第六章 固體材料的變形及斷裂

1、 變形概述變形概述 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 塑性變形對金屬組織及性能的影響塑性變形對金屬組織及性能的影響 第六章第六章 固體材料的變形與斷裂固體材料的變形與斷裂 塑性變形是塑性材料的一個(gè)極其重要的性能，也是材料成塑性變形是塑性材料的一個(gè)極其重要的性能，也是材料成型的一種重要加工方法。大多數(shù)金屬均具有良好的塑性變形能型的一種重要加工方法。大多數(shù)金屬均具有良好的塑性變形能力，這也是金屬材料獲得廣泛應(yīng)用的重要原因之一。塑性變形力，這也是金屬材料獲得廣泛應(yīng)用的重要原因之一。塑性變形可以改變金屬的外形，也是塑性材料成形的主要方法之一。同可以改變金屬的外形，也是

2、塑性材料成形的主要方法之一。同時(shí)塑性變形也會(huì)改變材料的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而影響到它的時(shí)塑性變形也會(huì)改變材料的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而影響到它的宏觀性能，可使材料的某些性能如強(qiáng)度等得到顯著的提高。但宏觀性能，可使材料的某些性能如強(qiáng)度等得到顯著的提高。但在塑性變形的同時(shí)，也會(huì)給材料的組織和性能帶來某些不利的在塑性變形的同時(shí)，也會(huì)給材料的組織和性能帶來某些不利的影響，為了消除塑性變形影響，為了消除塑性變形(冷加工冷加工)這些不利的影響，在加工之這些不利的影響，在加工之后或加工過程中，通常還對材料進(jìn)行加熱，使其內(nèi)部發(fā)生回復(fù)后或加工過程中，通常還對材料進(jìn)行加熱，使其內(nèi)部發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程。所以，塑性變形和

3、再結(jié)晶是材料研究中的重要和再結(jié)晶過程。所以，塑性變形和再結(jié)晶是材料研究中的重要問題。問題。 6.1 6.1 變形概述變形概述 名詞概念名詞概念 變形過程變形過程 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 塑性變形的方式塑性變形的方式 變形過程中的名詞概念變形過程中的名詞概念變形：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。變形：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。同截面應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。同截面垂直的稱為垂直的稱為“正應(yīng)力正應(yīng)力”或或“法向應(yīng)力法向應(yīng)力”，同截面相切的稱為，同截面相切的稱為“剪應(yīng)力剪應(yīng)力”或或“切應(yīng)力切應(yīng)力”。應(yīng)

4、變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。物體內(nèi)部某處的線應(yīng)變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。物體內(nèi)部某處的線段在變形后長度的改變值同線段原長之比值稱為段在變形后長度的改變值同線段原長之比值稱為“線應(yīng)變線應(yīng)變”；物體內(nèi)兩互相垂直的平面在變形后夾角的改變值稱為物體內(nèi)兩互相垂直的平面在變形后夾角的改變值稱為“剪應(yīng)剪應(yīng)變變”或或“角應(yīng)變角應(yīng)變”；變形后物體內(nèi)任一微小單元體體積的改；變形后物體內(nèi)任一微小單元體體積的改變同原單位體積之比值稱為變同原單位體積之比值稱為“體積應(yīng)變體積應(yīng)變”。變形過程變形過程 低碳鋼的拉伸曲線低碳鋼的拉伸曲線在應(yīng)力低于彈性極限在應(yīng)力低于彈性極限e e時(shí)，時(shí)，材料發(fā)生的變形為彈性變形；

5、材料發(fā)生的變形為彈性變形；應(yīng)力在應(yīng)力在e e到到b b之間將發(fā)生之間將發(fā)生的變形為均勻塑性變形；在的變形為均勻塑性變形；在b b之后將發(fā)生頸縮；在之后將發(fā)生頸縮；在K K點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生斷裂。發(fā)生斷裂。 彈性變形彈性變形 定義：變形是可逆的，在外力去除后它便可以完全恢復(fù)，變定義：變形是可逆的，在外力去除后它便可以完全恢復(fù)，變形消失。形消失。 特點(diǎn)：服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比特點(diǎn)：服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比比例系數(shù)比例系數(shù)E稱為彈性模量稱為彈性模量,G,G稱為切變模量，它反映材料對彈稱為切變模量，它反映材料對彈性變形的抗力，代表材料的性變形的抗力，代表材料的“剛度剛度” 。實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 彈性

6、變形的實(shí)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(shí)質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子間距偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結(jié)合力。晶體材料距偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結(jié)合力。晶體材料反應(yīng)為晶格發(fā)生了伸長反應(yīng)為晶格發(fā)生了伸長( (縮短縮短) )或歪扭。原子的相鄰關(guān)系還未或歪扭。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)合力便可以使變形完全發(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)?；謴?fù)。 塑性變形塑性變形 定義：不能恢復(fù)的永久性變形叫塑性變形。當(dāng)應(yīng)力大于彈性定義：不能恢復(fù)的永久性變形叫塑性變形。當(dāng)應(yīng)力大于彈性極限時(shí)，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還發(fā)生塑性變形，即極限

7、時(shí)，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，其變形不能得到完全的恢復(fù)，而具有殘留變在外力去除后，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。形或永久變形。塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸長率塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸長率( (%)%)或斷面減縮率或斷面減縮率( (%)%)表示。表示。 實(shí)質(zhì)：塑性變形的實(shí)質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子相實(shí)質(zhì)：塑性變形的實(shí)質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，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，原子回到另一平衡位鄰關(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。置，物體將留下永久變形。

