第5章材料塑性變形及再結(jié)晶

1、材料不同，其彈、塑性性能差異很大材料不同，其彈、塑性性能差異很大塑性變形，對鍛、軋、拉、擠有重要作用，塑性變形，對鍛、軋、拉、擠有重要作用， 對鑄造、熱處理則對鑄造、熱處理則 要盡量避免要盡量避免 彈性變形（彈性變形（elastic deformation）塑性變形（塑性變形（plastic deformation）外力外力 材料材料外形尺寸變化外形尺寸變化內(nèi)部組織、性能變化內(nèi)部組織、性能變化 塑性變形塑性變形彈性變形彈性變形(Elastic Deformation) 低碳鋼的拉伸試驗低碳鋼的拉伸試驗 彈性變形彈性變形: 可逆性可逆性 外力去處后可完全恢復(fù)外力去處后可完全恢復(fù) r=r0 原子處

2、于平衡位置原子處于平衡位置 位能位能 U 為為 Umin 最穩(wěn)定最穩(wěn)定 F=0 r r0 即偏離其平衡位置即偏離其平衡位置 F引力引力 斥力斥力 力圖使原子恢復(fù)其力圖使原子恢復(fù)其 原來的平衡位置原來的平衡位置 變形消失變形消失本質(zhì)本質(zhì):可從原子間結(jié)合力的可從原子間結(jié)合力的角度來了解之角度來了解之應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)變關(guān)系(Stress-Strain behavior) 虎克定律虎克定律(Hookes law) s s = Ee e t t = Gg g 廣義虎克定律廣義虎克定律 矩陣表達式矩陣表達式二二 彈性模量彈性模量 E (Elastic modulus) 表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理

3、量表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理量, 反映原子間的反映原子間的結(jié)合力結(jié)合力,是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。對晶體而言，系各向異性是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。對晶體而言，系各向異性 沿原子最密排的晶向沿原子最密排的晶向 Emax 沿原子最疏的晶向沿原子最疏的晶向 Emin 工程上工程上E系材料剛度的度量系材料剛度的度量 彈性變形量隨材料不同而異彈性變形量隨材料不同而異 E-modulus of elasticity (Youngs modulus) G-shear modulus u-poissons ratioG = E/2(1+u)三三 彈性的不完整性彈性的不完整性 1. 包申格效應(yīng)包申格效應(yīng) （Bau

4、schinger effect） 經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量變形（經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量變形（4%） 而后同向加載則而后同向加載則s se 而后反向加載則而后反向加載則s se 2. 彈性后效彈性后效 （Elastic aftereffect） 在彈性極限在彈性極限s se范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象 3. 彈性滯后彈性滯后 （Elastic lag） 由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在s s-e e曲線上曲線上加載曲線與卸載線不重合，而形成一加載曲線與卸載線不重合，而形成一封閉回線封閉回線四 粘彈性牛頓粘性流動定律 dtdes -

5、粘度系數(shù)粘度系數(shù)既與時間有關(guān)，又具有可回復(fù)的彈性變形性質(zhì)既與時間有關(guān)，又具有可回復(fù)的彈性變形性質(zhì)高分子材料的重要力學特性之一高分子材料的重要力學特性之一Maxwell和和Vigt粘彈性體變形模型粘彈性體變形模型 2. 單晶體（單晶體（Single Crystal）的塑性變形）的塑性變形 塑性變形塑性變形滑移滑移 Slip孿生孿生 Twinning晶界滑動晶界滑動 Grain boundary Sliding擴散性蠕變擴散性蠕變 Diffusional Creepl1.現(xiàn)象現(xiàn)象nmh200單晶體的拉伸試驗單晶體的拉伸試驗塑性變形的不均勻性塑性變形的不均勻性滑移帶（滑移帶（Slip band) 滑

6、移線滑移線 （Slip line）nmd20沿一定的晶面、一定晶向進行沿一定的晶面、一定晶向進行滑移面滑移面Slip plane滑移方向滑移方向Slip directionl2.滑移的晶體學特征滑移的晶體學特征 滑移面和滑移方向滑移面和滑移方向 晶體中原子密度最大的面和方向晶體中原子密度最大的面和方向 Slip plane Slip direction 為什么為什么? fcc：滑移面：滑移面111 滑移方向滑移方向 hcp: 0001 c/a1.633 0001 ,1010,1011 c/a1.633 bcc: Tm/4 112 Tm/4 Tm/2 110 0.8Tm 123滑移系滑移系 晶體

7、中一個滑移面和該面上一個滑移方向組成晶體中一個滑移面和該面上一個滑移方向組成滑移的空間取向滑移的空間取向（ Slip system ）晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同 （Number of slip systems） fcc：111 有四組，而每個有四組，而每個(111)面上共有三個面上共有三個110， 故共有故共有4312個滑移系個滑移系 hcp：1個個(0001)面面 3個個方向方向133個滑移系個滑移系 bcc： 110面共有面共有6組，每個組，每個110上有上有2個個方向方向 12組組 112 1個個 24組組 123 1個個 故共有故共有621212414

8、8個滑移系個滑移系 一般滑移系愈多，滑移過程中可能采取的空間取向也就愈一般滑移系愈多，滑移過程中可能采取的空間取向也就愈多，這種材料的塑性就愈好。多，這種材料的塑性就愈好。t滑移滑移圓柱形試樣單向拉伸時作用在滑移面上沿滑移方向的圓柱形試樣單向拉伸時作用在滑移面上沿滑移方向的stcoscoscosAP其中其中AP為作用在試樣橫斷面上的拉伸應(yīng)力為作用在試樣橫斷面上的拉伸應(yīng)力coscos為取向因子（為取向因子（Schmid）t晶體滑移晶體滑移 必須使必須使t t t tc（臨界分切應(yīng)力）（臨界分切應(yīng)力）t tc 取決晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體類型、純度（雜取決晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體類型、

9、純度（雜 質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無關(guān)。質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無關(guān)。 一切影響位錯滑移難易程度的因素均影響一切影響位錯滑移難易程度的因素均影響 t tcstcoscossctscoscoscs屈服強度屈服強度當當 90或或 90 時，時，s ss 晶體不能產(chǎn)生滑移晶體不能產(chǎn)生滑移只有當只有當 45 時，時，s ssmin 首先發(fā)生滑移首先發(fā)生滑移 2t tc映象規(guī)則：映象規(guī)則：利用投影圖中心部分的八個取向三角形利用投影圖中心部分的八個取向三角形滑移面上發(fā)生相對位移滑移面上發(fā)生相對位移晶體轉(zhuǎn)動晶體轉(zhuǎn)動空間取向發(fā)生變化空間取向發(fā)生變化晶體滑移晶體滑移在在拉伸拉伸時使滑移面和滑

