畸能能，阻礙，阻礙。n相鄰晶粒取向差相鄰晶粒取向差，滑移轉(zhuǎn)入相鄰晶粒時阻力，滑移轉(zhuǎn)入相鄰晶粒時阻力。2.5.2晶界的作用及晶粒大小的影響晶界的作用及晶粒大小的影響塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析Cu-4TiCu-4Ti合金中位錯被堵塞在晶界附近合金中位錯被堵塞在晶界附近塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程n多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于或接近于4545的晶粒。當塞積位錯前端的應力

60、達到的晶粒。當塞積位錯前端的應力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由由一一批晶粒傳遞到另一一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量一批晶粒，當有大量晶粒發(fā)生滑移后，金晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑屬便顯示出明顯的塑性變形。性變形。塑性變形機制第二章剖析塑性變形機制第二章剖析n多晶體屈服的實質(zhì)：滑移越過晶界。多晶體屈服的實質(zhì)：滑移越過晶界。n多晶體屈服條件：滑移從一個晶粒傳到另一晶粒。多晶體屈服條件：滑移從一個晶粒傳到另一晶粒。nHallHallPet