8、塑性變形過程屈服塑性變形過程屈服 屈服：材料開始發(fā)生塑性變形。屈服：材料開始發(fā)生塑性變形。 屈服現(xiàn)象：即使外力不再增加，試樣也會(huì)繼續(xù)變形，這種變屈服現(xiàn)象：即使外力不再增加，試樣也會(huì)繼續(xù)變形，這種變形屬于塑性變形，在拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀的平臺(tái)。這是形屬于塑性變形，在拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀的平臺(tái)。這是部分材料部分材料所具有的特征。所具有的特征。 屈服強(qiáng)度：表示材料對開始發(fā)生微量塑性變形的抗力，也稱屈服強(qiáng)度：表示材料對開始發(fā)生微量塑性變形的抗力，也稱為屈服極限，用為屈服極限，用s s表示。對具有屈服現(xiàn)象的材料用屈服現(xiàn)表示。對具有屈服現(xiàn)象的材料用屈服現(xiàn)象發(fā)生時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力表示；對屈服現(xiàn)象不明顯的材料，

9、則以象發(fā)生時(shí)對應(yīng)的應(yīng)力表示；對屈服現(xiàn)象不明顯的材料，則以所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變的所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變的0.2%0.2%時(shí)的應(yīng)力值表示。時(shí)的應(yīng)力值表示。 塑性變形過程斷裂塑性變形過程斷裂 斷裂：變形量大至斷裂：變形量大至K K點(diǎn)，試樣發(fā)生斷裂。點(diǎn)，試樣發(fā)生斷裂。實(shí)質(zhì)：斷裂的實(shí)質(zhì)是原子間承受的力超出最大吸引力，原子實(shí)質(zhì)：斷裂的實(shí)質(zhì)是原子間承受的力超出最大吸引力，原子間的結(jié)合破壞而分離。間的結(jié)合破壞而分離。韌性斷裂：在斷裂前有明顯塑性變形后發(fā)生的斷裂叫韌性斷裂：在斷裂前有明顯塑性變形后發(fā)生的斷裂叫“韌性韌性斷裂斷裂”。在晶體構(gòu)成的材料中，內(nèi)部的晶粒都被拉長成為細(xì)。在晶體構(gòu)成的材料中，內(nèi)部的晶粒都被拉長成為細(xì)條

10、狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。條狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。 脆性斷裂：斷裂前因并未經(jīng)過明顯塑性變形，故其斷口常具脆性斷裂：斷裂前因并未經(jīng)過明顯塑性變形，故其斷口常具有閃爍的光澤，這種斷裂叫有閃爍的光澤，這種斷裂叫“脆性斷裂脆性斷裂”。脆性斷裂可沿晶。脆性斷裂可沿晶界發(fā)生，稱為界發(fā)生，稱為“晶間斷裂晶間斷裂”，斷口凹凸不平；脆性斷裂也可，斷口凹凸不平；脆性斷裂也可穿過各個(gè)晶粒發(fā)生，稱為穿過各個(gè)晶粒發(fā)生，稱為“穿晶斷裂穿晶斷裂”，斷口比較平坦。，斷口比較平坦。 塑性變形的方式塑性變形的方式金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，通常發(fā)生塑性變金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，通常發(fā)生塑性變形的方式有：形

11、的方式有：滑移、孿生、扭折、擴(kuò)散蠕變、晶界滑動(dòng)滑移、孿生、扭折、擴(kuò)散蠕變、晶界滑動(dòng)。6.2 6.2 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 滑移滑移 孿生孿生 晶體的扭折晶體的扭折 滑移概念滑移概念 滑移：滑移：在外力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面在外力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面( (滑移面滑移面) )和一定方向和一定方向( (滑移方向滑移方向) )相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動(dòng)。相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動(dòng)?；频奶攸c(diǎn)：滑移的特點(diǎn)： 滑移只在切應(yīng)力作用下發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)滑移只在切應(yīng)力作用下發(fā)生，不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力大小不同。力大小不同。 滑移是晶體內(nèi)部

12、位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。并非是晶滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。并非是晶體兩部分沿滑移面作整體的滑動(dòng)。體兩部分沿滑移面作整體的滑動(dòng)。 滑移造成的晶體總變形量是原子間距的整數(shù)值，不引起晶格滑移造成的晶體總變形量是原子間距的整數(shù)值，不引起晶格位向的變化。位向的變化。 滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面和其上密度最大滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面和其上密度最大的晶向進(jìn)行。的晶向進(jìn)行。 光鏡下：滑移帶。光鏡下：滑移帶。 滑移現(xiàn)象滑移現(xiàn)象 電境下：滑移線。電境下：滑移線?；七^程滑移過程 在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進(jìn)一步將使晶在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭

13、，進(jìn)一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一個(gè)新的平衡位置，晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一個(gè)新的平衡位置，晶體不能恢復(fù)到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移體不能恢復(fù)到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺(tái)階。將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺(tái)階。 作用在晶格上的正應(yīng)力只能使晶格的距離加大，不能使原作用在晶格上的正應(yīng)力只能使晶格的距離加大，不能使原子從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到另一平衡位置，不能產(chǎn)生塑性變子從一個(gè)平衡位置移動(dòng)到另一平衡位置，不能產(chǎn)生塑性變形；正應(yīng)力達(dá)到破壞原子間的吸引力，晶格分離，材料則形