10、移方時使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸平行平行在在壓縮壓縮時使滑移面和滑移方向時使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸垂直垂直21ss-轉(zhuǎn)動的原因轉(zhuǎn)動的原因兩對力偶：兩對力偶：為上下兩滑移面的法向分應(yīng)力為上下兩滑移面的法向分應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移面轉(zhuǎn)至軸在該力偶作用下，使滑移面轉(zhuǎn)至軸向平行向平行21tt - 垂直于滑移方向的分切應(yīng)力垂直于滑移方向的分切應(yīng)力在該力偶作用下，使滑移方向轉(zhuǎn)到最大在該力偶作用下，使滑移方向轉(zhuǎn)到最大分切應(yīng)力方向分切應(yīng)力方向21tt-是是/滑移方向的真正引起滑滑移方向的真正引起滑移的有效分切應(yīng)力移的有效分切應(yīng)力晶體滑移晶體滑移晶體轉(zhuǎn)動晶

11、體轉(zhuǎn)動位向變化位向變化取向因子變化取向因子變化 分切應(yīng)力值變化分切應(yīng)力值變化幾何幾何硬硬軟軟化現(xiàn)象化現(xiàn)象5. 多系滑移多系滑移 Multiple slip 外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大，且外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大，且t t t tc的滑的滑移系原始滑移系（移系原始滑移系（primary slip system）上。但由于伴）上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動隨晶體轉(zhuǎn)動空間位向變化空間位向變化另一組原取向不利（硬取向）另一組原取向不利（硬取向）滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向（軟取向），從而開始滑滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向（軟取向），從而開始滑移，形成兩組（或多組）滑移系同時進行或交替進行，稱

12、移，形成兩組（或多組）滑移系同時進行或交替進行，稱為多系滑移。為多系滑移。綜上所述，滑移變形的基本特點：綜上所述，滑移變形的基本特點： ) 滑移變形系不均勻的切變，它只集中在某些晶面上；滑移變形系不均勻的切變，它只集中在某些晶面上； ) 滑移結(jié)果兩部分晶體產(chǎn)生相對移動，移動的距離滑移結(jié)果兩部分晶體產(chǎn)生相對移動，移動的距離nb， 仍保持晶體學的一致性；仍保持晶體學的一致性； ) 沿著一定的晶面和晶向進行，滑移系較多的材料為（沿著一定的晶面和晶向進行，滑移系較多的材料為（fcc） 一般具有較好塑性；一般具有較好塑性； ) 在切應(yīng)力作用下，且在切應(yīng)力作用下，且t t t tc； ）滑移同時，滑移面和

13、滑移方向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)動；）滑移同時，滑移面和滑移方向?qū)l(fā)生轉(zhuǎn)動； ）實質(zhì)位錯沿滑移面的運動過程）實質(zhì)位錯沿滑移面的運動過程 滑移系較少的滑移系較少的hcp，或在低溫下或者當滑移受阻時晶體會，或在低溫下或者當滑移受阻時晶體會 以另一種變形方式以另一種變形方式孿生變形進行孿生變形進行 Deformation by twinning 1. 孿生變形過程孿生變形過程 孿生是在切應(yīng)力作用下沿特定的晶面（孿生是在切應(yīng)力作用下沿特定的晶面（twin plane）與晶向（與晶向（twin direction）產(chǎn)生的均勻切變。發(fā)生孿生的）產(chǎn)生的均勻切變。發(fā)生孿生的區(qū)域稱為孿晶帶（區(qū)域稱為孿晶帶（twin band）

14、。）。l不同晶體結(jié)構(gòu)往往有不同孿生面和孿生方向：不同晶體結(jié)構(gòu)往往有不同孿生面和孿生方向：l fcc：111 hcp:1012l bcc: 1122. 孿晶的形成孿晶的形成變形（機械）孿晶：變形產(chǎn)生變形（機械）孿晶：變形產(chǎn)生 呈透鏡狀或片狀呈透鏡狀或片狀生生 長長 孿孿 晶晶 ：晶體生長過程中形成：晶體生長過程中形成退退 火火 孿孿 晶晶 ：退火過程中形成：退火過程中形成形核形核長大長大兩個階段兩個階段變形孿晶的生長大致可分為變形孿晶的生長大致可分為 孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進行的條件下才會發(fā)生。例如，行的條件下才會發(fā)生。例如，M

15、g孿生所需孿生所需t tc4.934.34.934.3MPa,而滑移時而滑移時t tc僅為僅為0.49MPa。但孿晶的長大速度極快（與沖。但孿晶的長大速度極快（與沖擊波的速度相當）有相當數(shù)量的能量被釋放出來，故?？蓳舨ǖ乃俣认喈敚┯邢喈敂?shù)量的能量被釋放出來，故?？陕犚娒黠@可聞聽見明顯可聞“咔、嚓咔、嚓”聲，也稱孿生吼叫。聲，也稱孿生吼叫。通過單純孿生達到的變形量是極為有限的，如通過單純孿生達到的變形量是極為有限的，如Zn單晶，孿單晶，孿生只能獲得生只能獲得7.27.4伸長率，遠小于滑移所作的貢獻。但伸長率，遠小于滑移所作的貢獻。但是孿生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利是孿生變形改變

16、了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進一步的滑移，獲得很大變形量，于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢獻卻很大。故間接貢獻卻很大。孿生的機制：孿生時每層晶面的位置是借助一個不全位錯孿生的機制：孿生時每層晶面的位置是借助一個不全位錯 （肖克萊）的移動而成的，是借助位錯增殖的（肖克萊）的移動而成的，是借助位錯增殖的 極軸機制來實現(xiàn)的。極軸機制來實現(xiàn)的。3. 孿生形變的意義孿生形變的意義l孿生的主要特點孿生的主要特點：l）孿生是均勻切變，）孿生是均勻切變，l）相對移動距離不是孿生方向的原子間距的整數(shù)）相對移動距離不是孿生方向的原子間距的整數(shù) 倍，孿生面兩

17、邊晶體位向不同成鏡面對稱；倍，孿生面兩邊晶體位向不同成鏡面對稱；l）切變區(qū)內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對）切變區(qū)內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對 其鄰面沿孿生方向位移了一定距離，且每一層其鄰面沿孿生方向位移了一定距離，且每一層 原子相對于孿生面的切變量和它與孿生面的距原子相對于孿生面的切變量和它與孿生面的距 離成正比；離成正比；l）孿生改變了晶體取向，因此出現(xiàn)孿晶的試樣經(jīng)）孿生改變了晶體取向，因此出現(xiàn)孿晶的試樣經(jīng) 重新拋光，腐蝕后仍能顯現(xiàn)出來。重新拋光，腐蝕后仍能顯現(xiàn)出來。l）在切應(yīng)力作用下，且）在切應(yīng)力作用下，且t tt tc c但但t tc c( (孿生孿生) ) t tc c( (

18、滑移滑移) )l）實質(zhì)借助一個不全位錯運動而成，存在形核與）實質(zhì)借助一個不全位錯運動而成，存在形核與 長大過程。長大過程。三三 扭折扭折 Kink hcp的的Cd壓縮時，外力與壓縮時，外力與(0001)面平行，面平行，故在故在(0001)面的面的t t0，若此時孿生過程的阻，若此時孿生過程的阻力也很大，不能進行。為了使晶體的形狀與力也很大，不能進行。為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當外力超過某一臨界值時，晶外力相適應(yīng)，當外力超過某一臨界值時，晶體將會產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。體將會產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。 扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對稱變化。扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對稱變化。 扭折是為適

19、應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形方式，扭折是為適應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形方式，對變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)對變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)生斷裂。另外由于扭折引起晶體的再取向，即有可能使扭折生斷裂。另外由于扭折引起晶體的再取向，即有可能使扭折帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，促使晶體形變能力進一步帶區(qū)域中的滑移系處于有利取向，促使晶體形變能力進一步發(fā)揮。發(fā)揮。 造成扭折的原因是滑移面的位錯在局部地區(qū)集中，從造成扭折的原因是滑移面的位錯在局部地區(qū)集中，從而引起的晶格彎曲。而引起的晶格彎曲。t2Gm1. 滑移的位錯機制滑移的位錯機制 根據(jù)剛性滑移模型

20、推導出的理論切變強度根據(jù)剛性滑移模型推導出的理論切變強度(G一般為一般為104105MPa），即使采用修正值），即使采用修正值30G與實測值（約為與實測值（約為110MPa）之間相差）之間相差34個數(shù)量級。個數(shù)量級。 位錯概念引入解決這一矛盾。因為位錯運動時只要求位錯概念引入解決這一矛盾。因為位錯運動時只要求其中心附近少數(shù)原子移動很小的距離（小于一個原子間距），其中心附近少數(shù)原子移動很小的距離（小于一個原子間距），因此所需的應(yīng)力要比晶體作整體剛性滑移時小得多。這樣借因此所需的應(yīng)力要比晶體作整體剛性滑移時小得多。這樣借助于位錯的運動就可實現(xiàn)晶體逐步滑移。助于位錯的運動就可實現(xiàn)晶體逐步滑移。 位錯

21、運動首先遇到點陣阻力位錯運動首先遇到點陣阻力派納力：派納力：)1 (2exp12)2exp(12bvavGbwvGNP-t 從上式可知從上式可知ab則則t t 故晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集故晶體的滑移通常發(fā)生在原子最密集的晶面并沿著最密集的晶向進行。的晶面并沿著最密集的晶向進行。 除點陣阻力外，位錯與點缺陷、其他位錯、晶界、第二相除點陣阻力外，位錯與點缺陷、其他位錯、晶界、第二相 質(zhì)點等交互作用，對位錯的滑移運動均會產(chǎn)生阻力，導致晶體質(zhì)點等交互作用，對位錯的滑移運動均會產(chǎn)生阻力，導致晶體強化強化 A. 晶體在滑移過程中的位錯增殖（晶體在滑移過程中的位錯增殖（proliferation of

22、 dislocations） 滑移線臺階滑移線臺階nb200nm（上千個（上千個b相同的位錯滑移來實現(xiàn)）故晶相同的位錯滑移來實現(xiàn)）故晶體塑變時產(chǎn)生的大量滑移帶，必然是為數(shù)眾多的位錯進行滑移的結(jié)體塑變時產(chǎn)生的大量滑移帶，必然是為數(shù)眾多的位錯進行滑移的結(jié)果。果。 一般經(jīng)充分退火的金屬，位錯密度約為一般經(jīng)充分退火的金屬，位錯密度約為 106 cm-2 經(jīng)強烈塑性變形后，位錯密度增至經(jīng)強烈塑性變形后，位錯密度增至 1012 cm-2 晶體的滑移過程不僅沒有降低位錯數(shù)量，反而大晶體的滑移過程不僅沒有降低位錯數(shù)量，反而大大增加，這意味著，在變形過程中位錯以某種機制大增加，這意味著，在變形過程中位錯以某種機

23、制增殖了。增殖了。（1）FrankRead 位錯源位錯源 （FrankRead Source） 由弗蘭克瑞德源提出的一種位錯增殖機制由弗蘭克瑞德源提出的一種位錯增殖機制F-R源動作過程源動作過程 刃位錯刃位錯AB的兩端的兩端A和和B被位錯用結(jié)點釘扎住被位錯用結(jié)點釘扎住 位錯線各段均受到滑移力位錯線各段均受到滑移力ft tb且與位錯線相垂直（法線方向）且與位錯線相垂直（法線方向）位錯線各點移動的線速度一樣，但角速度不同。位錯線發(fā)生彎曲，位錯線各點移動的線速度一樣，但角速度不同。位錯線發(fā)生彎曲，甚至兩端分別繞甚至兩端分別繞AB發(fā)生回轉(zhuǎn)。位錯線上各處位錯性質(zhì)也隨之變。發(fā)生回轉(zhuǎn)。位錯線上各處位錯性質(zhì)也

24、隨之變。m,n兩處同屬純螺型位錯，但位錯性質(zhì)恰好相反，相吸！相遷時，兩處同屬純螺型位錯，但位錯性質(zhì)恰好相反，相吸！相遷時，彼此便會抵消，這使原來整根位錯線斷開成兩部分，外面為封閉彼此便會抵消，這使原來整根位錯線斷開成兩部分，外面為封閉的位錯環(huán)，里面為一段連接的位錯環(huán)，里面為一段連接A和和B的位錯線，在線張力作用下變直的位錯線，在線張力作用下變直恢復(fù)到原始狀態(tài)。在外力的繼續(xù)作用下，它將重復(fù)上述過程，每恢復(fù)到原始狀態(tài)。在外力的繼續(xù)作用下，它將重復(fù)上述過程，每重復(fù)一次就產(chǎn)生一個位錯環(huán)，從而造成位錯的增殖，并使晶體產(chǎn)重復(fù)一次就產(chǎn)生一個位錯環(huán)，從而造成位錯的增殖，并使晶體產(chǎn)生可觀的滑移量。生可觀的滑移量

25、。 FR源發(fā)生作用所需的臨界切應(yīng)力為源發(fā)生作用所需的臨界切應(yīng)力為 LGbrGbc2t 只有只有t tt tc時才能使時才能使FR源開動，并源源不斷地產(chǎn)生位錯環(huán)。源開動，并源源不斷地產(chǎn)生位錯環(huán)。在塑性變形過程中，位錯不斷地生成，位錯間的交截越來越頻繁。在塑性變形過程中，位錯不斷地生成，位錯間的交截越來越頻繁。 可動位錯線段也越短可動位錯線段也越短L t tc (加工硬化加工硬化)。FR位錯增殖機制位錯增殖機制已為實驗所證實已為實驗所證實。（2）雙交滑移位錯增殖機制）雙交滑移位錯增殖機制 螺位錯的滑移面不是唯一的螺位錯的滑移面不是唯一的 若螺型位錯經(jīng)交滑移后再轉(zhuǎn)回到與原滑移面相平行的晶面上若螺型位