14、；正應(yīng)力達(dá)到破壞原子間的吸引力，晶格分離，材料則出現(xiàn)斷裂。出現(xiàn)斷裂。 滑移滑移系系 滑移發(fā)生的晶面稱為滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面滑移面，通常為晶體的最密排晶面；，通常為晶體的最密排晶面； 滑移滑動(dòng)的方向稱為滑移滑動(dòng)的方向稱為滑移方向滑移方向，通常也為晶體的最密排方向；，通常也為晶體的最密排方向； 一種一種滑移面滑移面和該面上的一個(gè)和該面上的一個(gè)滑移方向滑移方向構(gòu)成一個(gè)可以滑移的方構(gòu)成一個(gè)可以滑移的方式稱為式稱為“滑移系滑移系”。 滑移系上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的滑移系上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力（派納力）阻力（派納力）最小。最小。典型晶格的滑移典型晶格的滑移系系FCCFCC滑移滑移系對性能的影響系對性能的影響 晶體中滑移

15、系愈多，晶體發(fā)生滑移的可能性便愈大，材料的晶體中滑移系愈多，晶體發(fā)生滑移的可能性便愈大，材料的塑性愈好，并且，其中一個(gè)滑移面上存在的滑移方向數(shù)目比塑性愈好，并且，其中一個(gè)滑移面上存在的滑移方向數(shù)目比滑移面數(shù)目的作用更大?；泼鏀?shù)目的作用更大。 在金屬材料中，具有體心立方晶格的鐵與具有面心立方晶格在金屬材料中，具有體心立方晶格的鐵與具有面心立方晶格的銅及鋁，雖然它們都具有的銅及鋁，雖然它們都具有12個(gè)滑移系，但鐵的塑性不如銅個(gè)滑移系，但鐵的塑性不如銅及鋁，而具有密排六方晶格的鎂及鋅等，因其滑移系僅有及鋁，而具有密排六方晶格的鎂及鋅等，因其滑移系僅有3個(gè)，故其塑性遠(yuǎn)較具有立方晶格的金屬差。個(gè)，故其

16、塑性遠(yuǎn)較具有立方晶格的金屬差。 滑移的臨界分切應(yīng)力滑移的臨界分切應(yīng)力 當(dāng)晶體受到外力作用當(dāng)晶體受到外力作用時(shí)，不論外力大小、方向時(shí)，不論外力大小、方向如何，均可將其分解成垂如何，均可將其分解成垂直某一晶面的正應(yīng)力與沿直某一晶面的正應(yīng)力與沿此晶面的切應(yīng)力。當(dāng)單晶此晶面的切應(yīng)力。當(dāng)單晶體作用在滑移系上的分切體作用在滑移系上的分切應(yīng)力大于臨界分切應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力大于臨界分切應(yīng)力時(shí)，晶體才能開始滑移。晶體才能開始滑移。 圖示一單晶體單向拉圖示一單晶體單向拉伸，滑移面法線方向與外伸，滑移面法線方向與外力的夾角為力的夾角為，滑移方向，滑移方向和拉力軸的夾角為和拉力軸的夾角為，注，注意到滑移方向、拉力軸和意到滑

17、移方向、拉力軸和滑移面的法線三者一般不滑移面的法線三者一般不在一平面在一平面?；品较蛏系姆智袘?yīng)力為：滑移方向上的分切應(yīng)力為： 其中其中稱為取向因子或施密特因稱為取向因子或施密特因子。子。稱為施密特定律，稱為施密特定律，c c是一是一常數(shù)，但材料的屈服強(qiáng)度常數(shù)，但材料的屈服強(qiáng)度s s則隨拉力軸相對于晶體則隨拉力軸相對于晶體的取向不同而不同，即晶的取向不同而不同，即晶體材料存在各向異性。體材料存在各向異性。 c c取決于金屬的本性，不受取決于金屬的本性，不受 ， 的影響；的影響； 或或 9090 時(shí)，時(shí)， s s ； c c s scoscos coscos s s的取值的取值 ， 4545 時(shí)

18、，時(shí)， s s最小，晶體最小，晶體 易滑移；易滑移； 0.5,0.5,軟取向軟取向 取向因子：取向因子：coscos coscos ,硬取向硬取向 臨界分切應(yīng)力與首開滑移系臨界分切應(yīng)力與首開滑移系 臨界分切應(yīng)力：臨界分切應(yīng)力：當(dāng)外力在某個(gè)滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力當(dāng)外力在某個(gè)滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，這個(gè)滑移系開始出現(xiàn)滑移，材料開始發(fā)生達(dá)到某一臨界值時(shí)，這個(gè)滑移系開始出現(xiàn)滑移，材料開始發(fā)生塑性變形，這個(gè)切應(yīng)力值叫臨界分切應(yīng)力，它是決定材料強(qiáng)度塑性變形，這個(gè)切應(yīng)力值叫臨界分切應(yīng)力，它是決定材料強(qiáng)度的直接因素。的直接因素。首開滑移系首開滑移系: : 在某一外力作用下，取向因子

19、最大的滑移系將有在某一外力作用下，取向因子最大的滑移系將有最大的分切應(yīng)力，外力加大，它將首先達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開最大的分切應(yīng)力，外力加大，它將首先達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子最大的滑移系稱為始發(fā)生滑移，所以把取向因子最大的滑移系稱為這個(gè)外力下這個(gè)外力下的的首開滑移系。首開滑移系。等效滑移系等效滑移系: : 在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系將有在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系將有相同分切應(yīng)力，外力加大，它將同時(shí)達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開始相同分切應(yīng)力，外力加大，它將同時(shí)達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子相同的滑移系稱為發(fā)生滑移，所以把取向因子相同的滑移系稱為這

20、個(gè)外力下這個(gè)外力下的等的等效滑移系。效滑移系。 滑移變形的主要特點(diǎn)滑移變形的主要特點(diǎn) 滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生?；瞥Ｑ鼐w中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。這是因?yàn)榛瞥Ｑ鼐w中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。這是因?yàn)橹挥性谧蠲芫嬷g的面間距最大，原子面之間的結(jié)合力最只有在最密晶面之間的面間距最大，原子面之間的結(jié)合力最弱，沿最密晶向滑移的步長最小，因此這種滑移所需要的外弱，沿最密晶向滑移的步長最小，因此這種滑移所需要的外加切應(yīng)力最小。加切應(yīng)力最小。 滑移時(shí)晶體的一部分相對于另一部分沿滑移方向的距離為原滑移時(shí)晶體的一部分相對于另一部分沿滑移方向的距離為原子間距的

21、整數(shù)倍，滑移的結(jié)果會(huì)在晶體的表面上造成臺(tái)階。子間距的整數(shù)倍，滑移的結(jié)果會(huì)在晶體的表面上造成臺(tái)階。 滑移的同時(shí)必然伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)?；频耐瑫r(shí)必然伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)-幾何硬化和幾何軟化幾何硬化和幾何軟化（1 1）位向和晶面的變化）位向和晶面的變化 拉伸時(shí)拉伸時(shí), ,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向; ; 壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線方向。壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線方向。 幾何硬化：幾何硬化： ， 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離4545 ，滑移變得困難；，滑移變得困難；（2 2）取向因子的變化）取向因子的變化 幾何軟化；幾何軟化； ，

22、接近接近4545 ，滑移變得容易。，滑移變得容易。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制總結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制總結(jié): :t t1 1,t,t2 2的分量使晶體旋轉(zhuǎn)；的分量使晶體旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)方向使晶體滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應(yīng)力方向，即使旋轉(zhuǎn)方向使晶體滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應(yīng)力方向，即使減減小；?。换品较?yàn)榍袘?yīng)力最大方向時(shí)，旋轉(zhuǎn)停止（無力偶）；滑移方向?yàn)榍袘?yīng)力最大方向時(shí)，旋轉(zhuǎn)停止（無力偶）；當(dāng)當(dāng)454545時(shí)，旋轉(zhuǎn)使時(shí)，旋轉(zhuǎn)使趨向趨向4545-幾何軟化幾何軟化多滑移和交滑移多滑移和交滑移（1 1）多滑移）多滑移單滑移：晶體受外力時(shí)，只有一個(gè)滑移系開動(dòng)。單滑移：晶體受外力時(shí)，只有一個(gè)滑移系開動(dòng)。多滑移：兩個(gè)以上的滑移系開動(dòng)。多滑移：兩個(gè)以上的滑移

23、系開動(dòng)。拉力軸與多個(gè)滑移系成相同軟位向發(fā)生多滑移；拉力軸與多個(gè)滑移系成相同軟位向發(fā)生多滑移；多滑移產(chǎn)生很大的加工硬化率（位錯(cuò)交割、纏結(jié)、增殖，使多滑移產(chǎn)生很大的加工硬化率（位錯(cuò)交割、纏結(jié)、增殖，使加工硬化增加。）加工硬化增加。）（2 2）交滑移）交滑移只有只有S S位錯(cuò)可產(chǎn)生交滑移，所以位錯(cuò)可產(chǎn)生交滑移，所以S S位錯(cuò)可動(dòng)性比刃位錯(cuò)高；位錯(cuò)可動(dòng)性比刃位錯(cuò)高；S S位錯(cuò)分解的擴(kuò)展位錯(cuò)交滑移本質(zhì)是位錯(cuò)分解的擴(kuò)展位錯(cuò)交滑移本質(zhì)是S S位錯(cuò)的交滑移；位錯(cuò)的交滑移；高層錯(cuò)能的材料（如高層錯(cuò)能的材料（如AlAl）層錯(cuò)間距很小，易產(chǎn)生交滑移；）層錯(cuò)間距很小，易產(chǎn)生交滑移；交滑移不改變晶體的滑移方向（柏氏矢量

24、方向）交滑移不改變晶體的滑移方向（柏氏矢量方向）滑移的表面痕跡滑移的表面痕跡 單滑移：單一方向的滑移帶；單滑移：單一方向的滑移帶；多滑移：相互交叉的滑移帶；多滑移：相互交叉的滑移帶；交滑移：波紋狀的滑移帶。交滑移：波紋狀的滑移帶。交滑移示意圖交滑移示意圖單晶體的應(yīng)力單晶體的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線在切應(yīng)力作用下的變形在切應(yīng)力作用下的變形孿生變形孿生變形孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。 金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿金屬晶體中變形部

25、分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。生面兩側(cè)形成鏡面對稱關(guān)系。發(fā)生孿發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。晶。孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生進(jìn)行時(shí)發(fā)生. 孿生孿生原子移動(dòng)的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值原子移動(dòng)的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值. FCC金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生，金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)在極低溫度下發(fā)生，BCC金金屬僅在室溫或受沖擊時(shí)發(fā)生。屬僅在室溫或受沖擊時(shí)發(fā)生。HCP金屬較容易發(fā)生孿生。金屬較容易發(fā)生孿生。 孿生孿生形變孿生（機(jī)械孿生）形