26、錯經(jīng)交滑移后再轉(zhuǎn)回到與原滑移面相平行的晶面上繼續(xù)擴展時，則稱雙交滑移。繼續(xù)擴展時，則稱雙交滑移。 螺位錯經(jīng)雙交滑移后可形成一對刃型位錯的割階。由于這對螺位錯經(jīng)雙交滑移后可形成一對刃型位錯的割階。由于這對割階與原位錯線不在同一滑移面上，這就使原位錯在平行于原滑割階與原位錯線不在同一滑移面上，這就使原位錯在平行于原滑移面的滑移面上滑移時產(chǎn)生了一個移面的滑移面上滑移時產(chǎn)生了一個FR源。于是，在雙交滑移源。于是，在雙交滑移情況下，可使位錯不斷得到增殖和發(fā)展。情況下，可使位錯不斷得到增殖和發(fā)展。B. 擴展位錯的束集與交滑移擴展位錯的束集與交滑移 擴展位錯系由兩個不全位錯和中間夾的一片層錯所構(gòu)成。層擴展位

27、錯系由兩個不全位錯和中間夾的一片層錯所構(gòu)成。層錯能的因素也必然影響擴展位錯的密度：錯能的因素也必然影響擴展位錯的密度： 若層錯面上存在雜質(zhì)原子或其它障礙時，可使該處的能量若層錯面上存在雜質(zhì)原子或其它障礙時，可使該處的能量增高增高擴展位錯寬度將會縮小，甚至重新收縮成原來的全位錯，擴展位錯寬度將會縮小，甚至重新收縮成原來的全位錯，成為束集（可看成位錯擴展的反過程）成為束集（可看成位錯擴展的反過程）rbbGd2)(21 擴展位錯束集時，不僅兩不全位錯的間距減小，層錯寬窄，擴展位錯束集時，不僅兩不全位錯的間距減小，層錯寬窄，而且位錯線變長、彎曲、形成弧線。因此，形成束集需要能量，而且位錯線變長、彎曲、

28、形成弧線。因此，形成束集需要能量，稱為束集能，束集能越大，越難束集。稱為束集能，束集能越大，越難束集。 束集對面心立方晶體的交叉滑移過程有重要的作用。由于束集對面心立方晶體的交叉滑移過程有重要的作用。由于擴展位錯只能在原滑移面上滑移，若要進行交滑移，擴展位錯擴展位錯只能在原滑移面上滑移，若要進行交滑移，擴展位錯必須首先束集為全位錯，然后再由該全位錯交滑移到另一滑移必須首先束集為全位錯，然后再由該全位錯交滑移到另一滑移面上并重新分解為擴展位錯，繼續(xù)進行滑移。面上并重新分解為擴展位錯，繼續(xù)進行滑移。 擴展位錯的束集與交滑移的過程可因溫度擴展位錯的束集與交滑移的過程可因溫度熱激活而得熱激活而得到促進

29、。到促進。 C. 位錯的交割（位錯的交割（Crossings of dislocations） 晶體中存在大量的具有不同柏氏矢量的位錯。因此，當一晶體中存在大量的具有不同柏氏矢量的位錯。因此，當一個位錯沿其滑移面滑動時，往往會遷到不在此滑移面上的其它個位錯沿其滑移面滑動時，往往會遷到不在此滑移面上的其它位錯（通常將穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯）的阻礙位錯（通常將穿過此滑移面的其它位錯稱為林位錯）的阻礙（即切過林位錯）而繼續(xù)前進。通常把位錯線彼此切割（即彼（即切過林位錯）而繼續(xù)前進。通常把位錯線彼此切割（即彼此交叉通過）的過程叫做位錯的交割。此交叉通過）的過程叫做位錯的交割。 位錯的交割對于

30、晶體的硬化，以及空位和間隙原子的產(chǎn)生位錯的交割對于晶體的硬化，以及空位和間隙原子的產(chǎn)生有著重要的意義。有著重要的意義。21bb21/bb（1）兩個互相垂直的刃位錯的交割：）兩個互相垂直的刃位錯的交割：位錯位錯xy向下移動與不動位錯向下移動與不動位錯AB交割后，位錯線交割后，位錯線AB上上產(chǎn)生一個長度與產(chǎn)生一個長度與b1相等刃型割階相等刃型割階PP，由于，由于PP仍位于仍位于Pxy面上可滑動面上可滑動位錯位錯AB和和xy交截后，則相應(yīng)在各自位錯線上產(chǎn)生一交截后，則相應(yīng)在各自位錯線上產(chǎn)生一段扭折段扭折PP和和QQ，屬螺型且均在原來的滑移面上，屬螺型且均在原來的滑移面上，能沿原滑移面滑移。在線張力的

31、作用下，此扭折將能沿原滑移面滑移。在線張力的作用下，此扭折將會消除。會消除。（2）刃型位錯和螺型位錯的交截）刃型位錯和螺型位錯的交截 當一個運動的刃型位錯當一個運動的刃型位錯AA和一個不動的螺型位錯和一個不動的螺型位錯 BB在在 時的交截：時的交截：AA上產(chǎn)生一長度與上產(chǎn)生一長度與b2相等的相等的 MM刃型割階，它的存在給刃型割階，它的存在給AA繼續(xù)運動增添阻力；繼續(xù)運動增添阻力； BB上產(chǎn)生一長度與上產(chǎn)生一長度與b1相等的相等的NN扭折（刃型）扭折（刃型）21bb（3）兩螺型位錯的交截）兩螺型位錯的交截 AA運動運動BB固定固定21bb交截后各自產(chǎn)生了一個割階交截后各自產(chǎn)生了一個割階MM和和

32、NN（均屬刃型）（均屬刃型）由于由于MM與與b1所組成滑移面所組成滑移面原位錯線原位錯線AA的運動方向，的運動方向，從而成為螺型位錯繼續(xù)運動的阻礙。除非割階產(chǎn)生攀移從而成為螺型位錯繼續(xù)運動的阻礙。除非割階產(chǎn)生攀移隨之運動；同樣隨之運動；同樣BB位錯所產(chǎn)生的刃型割階位錯所產(chǎn)生的刃型割階NN也具有與也具有與上述相似的性質(zhì)。上述相似的性質(zhì)。螺型位錯割階的運動可分三種情況：螺型位錯割階的運動可分三種情況： a）割階的高度只有）割階的高度只有12個原子間距，此時螺位錯運動個原子間距，此時螺位錯運動可以把割階拖著走，所謂拖著走是指割階通過攀移運動可以把割階拖著走，所謂拖著走是指割階通過攀移運動而使其跟著螺