26、變孿生（機(jī)械孿生）: :通過外加力產(chǎn)生孿生的變形通過外加力產(chǎn)生孿生的變形相變孿生（退火孿生）：高溫下發(fā)生相變過程中原相變孿生（退火孿生）：高溫下發(fā)生相變過程中原子子 的錯(cuò)排造成的。的錯(cuò)排造成的。特征特征: :發(fā)育不完全發(fā)育不完全, ,呈透鏡狀或半透鏡狀呈透鏡狀或半透鏡狀特征特征: :發(fā)育完全發(fā)育完全. .面心立方孿生變形發(fā)生時(shí)原子的遷移與晶格對稱圖面心立方孿生變形發(fā)生時(shí)原子的遷移與晶格對稱圖 孿生面孿生面 A1111,A2112,A31012A1111,A2112,A31012孿生的晶體學(xué)孿生的晶體學(xué) 孿生方向?qū)\生方向 A1,A2,A3A1,A2,A3 孿晶區(qū)孿晶區(qū)fccfccbccbcchc

27、phcp孿晶示意圖：孿晶示意圖：孿生變形特點(diǎn)孿生變形特點(diǎn) 滑移滑移孿生孿生相同點(diǎn)相同點(diǎn)1 1 切變；切變；2 2 沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；3 3 不改變結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)。不不同同點(diǎn)點(diǎn) 晶體位向晶體位向不改變（對拋光面觀察無不改變（對拋光面觀察無重現(xiàn)性）重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋光面觀察有重現(xiàn)性）光面觀察有重現(xiàn)性）位移量位移量滑移方向上原子間距的整滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，小于孿生方向上的原子間距，較小。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

28、限，總變形量小。變形應(yīng)力變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(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(shí)發(fā)生滑移困難時(shí)發(fā)生變形機(jī)制變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果滑移與孿生在晶體表面變化滑移與孿生在晶體表面變化晶體的扭折晶體的扭折當(dāng)晶體處于既不能滑移又不能孿生之位向時(shí)，如六方晶體當(dāng)晶體處于既不能滑移又不能孿生之位向時(shí)，如六方晶體壓力軸與（壓力軸與（00010001）平行時(shí)，會(huì)發(fā)生扭折。）平行時(shí)，會(huì)發(fā)生扭折。（1 1）扭折是不均勻塑變，晶體位向發(fā)生不對稱改變；）扭折是不均勻塑變，晶體

29、位向發(fā)生不對稱改變；（2 2）扭折邊界是一系列同號刃型位錯(cuò)；）扭折邊界是一系列同號刃型位錯(cuò)；（3 3）扭折引起的塑變很小，但可松弛應(yīng)力使晶體免于）扭折引起的塑變很小，但可松弛應(yīng)力使晶體免于破裂。破裂。6.3 6.3 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 晶界和晶粒位向的影響晶界和晶粒位向的影響變形的傳遞變形的傳遞 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào) 多晶體塑性變形過程多晶體塑性變形過程 塑性變形過程的不均勻性塑性變形過程的不均勻性晶粒的位向同時(shí)也在發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)晶粒的位向同時(shí)也在發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) 晶粒大小對塑性變形的影響晶粒大小對塑性變形的影響位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其前沿位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其前沿如果有障礙如果有障礙

30、( (如晶界、不可變?nèi)缇Ы?、不可變形的硬質(zhì)點(diǎn)形的硬質(zhì)點(diǎn))，就停留不，就停留不能前進(jìn)，若同一位錯(cuò)源不斷能前進(jìn)，若同一位錯(cuò)源不斷產(chǎn)生，一系列位錯(cuò)源源而來，產(chǎn)生，一系列位錯(cuò)源源而來，在此將產(chǎn)生塞積。在此將產(chǎn)生塞積。 位錯(cuò)的塞積在該處產(chǎn)生大的應(yīng)力，可能帶來的后果有：位錯(cuò)的塞積在該處產(chǎn)生大的應(yīng)力，可能帶來的后果有：螺位錯(cuò)可改變滑移面而發(fā)生交滑移；螺位錯(cuò)可改變滑移面而發(fā)生交滑移；晶界處的應(yīng)力可能晶界處的應(yīng)力可能迫使相鄰晶粒中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來松弛應(yīng)力；迫使相鄰晶粒中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來松弛應(yīng)力；無法松弛就有可無法松弛就有可能在此處造成裂紋。能在此處造成裂紋。 變形的傳遞變形的傳遞當(dāng)一個(gè)晶粒在某一滑移系發(fā)生滑移動(dòng)作，即位

31、錯(cuò)發(fā)生運(yùn)當(dāng)一個(gè)晶粒在某一滑移系發(fā)生滑移動(dòng)作，即位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)遇到晶界時(shí)，由于各個(gè)晶粒的位向不同，不能直接動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)遇到晶界時(shí)，由于各個(gè)晶粒的位向不同，不能直接從一個(gè)晶粒移動(dòng)到另一晶粒，便塞積起來；加之晶界處的雜質(zhì)從一個(gè)晶粒移動(dòng)到另一晶粒，便塞積起來；加之晶界處的雜質(zhì)原子也往往較多，增大其晶格畸變，難以發(fā)生變形，所以晶界原子也往往較多，增大其晶格畸變，難以發(fā)生變形，所以晶界的存在可以提高材料的強(qiáng)度。的存在可以提高材料的強(qiáng)度。位錯(cuò)在晶界處的塞積產(chǎn)生了大的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中位錯(cuò)在晶界處的塞積產(chǎn)生了大的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中能使相鄰晶粒的位錯(cuò)源開動(dòng)，相鄰取向不利的晶粒也能開始變能使相鄰晶粒的位錯(cuò)

32、源開動(dòng)，相鄰取向不利的晶粒也能開始變形，相鄰晶粒的變形也使位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中得以松弛，形，相鄰晶粒的變形也使位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中得以松弛，原來變形的晶?？梢赃M(jìn)一步的變形，這就是滑移的傳播過程。原來變形的晶?？梢赃M(jìn)一步的變形，這就是滑移的傳播過程。 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào) 多晶體的變形中要保持晶界處的連續(xù)性，即晶界處多晶體的變形中要保持晶界處的連續(xù)性，即晶界處的原子既不能堆積也不能出現(xiàn)空隙或裂縫，晶界兩邊的的原子既不能堆積也不能出現(xiàn)空隙或裂縫，晶界兩邊的變形需要達(dá)到互相協(xié)調(diào)。變形需要達(dá)到互相協(xié)調(diào)。 晶界兩邊的晶粒取向不一樣，靠單一的滑移系的動(dòng)作晶界兩邊的晶粒取向不一樣，靠單一的滑移系的動(dòng)作將

33、不能保證這種協(xié)調(diào)，為了適應(yīng)變形協(xié)調(diào)，不僅要求鄰近晶將不能保證這種協(xié)調(diào)，為了適應(yīng)變形協(xié)調(diào)，不僅要求鄰近晶粒的晶界附近區(qū)域有幾個(gè)滑移系動(dòng)作，就是已變形的晶粒自粒的晶界附近區(qū)域有幾個(gè)滑移系動(dòng)作，就是已變形的晶粒自身，除了變形的主滑移系統(tǒng)外，在晶界附近也要有幾個(gè)滑移身，除了變形的主滑移系統(tǒng)外，在晶界附近也要有幾個(gè)滑移系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作。系統(tǒng)同時(shí)動(dòng)作。 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào)為了滿足變形協(xié)調(diào)，理論為了滿足變形協(xié)調(diào)，理論計(jì)算本應(yīng)有計(jì)算本應(yīng)有6 6個(gè)獨(dú)立的滑移系，個(gè)獨(dú)立的滑移系，以保證以保證6 6個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量使晶個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量使晶粒的形狀自由變化，在體積不粒的形狀自由變化，在體積不變的情況下，變的情況下， 有

34、有實(shí)際只有實(shí)際只有5 5個(gè)變量是獨(dú)立的。個(gè)變量是獨(dú)立的。 對面心和體心立方金屬，是容易滿足這個(gè)變形協(xié)對面心和體心立方金屬，是容易滿足這個(gè)變形協(xié)調(diào)條件的，但對密排六方金屬，由于滑移系一般只有調(diào)條件的，但對密排六方金屬，由于滑移系一般只有三個(gè)，為了實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，有兩種方式：一種是在晶三個(gè)，為了實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，有兩種方式：一種是在晶界附近區(qū)域，除了有基面滑移外，可能有柱面或棱錐界附近區(qū)域，除了有基面滑移外，可能有柱面或棱錐面等較難滑移的晶面作為滑移面；另一種則是產(chǎn)生孿面等較難滑移的晶面作為滑移面；另一種則是產(chǎn)生孿晶變形，孿晶和滑移結(jié)合起來，連續(xù)地進(jìn)行變形。晶變形，孿晶和滑移結(jié)合起來，連續(xù)地進(jìn)行變形。

35、至少應(yīng)有至少應(yīng)有5 5個(gè)個(gè)獨(dú)立的滑移系才獨(dú)立的滑移系才能協(xié)調(diào)多晶體的能協(xié)調(diào)多晶體的塑性變形。塑性變形。塑性變形過程的不均勻性塑性變形過程的不均勻性在多晶體金屬中，由于每個(gè)晶粒的晶格位向都不同，其在多晶體金屬中，由于每個(gè)晶粒的晶格位向都不同，其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在同一外力作用下，每個(gè)滑移面和滑移方向的分布便不同，故在同一外力作用下，每個(gè)晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切應(yīng)力便不同。凡滑晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切應(yīng)力便不同。凡滑移面和滑移方向處于或接近于與外力成移面和滑移方向處于或接近于與外力成4545度，必將度，必將首先發(fā)生滑首先發(fā)生滑移變形移變形，而滑移面或滑移方

36、向處于或接近于與外力相平行或垂，而滑移面或滑移方向處于或接近于與外力相平行或垂直，它們所受的分切應(yīng)力將較小，較難發(fā)生滑移。由此可見，直，它們所受的分切應(yīng)力將較小，較難發(fā)生滑移。由此可見，由于多晶體金屬中每個(gè)晶粒所取的位向不同，金屬的塑性變形由于多晶體金屬中每個(gè)晶粒所取的位向不同，金屬的塑性變形將會(huì)在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個(gè)不均勻的塑性變形過程。將會(huì)在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個(gè)不均勻的塑性變形過程。 晶粒位向的影響作用晶粒位向的影響作用分批滑移分批滑移：多晶體材料在外力作用下，當(dāng)首批處于軟位向的晶：多晶體材料在外力作用下，當(dāng)首批處于軟位向的晶粒發(fā)生滑移時(shí)，由于晶界的影響及其周圍處于硬位向的晶粒尚粒