33、位錯運動，而在其后留下一排點缺陷（空而使其跟著螺位錯運動，而在其后留下一排點缺陷（空位或間隙原子）位或間隙原子） b）割階高度在幾個原子間距到）割階高度在幾個原子間距到20nm之間，此時位錯之間，此時位錯不能拖著割階一起運動。在外力作用下，位錯的前進就不能拖著割階一起運動。在外力作用下，位錯的前進就 會在其后留下一對拉長了的刃位錯線段（常成為位錯偶）。會在其后留下一對拉長了的刃位錯線段（常成為位錯偶）。這種位錯偶為降低應(yīng)變能經(jīng)常會斷開而留下一個長的位錯偶，這種位錯偶為降低應(yīng)變能經(jīng)常會斷開而留下一個長的位錯偶，使位錯仍回復(fù)原來帶割階的狀態(tài)，而長的位錯偶又常會再進使位錯仍回復(fù)原來帶割階的狀態(tài)，而長

34、的位錯偶又常會再進一步裂成小的位錯環(huán)。一步裂成小的位錯環(huán)。 c）割階高度再）割階高度再20nm以上，此時割階兩端的刃位錯相隔以上，此時割階兩端的刃位錯相隔太遠，它們之間的相互作用較小，它們可以各自獨立地在各太遠，它們之間的相互作用較小，它們可以各自獨立地在各自的滑移面上運動，并以割階為軸，在滑移面上旋轉(zhuǎn)。這實自的滑移面上運動，并以割階為軸，在滑移面上旋轉(zhuǎn)。這實際上也是在晶體中產(chǎn)生位錯的一種方式。際上也是在晶體中產(chǎn)生位錯的一種方式。 而刃型位錯的割階與柏氏矢量所組成的面，一般都與原而刃型位錯的割階與柏氏矢量所組成的面，一般都與原位錯線的滑移方向一致，能與原位錯一起滑移，但此時割階位錯線的滑移方向

35、一致，能與原位錯一起滑移，但此時割階的滑移面并不一定是晶體的最密排面。故運動時割階段所受的滑移面并不一定是晶體的最密排面。故運動時割階段所受到的晶格阻力較大，但總的來說，這類滑移割階給原位錯所到的晶格阻力較大，但總的來說，這類滑移割階給原位錯所帶來的滑移阻力要小于螺位錯的割階。帶來的滑移阻力要小于螺位錯的割階。 由割階而引起的對位錯運動的障礙常稱為割階硬化。由割階而引起的對位錯運動的障礙常稱為割階硬化。D 位錯的塞積位錯的塞積 pile-up of dislocation 由同一位錯源產(chǎn)生的，具有相同由同一位錯源產(chǎn)生的，具有相同b的位錯在滑移面上運動，若的位錯在滑移面上運動，若遇到障礙（如晶界

36、、孿晶界、固定位錯、雜質(zhì)原子等）遇到障礙（如晶界、孿晶界、固定位錯、雜質(zhì)原子等） 受阻，而外力又不足以克服障礙的阻力時，位錯便被迫堆積受阻，而外力又不足以克服障礙的阻力時，位錯便被迫堆積在障礙物前形成塞積群。在障礙物前形成塞積群。 Sessile dislocationFrank sessile dislocationLomer-Coffrell barrier塞積群中的位錯所受的作用力：塞積群中的位錯所受的作用力： (1) 外加切應(yīng)力外加切應(yīng)力t t0所產(chǎn)生的滑移力所產(chǎn)生的滑移力 Fd t t0 b (2) 位錯間的相互排斥力位錯間的相互排斥力 (3) 障礙物的阻力障礙物的阻力 僅作用在領(lǐng)先

37、位錯上僅作用在領(lǐng)先位錯上GbLkn0t20) 1(16-iknGbxit0ttn210ttGb平衡時平衡時k為系數(shù)為系數(shù)刃位錯刃位錯 k1-v刃位錯刃位錯 k1根據(jù)每個位錯的受力情況，可導出每個位錯的位置，以根據(jù)每個位錯的受力情況，可導出每個位錯的位置，以xi表示從障礙物開始計到第表示從障礙物開始計到第i個位錯距離：個位錯距離：塞積群周圍所產(chǎn)生的應(yīng)力場與一個具有塞積群周圍所產(chǎn)生的應(yīng)力場與一個具有nb的大位錯所產(chǎn)的大位錯所產(chǎn)生應(yīng)力場相當。顯然（生應(yīng)力場相當。顯然（1）此應(yīng)力場反作用于位錯源，并）此應(yīng)力場反作用于位錯源，并有可能使其停止開動有可能使其停止開動加工硬化加工硬化由此可見在塞積群中位錯的

38、分布是不均勻的，越靠近障礙由此可見在塞積群中位錯的分布是不均勻的，越靠近障礙物，位錯間距越小。物，位錯間距越小。位錯塞積群的一個重要效應(yīng)就是在它的前端會引起應(yīng)力集位錯塞積群的一個重要效應(yīng)就是在它的前端會引起應(yīng)力集中，其數(shù)值等于外加切應(yīng)力中，其數(shù)值等于外加切應(yīng)力n倍：倍：t t0: :無外加硬化時所需切應(yīng)力無外加硬化時所需切應(yīng)力:與材料有關(guān)常數(shù)與材料有關(guān)常數(shù)0.30.50.30.5(2) nt t，塞積群中的螺位錯可通過交滑移越過障礙，塞積群中的螺位錯可通過交滑移越過障礙(3) t(3) t甚至可把障礙物摧毀甚至可把障礙物摧毀(4) (4) 如塞積群位于晶界，應(yīng)力集中達到一定值后，也可促發(fā)相鄰晶

39、粒位錯如塞積群位于晶界，應(yīng)力集中達到一定值后，也可促發(fā)相鄰晶粒位錯源開動源開動2. 孿生的機制孿生的機制 孿晶區(qū)域各晶面的相對位移距離是孿生方向原孿晶區(qū)域各晶面的相對位移距離是孿生方向原子間距的分數(shù)值，這表明孿生時每層晶面的位移應(yīng)子間距的分數(shù)值，這表明孿生時每層晶面的位移應(yīng)借一個不全位錯的移動而造成。借一個不全位錯的移動而造成。 位錯增殖的極軸機制：位錯增殖的極軸機制：fcc 中中 OA、OB和和OC三三條位錯線相交于結(jié)點條位錯線相交于結(jié)點O，OA、OB不在滑移面上，屬不在滑移面上，屬不動位錯不動位錯極軸位錯，極軸位錯，OC為可動的不全位錯，且為可動的不全位錯，且只能繞極軸轉(zhuǎn)動，每當它在（只能