37、發(fā)生滑移時(shí)，由于晶界的影響及其周圍處于硬位向的晶粒尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應(yīng)，便會(huì)在首批晶粒的晶不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應(yīng)，便會(huì)在首批晶粒的晶界附近造成位錯(cuò)堆積，隨著外力增大至應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，界附近造成位錯(cuò)堆積，隨著外力增大至應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，形變才會(huì)越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。形變才會(huì)越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)：隨著滑移的發(fā)生，伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使其位向同：隨著滑移的發(fā)生，伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使其位向同時(shí)也在變化，有的位向在硬化，有的位向在軟化，軟位向的晶時(shí)也在變化，有的位向在硬化，有的位向在軟化，軟位向的晶粒開始滑移變形。所以，多晶體的塑性變

38、形是一批批晶粒逐步粒開始滑移變形。所以，多晶體的塑性變形是一批批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴(kuò)大到大量的晶粒，從不均勻變地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴(kuò)大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形，變形過程要比單晶體中復(fù)雜得形逐步發(fā)展到比較均勻的變形，變形過程要比單晶體中復(fù)雜得多。多。 晶粒大小對材料強(qiáng)度的影響晶粒大小對材料強(qiáng)度的影響材料的塑性變形抗力，不僅與其原子間的結(jié)合力有關(guān)，材料的塑性變形抗力，不僅與其原子間的結(jié)合力有關(guān)，而且還與材料的晶粒度有關(guān)，即材料的晶粒愈細(xì)，材料的強(qiáng)度而且還與材料的晶粒度有關(guān)，即材料的晶粒愈細(xì)，材料的強(qiáng)度愈高。因?yàn)椴牧暇ЯＳ?xì)，晶界總面積愈大，晶界對變形

39、的阻愈高。因?yàn)椴牧暇ЯＳ?xì)，晶界總面積愈大，晶界對變形的阻礙作用愈明顯，對塑性變形的抗力也便愈大。礙作用愈明顯，對塑性變形的抗力也便愈大。 對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強(qiáng)度和晶粒對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強(qiáng)度和晶粒大小有以下關(guān)系：大小有以下關(guān)系： 式中的式中的d d為晶粒的平均直徑，為晶粒的平均直徑，k k為比例常數(shù)。這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，為比例常數(shù)。這是個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，但又表達(dá)了一個(gè)普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾但又表達(dá)了一個(gè)普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾- -佩奇佩奇(Hall-(Hall-Petch)Petch)關(guān)系。關(guān)系。 晶粒大小對材料塑性的影響晶粒大小對材料塑性的影響 效果

40、效果：塑性材料的晶粒愈細(xì)，不僅強(qiáng)度愈高，而且塑性與韌：塑性材料的晶粒愈細(xì)，不僅強(qiáng)度愈高，而且塑性與韌性也較高。性也較高。原因原因：因?yàn)榫ЯＳ?xì)，單位體積中晶粒數(shù)量便愈多，變形時(shí)：因?yàn)榫ЯＳ?xì)，單位體積中晶粒數(shù)量便愈多，變形時(shí)同樣的形變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)的阻同樣的形變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的應(yīng)力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便的應(yīng)力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。可發(fā)生較大的塑性

41、形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。意義意義：所以在工業(yè)上通過各種方法：所以在工業(yè)上通過各種方法( (凝固、壓力加工、熱處理凝固、壓力加工、熱處理) )使材料獲得細(xì)而均勻的晶粒，是目前提高材料力學(xué)性能的有使材料獲得細(xì)而均勻的晶粒，是目前提高材料力學(xué)性能的有效途徑之一。效途徑之一。 加工硬化加工硬化 材料在變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯材料在變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。這種加工硬化的作用在拉伸時(shí)的應(yīng)下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。這種加工硬化的作用在拉伸時(shí)的應(yīng)力力-應(yīng)變曲線中可以看出，材料屈服后要繼續(xù)變形只有不斷增應(yīng)變曲線中可以看出，材料屈服后要繼續(xù)變形

42、只有不斷增加外力。加外力。原因原因：塑性變形是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一旦：塑性變形是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)一旦受阻，塑性變形就難以進(jìn)行，要繼續(xù)進(jìn)行變形只有增加外力。受阻，塑性變形就難以進(jìn)行，要繼續(xù)進(jìn)行變形只有增加外力。分析分析：變形過程中，位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)，各種位錯(cuò)會(huì)頻繁相：變形過程中，位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)，各種位錯(cuò)會(huì)頻繁相遇，發(fā)生一系列復(fù)雜的交割作用，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)等等現(xiàn)象，遇，發(fā)生一系列復(fù)雜的交割作用，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)等等現(xiàn)象，使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受阻，位錯(cuò)源不斷發(fā)出的位錯(cuò)不能順利地移出晶使位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受阻，位錯(cuò)源不斷發(fā)出的位錯(cuò)不能順利地移出晶體，發(fā)生位錯(cuò)的塞積，造成位錯(cuò)密度的逐漸增大