40、繞極軸轉(zhuǎn)動，每當它在（111）面上掃過一圈，）面上掃過一圈，就產(chǎn)生一個單原子層的孿晶，同時又沿著螺旋面上就產(chǎn)生一個單原子層的孿晶，同時又沿著螺旋面上升一層，這樣不斷轉(zhuǎn)動，上述過程逐層地重復(fù)進行，升一層，這樣不斷轉(zhuǎn)動，上述過程逐層地重復(fù)進行，就在晶體中形成一個孿晶區(qū)域。就在晶體中形成一個孿晶區(qū)域。 至于扭折帶晶體位向有突變，這個取向改變的至于扭折帶晶體位向有突變，這個取向改變的過渡區(qū)系由一系列同號的刃型位錯排列所構(gòu)成。過渡區(qū)系由一系列同號的刃型位錯排列所構(gòu)成。 多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。周圍多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。周圍晶粒同時發(fā)生相適應(yīng)的變形來配合。一般

41、多晶體為多系滑移，晶粒同時發(fā)生相適應(yīng)的變形來配合。一般多晶體為多系滑移，高的加工硬化率，變形抗力增大，強度顯著提高，應(yīng)力高的加工硬化率，變形抗力增大，強度顯著提高，應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲線無曲線無只出現(xiàn)只出現(xiàn)、階段。階段。晶粒取向的影響晶粒取向的影響 外力外力F作用下作用下處于有利取向晶粒先開始滑移處于有利取向晶粒先開始滑移處于不利取向晶粒還末開始滑移處于不利取向晶粒還末開始滑移變形不均勻變形不均勻為保持連續(xù)性，周圍晶粒變形必須相互制約，相互協(xié)調(diào)為保持連續(xù)性，周圍晶粒變形必須相互制約，相互協(xié)調(diào) 多晶體塑性變形時要求至少有多晶體塑性變形時要求至少有5個獨立的滑移系進行個獨立的滑移系進行滑移?；?。 任

42、意變形均可用任意變形均可用 e exx e eyy e ezz n nxy n nyz n nxz fcc, bcc 滑移系多滑移系多塑性好塑性好 hcp 滑移系少滑移系少塑性差塑性差)0(zzyyxxVVeee二二. 晶界的阻滯效應(yīng)晶界的阻滯效應(yīng) 多晶體塑性變形的另一個特點是晶界對變形過程的阻礙多晶體塑性變形的另一個特點是晶界對變形過程的阻礙作用。對只有作用。對只有23個晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。個晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。因晶界（尤其是大角晶界）處因晶界（尤其是大角晶界）處原子排列不規(guī)則，點陣畸變嚴原子排列不規(guī)則，點陣畸變嚴重，再加上晶界兩側(cè)的晶粒取重，再加上晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移面

43、和滑移方向彼向不同，滑移面和滑移方向彼此不一致之緣故。此不一致之緣故。晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界處變形量較少，塑變抗力處變形量較少，塑變抗力大，可觀察到位錯的塞積大，可觀察到位錯的塞積位錯在晶界位錯在晶界上產(chǎn)生塞積上產(chǎn)生塞積注意注意 晶界本身的強度對多晶體的加工硬化貢獻不大，而多晶晶界本身的強度對多晶體的加工硬化貢獻不大，而多晶 體加工硬化的主要原因來自晶界兩側(cè)晶粒的位向差體加工硬化的主要原因來自晶界兩側(cè)晶粒的位向差 晶界阻滯效應(yīng)只在變形早期影響較大，因早期晶界阻滯效應(yīng)只在變形早期影響較大，因早期位錯位錯較小較小 晶界阻滯效應(yīng)的大小還與晶體的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)晶界阻滯效應(yīng)的大小還與

44、晶體的結(jié)構(gòu)類型有關(guān) hcp結(jié)構(gòu)的晶界阻滯效應(yīng)要比結(jié)構(gòu)的晶界阻滯效應(yīng)要比 fcc，bcc 類型的晶體明顯類型的晶體明顯 滑移系較小滑移系較小三三 晶粒大小對機械性能的影響晶粒大小對機械性能的影響 1. 對室溫機械性能的影響對室溫機械性能的影響 晶粒愈細、晶界愈多晶粒愈細、晶界愈多強化效應(yīng)強化效應(yīng)細晶強化細晶強化 s ss s sb HV Strengthening by Grain Size Re-duction 較好塑性較好塑性,因細晶的晶內(nèi)和晶界附近應(yīng)變差較小，變形較均勻，因細晶的晶內(nèi)和晶界附近應(yīng)變差較小，變形較均勻， 有可能斷裂前承受大量的變形有可能斷裂前承受大量的變形 細晶具有良好的綜合

45、機械性能。細晶具有良好的綜合機械性能。 210-KdsssHall-Petch公式：公式：屈服強度屈服強度相當于單晶體的屈服強度相當于單晶體的屈服強度晶粒平均直徑晶粒平均直徑常數(shù)，相鄰晶粒位向差對位錯運動的影響關(guān)系常數(shù)，相鄰晶粒位向差對位錯運動的影響關(guān)系與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)系普遍的關(guān)系式，金屬材料如此，亞晶的系普遍的關(guān)系式，金屬材料如此，亞晶的尺寸與尺寸與s ss的關(guān)系，塑性材料流變應(yīng)力和晶的關(guān)系，塑性材料流變應(yīng)力和晶粒尺寸，脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小粒尺寸，脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小關(guān)系以及金屬的疲勞強度與晶粒大小間的關(guān)系以及金屬的疲勞強度與晶粒大小間的關(guān)系也可用霍爾關(guān)系也可用霍

46、爾-佩奇公式來表達佩奇公式來表達2. 對高溫強度的影響對高溫強度的影響 低溫時：晶界強度低溫時：晶界強度晶內(nèi)強度晶內(nèi)強度 加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響 晶界對滑移有阻滯作用晶界對滑移有阻滯作用等強溫度等強溫度Tk：s ss晶界晶界s ss晶內(nèi)晶內(nèi)高溫時則不同，有兩種不同的變形機制：高溫時則不同，有兩種不同的變形機制：（1）晶粒沿晶界滑動（晶界滑動機制）晶粒沿晶界滑動（晶界滑動機制） 當當T Tm/2時，以晶粒沿晶界的相對滑移方式進行時，以晶粒沿晶界的相對滑移方式進行 T擴散能力擴散能力，且原子沿晶界擴散速率，且原子沿晶界擴散速率 沿晶內(nèi)的。沿晶內(nèi)的。 故高溫時晶界似流體

47、一樣，呈現(xiàn)粘滯性故高溫時晶界似流體一樣，呈現(xiàn)粘滯性變形抗力變形抗力 沿晶界滑移沿晶界滑移 （2）擴散性蠕變機制）擴散性蠕變機制 蠕變：在一定蠕變：在一定t C（300 C ）下，當應(yīng)力大于某一值時，）下，當應(yīng)力大于某一值時，即使外力不再增加，而塑性變形隨時間延長而會緩慢地增加即使外力不再增加，而塑性變形隨時間延長而會緩慢地增加現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 ABCD為多晶體中一為多晶體中一晶粒，晶粒，AB、CD晶界晶界受拉，在其附近易于受拉，在其附近易于產(chǎn)生空位，空位濃度產(chǎn)生空位，空位濃度較高，較高，AC、BD受壓，受壓，空位濃度較低?？瘴粷舛容^低。擴散擴散空位空位蠕變?nèi)渥兣c與有關(guān)有關(guān)存在空位濃度梯度導致空位向

48、存在空位濃度梯度導致空位向AC、BD定向移動，定向移動，原子向原子向AB、CD定向移動，從而使晶粒沿拉伸方定向移動，從而使晶粒沿拉伸方向伸長，即使在恒應(yīng)力情況下，隨時間延長也會向伸長，即使在恒應(yīng)力情況下，隨時間延長也會不斷發(fā)生應(yīng)變不斷發(fā)生應(yīng)變擴散性蠕變擴散性蠕變 T ，d 擴散性蠕變速率擴散性蠕變速率 因此一般高溫合金都希望具有較粗晶粒因此一般高溫合金都希望具有較粗晶粒四四. 多晶體的應(yīng)力多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線與單晶相比，一般不出現(xiàn)硬化第一階段，易滑移階段。只與單晶相比，一般不出現(xiàn)硬化第一階段，易滑移階段。只有有、線性硬化和拋物性硬化階段，呈現(xiàn)明顯的晶界阻線性硬化和拋物性硬化階段，呈現(xiàn)

49、明顯的晶界阻滯效應(yīng)和很高的硬化系數(shù)。滯效應(yīng)和很高的硬化系數(shù)。一一 單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 Plastic Deformation of SinglePhase alloy 1.屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象 yield phenomenon 拉伸曲線拉伸曲線 沒有明顯屈服點沒有明顯屈服點Yield point s s0.20.2 應(yīng)力平臺的應(yīng)力點稱為下屈服點，在幾乎是恒定的應(yīng)力下應(yīng)力平臺的應(yīng)力點稱為下屈服點，在幾乎是恒定的應(yīng)力下發(fā)生的延長稱為屈服伸長。應(yīng)力平臺上每一個波動對應(yīng)于一個發(fā)生的延長稱為屈服伸長。應(yīng)力平臺上每一個波動對應(yīng)于一個新的形變帶，即新新的形變帶，即新Lders bo

50、nd，當，當Lders bond擴展至試樣整擴展至試樣整個長度后，屈服伸長階段就告結(jié)束，應(yīng)力又隨應(yīng)變單調(diào)增加，個長度后，屈服伸長階段就告結(jié)束，應(yīng)力又隨應(yīng)變單調(diào)增加，開始均勻塑性變形階段。開始均勻塑性變形階段。拉伸曲線應(yīng)力突然下降的點稱上屈服拉伸曲線應(yīng)力突然下降的點稱上屈服點：試樣開始屈服，發(fā)生明顯的塑性點：試樣開始屈服，發(fā)生明顯的塑性變形。在試樣表面觀察到與縱軸（拉變形。在試樣表面觀察到與縱軸（拉伸軸）約呈伸軸）約呈45的應(yīng)變痕跡的應(yīng)變痕跡呂德斯呂德斯帶（帶（Lders bond）它與試樣的未變）它與試樣的未變形部分有明顯的界線。它與滑移帶不形部分有明顯的界線。它與滑移帶不同，同， Lders

51、 bond穿過了試樣橫截面穿過了試樣橫截面上的各個晶粒。它是一種宏觀可見皺上的各個晶粒。它是一種宏觀可見皺紋，也稱表面桔皮，在沖壓產(chǎn)品中需紋，也稱表面桔皮，在沖壓產(chǎn)品中需避免。避免。 屈服現(xiàn)象機理屈服現(xiàn)象機理 溶質(zhì)原子與位錯之間的交互作用溶質(zhì)原子與位錯之間的交互作用(Cottrell氣團氣團)來解釋位錯來解釋位錯 的釘扎作用。位錯運動必須掙脫這氣團，因而所需應(yīng)力較的釘扎作用。位錯運動必須掙脫這氣團，因而所需應(yīng)力較 高高上屈服點；一旦掙脫氣團的釘扎后便能在較低應(yīng)力上屈服點；一旦掙脫氣團的釘扎后便能在較低應(yīng)力 下運動下運動下屈服點。下屈服點。 可動位錯密度很低之緣故可動位錯密度很低之緣故 材料塑性

52、變形的應(yīng)變速率材料塑性變形的應(yīng)變速率 與可動位錯密度與可動位錯密度 之間關(guān)系：之間關(guān)系： 由于塑性變形前由于塑性變形前 m較低，維持一定較低，維持一定 勢必要求勢必要求v ，即，即需要較大的應(yīng)力需要較大的應(yīng)力上屈服點，一旦變形開始后，位錯迅速上屈服點，一旦變形開始后，位錯迅速增殖增殖 m,為維持一定為維持一定 ，則必然，則必然v t t 下屈服點下屈服點pepepemvbmpe位錯的柏氏矢量位錯的柏氏矢量位錯運動的平均速度位錯運動的平均速度由試驗機夾頭的運動速度決定，由試驗機夾頭的運動速度決定，接近于恒值接近于恒值0)(mvtt應(yīng)力敏感系數(shù)應(yīng)力敏感系數(shù)位錯作單位速度位錯作單位速度運動所需應(yīng)力運

53、動所需應(yīng)力位錯受到有效切應(yīng)力位錯受到有效切應(yīng)力對具有明顯屈服現(xiàn)象的材料而言，對具有明顯屈服現(xiàn)象的材料而言，s ss ss屈服屈服塑變塑變卸載卸載拉伸拉伸無屈服現(xiàn)象無屈服現(xiàn)象 室溫停留幾天或室溫停留幾天或150 C時效時效 拉伸拉伸 屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象 而且上屈服點比原來升高，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效而且上屈服點比原來升高，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效 不難想象，此時屈服現(xiàn)象的重新產(chǎn)生是由于在室溫停不難想象，此時屈服現(xiàn)象的重新產(chǎn)生是由于在室溫停留或時效時溶質(zhì)原子（留或時效時溶質(zhì)原子（C、N）通過擴散重新聚集到位錯）通過擴散重新聚集到位錯附近，重新形成柯垂氣團之故。附近，重新形成柯垂氣團之故。 在生產(chǎn)中為避免在