43、。變形量越大，體，發(fā)生位錯(cuò)的塞積，造成位錯(cuò)密度的逐漸增大。變形量越大，位錯(cuò)密度就越大，變形的抗力也越就大。隨著位錯(cuò)密度的升高，位錯(cuò)密度就越大，變形的抗力也越就大。隨著位錯(cuò)密度的升高，位錯(cuò)之間的平均距離減小，它們之間的相互干擾和交互作用進(jìn)位錯(cuò)之間的平均距離減小，它們之間的相互干擾和交互作用進(jìn)一步增強(qiáng)，因而強(qiáng)度和硬度也就越來越大。一步增強(qiáng)，因而強(qiáng)度和硬度也就越來越大。返回6.4 6.4 塑性變形對金屬組織性能的影響塑性變形對金屬組織性能的影響 冷變形對力學(xué)性能冷變形對力學(xué)性能影響影響 塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 形變織構(gòu)形變織構(gòu) 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 冷變形對力學(xué)性能冷變形對

44、力學(xué)性能影響影響產(chǎn)生加工硬化產(chǎn)生加工硬化：材料在變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性、：材料在變形后，強(qiáng)度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降。韌性明顯下降。加工硬化的加工硬化的工程工程意義意義：加工硬化是強(qiáng)化材料的重要手段加工硬化是強(qiáng)化材料的重要手段，尤其是對于那些不能用熱，尤其是對于那些不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬材料。處理方法強(qiáng)化的金屬材料。 加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形。因?yàn)榻饘僖炎冃尾糠之a(chǎn)。因?yàn)榻饘僖炎冃尾糠之a(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在未變形或變形較少的部分發(fā)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在未變形或變形較少的部分發(fā)展。展。1.1. 加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造

45、成了困難加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速了模具的損耗，加速了模具的損耗，在對材料要進(jìn)行較大變形量的加工中將是不希望的，在金屬在對材料要進(jìn)行較大變形量的加工中將是不希望的，在金屬的變形和加工過程中常常要進(jìn)行的變形和加工過程中常常要進(jìn)行“中間退火中間退火”以消除這種不以消除這種不利影響，因而增加了能耗和成本。利影響，因而增加了能耗和成本。 塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 晶粒變形：金屬塑性變形時(shí)，隨著外形的改變，內(nèi)部晶粒的晶粒變形：金屬塑性變形時(shí)，隨著外形的改變，內(nèi)部晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長( (拉伸拉伸)

46、 )或壓扁或壓扁( (壓縮壓縮) )。變形的程度愈大，則晶粒形狀的改變也愈大。變形的程度愈大，則晶粒形狀的改變也愈大。晶界模糊：當(dāng)變形量很大時(shí)，晶界變得模糊不清，這是由于晶界模糊：當(dāng)變形量很大時(shí)，晶界變得模糊不清，這是由于位錯(cuò)移出晶粒在邊界造成的臺(tái)階使晶界交錯(cuò)，同時(shí)也進(jìn)一步位錯(cuò)移出晶粒在邊界造成的臺(tái)階使晶界交錯(cuò)，同時(shí)也進(jìn)一步降低了晶界的耐腐蝕性。降低了晶界的耐腐蝕性。 纖維組織：在金屬變形較大時(shí)，材料中的夾雜物也沿變形方纖維組織：在金屬變形較大時(shí)，材料中的夾雜物也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不向被拉長，形成了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的

47、力學(xué)性能，即產(chǎn)生一定程度的各向異同方向上表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能，即產(chǎn)生一定程度的各向異性，一般沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于垂直方向，等等。性，一般沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于垂直方向，等等。 亞結(jié)構(gòu)形成：在金屬未變形或少量變形時(shí)，位錯(cuò)密度的分布亞結(jié)構(gòu)形成：在金屬未變形或少量變形時(shí)，位錯(cuò)密度的分布一般是均勻的。但在大量變形之后，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和交互一般是均勻的。但在大量變形之后，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和交互作用，位錯(cuò)不均勻分布，并使晶粒碎化成許多位向略有差異作用，位錯(cuò)不均勻分布，并使晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。亞晶粒邊界上聚集大量位錯(cuò)，而內(nèi)部的位錯(cuò)密度的亞晶粒。亞晶粒邊界上聚集大量位錯(cuò)，而內(nèi)部的位

48、錯(cuò)密度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細(xì)。整相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細(xì)。整個(gè)晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。個(gè)晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。 變形變形10% 100變形變形40% 100 變形變形80%纖維組織纖維組織100 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵不同變形度不同變形度的顯微組織的顯微組織形變織構(gòu)形變織構(gòu)形變織構(gòu)形變織構(gòu)：金屬晶粒的取向一般是無規(guī)則的隨機(jī)排列，盡管每：金屬晶粒的取向一般是無規(guī)則的隨機(jī)排列，盡管每個(gè)晶粒有各向異性，所以宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。但是當(dāng)金個(gè)晶粒有各向異性，所以宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。但是當(dāng)金屬經(jīng)受大量屬經(jīng)受

49、大量(70%以上以上)的一定方向的變形之后，由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)的一定方向的變形之后，由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)造成晶粒取向趨于一致，形成了晶體的造成晶粒取向趨于一致，形成了晶體的“擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向”，即某一，即某一晶面在某個(gè)方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其他方向。金屬大變形后晶面在某個(gè)方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其他方向。金屬大變形后形成的這種有序化結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)，它使金屬材料表現(xiàn)出明形成的這種有序化結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)，它使金屬材料表現(xiàn)出明顯的各向異性。顯的各向異性。 形成原因形成原因：滑移塑性變形時(shí)伴隨：滑移塑性變形時(shí)伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，造成各晶粒的滑晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，造成各晶粒的滑移面或滑移方向趨于平行外力方向。移面或滑移方向趨于平行外力方