54、生產(chǎn)中為避免Lders bond的產(chǎn)生，（致使工件表的產(chǎn)生，（致使工件表面失去平整與光滑）面失去平整與光滑） 盡量降低材料中雜質(zhì)元素的含量盡量降低材料中雜質(zhì)元素的含量 加入少量能與溶質(zhì)元素形成穩(wěn)定化合物的加入少量能與溶質(zhì)元素形成穩(wěn)定化合物的Me， 如如Al、V、Ti、Nb 在板材深沖變形前進行超過屈服伸長范圍的預(yù)變形在板材深沖變形前進行超過屈服伸長范圍的預(yù)變形3. 固溶強化固溶強化 SolidSolution Strengthening 溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子點陣畸變點陣畸變 溶質(zhì)含量溶質(zhì)含量固溶體合金的強度、硬度固溶體合金的強度、硬度而塑性、韌性而塑性、韌性 定量關(guān)系式：定量關(guān)系式：cdcdtt點

55、陣畸變引起臨點陣畸變引起臨界分切應(yīng)力增量界分切應(yīng)力增量baCAs20s常數(shù)常數(shù)溶質(zhì)原子百分數(shù)溶質(zhì)原子百分數(shù)柏氏矢量柏氏矢量溶劑點陣常數(shù)溶劑點陣常數(shù) 溶質(zhì)原子的濃度溶質(zhì)原子的濃度固溶強化因素固溶強化因素 rx/rm相差愈大相差愈大固溶強化固溶強化 間隙原子強化效果比置換原子的強間隙原子強化效果比置換原子的強 溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差愈大，固溶強化溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差愈大，固溶強化 效果愈顯著效果愈顯著固溶強化影響因素固溶強化影響因素多相合金除基體相外，存在第二相多相合金除基體相外，存在第二相 1. 聚合型合金的塑性變形聚合型合金的塑性變形 a）兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級且均為塑

56、性相，合金的變形決定于兩）兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級且均為塑性相，合金的變形決定于兩相的體積分數(shù)相的體積分數(shù) 若兩相應(yīng)變相等時，合金的平均流變應(yīng)力為若兩相應(yīng)變相等時，合金的平均流變應(yīng)力為2211efefe2211sssff121 ff f1 、f2 為兩相的體積分數(shù)為兩相的體積分數(shù)兩相應(yīng)力相等時，則合金的平均應(yīng)變?yōu)閮上鄳?yīng)力相等時，則合金的平均應(yīng)變?yōu)?這類合金在發(fā)生形變時，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，當較強這類合金在發(fā)生形變時，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，當較強相數(shù)量小時，則塑性變形基本上在較弱相中；只有當?shù)诙噍^強時，相數(shù)量小時，則塑性變形基本上在較弱相中；只有當?shù)诙噍^強時，且占有一定體積

57、分數(shù)（如且占有一定體積分數(shù)（如f20.3）才能起明顯的強化作用。）才能起明顯的強化作用。 （ ）b）一相為塑性相，另一相為脆性相時，則合金的機械性能在很大程度）一相為塑性相，另一相為脆性相時，則合金的機械性能在很大程度 上取決于硬脆相的存在數(shù)量及其形狀、大小和分布情況。上取決于硬脆相的存在數(shù)量及其形狀、大小和分布情況。 鋼中鋼中Fe3C存在數(shù)量和形貌就是明顯一例存在數(shù)量和形貌就是明顯一例2. 彌散分布型合金的變形彌散分布型合金的變形 當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相中時，將當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相中時，將會產(chǎn)生顯著的強化作用。會產(chǎn)生顯著的強化作用。 a）不可變形粒子的強

58、化作用）不可變形粒子的強化作用 當運動位錯與其相遇時，將受到粒子阻擋，位錯線當運動位錯與其相遇時，將受到粒子阻擋，位錯線繞著它發(fā)生彎曲，隨著外加應(yīng)力繞著它發(fā)生彎曲，隨著外加應(yīng)力，位錯線彎曲更劇，最，位錯線彎曲更劇，最后形成包圍著粒子的位錯環(huán)留下，而位錯線的其余部分則后形成包圍著粒子的位錯環(huán)留下，而位錯線的其余部分則越過粒子繼續(xù)運動。越過粒子繼續(xù)運動。 根據(jù)位錯理論可知，為使位錯彎曲所需的切應(yīng)力為：根據(jù)位錯理論可知，為使位錯彎曲所需的切應(yīng)力為：tGbRGb2位錯彎曲曲率半徑位錯彎曲曲率半徑粒子間距粒子間距當?shù)诙辔⒘Ｓ鷱浬⒓戳Ｗ娱g距當?shù)诙辔⒘Ｓ鷱浬⒓戳Ｗ娱g距l(xiāng) 強化作用強化作用沉淀硬化沉淀硬化

59、 Precipitation Hardeningb）可變形微粒的強化作用）可變形微粒的強化作用 位錯可切過微粒，使之隨同基體一起變形。位錯可切過微粒，使之隨同基體一起變形。強化機制：強化機制： 位錯切過粒子位錯切過粒子產(chǎn)生新的表面積產(chǎn)生新的表面積總界面能總界面能 當粒子為有序結(jié)構(gòu)時，位錯切過會打亂滑移面上下的有序排列，產(chǎn)生反當粒子為有序結(jié)構(gòu)時，位錯切過會打亂滑移面上下的有序排列，產(chǎn)生反相疇界相疇界總能量總能量 第二相粒子與基體的晶體點陣不同，位錯切過粒子后在其滑移面上引起第二相粒子與基體的晶體點陣不同，位錯切過粒子后在其滑移面上引起原子的錯排，需額外做功，給位錯運動帶來困難原子的錯排，需額外做

60、功，給位錯運動帶來困難 粒子周圍的彈性應(yīng)力場與位錯會產(chǎn)生交互作用，對位錯運動產(chǎn)生阻礙粒子周圍的彈性應(yīng)力場與位錯會產(chǎn)生交互作用，對位錯運動產(chǎn)生阻礙 基體與質(zhì)點滑移面取向并不一致，故切過后，必然產(chǎn)生一割階基體與質(zhì)點滑移面取向并不一致，故切過后，必然產(chǎn)生一割階阻力阻力 基體與質(zhì)點層錯能不同，當擴展位錯切過后，其寬度會發(fā)生變化，引起基體與質(zhì)點層錯能不同，當擴展位錯切過后，其寬度會發(fā)生變化，引起能量升高能量升高一一. 顯微組織變化顯微組織變化 1. 晶粒形狀變化晶粒形狀變化 纖維狀組織纖維狀組織強烈冷變形的特征強烈冷變形的特征 各向異性各向異性 2. 亞結(jié)構(gòu)變化亞結(jié)構(gòu)變化 胞狀亞結(jié)構(gòu)：變形晶粒是由許多胞