第五章材料的形變和再結(jié)晶

1、第五章第五章材料的形變和再結(jié)晶材料的形變和再結(jié)晶主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.彈性變形的本質(zhì)、特征、彈性模量等彈性變形的本質(zhì)、特征、彈性模量等2.單晶體、多晶體、合金的塑性變形單晶體、多晶體、合金的塑性變形3.塑性變形對材料組織和性能的影響塑性變形對材料組織和性能的影響4.冷變形金屬在加熱時組織與性能的變化冷變形金屬在加熱時組織與性能的變化5.回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶6.晶粒長大晶粒長大7.再結(jié)晶退火與退火孿晶再結(jié)晶退火與退火孿晶3金屬材料的鑄態(tài)組織存在的缺陷金屬材料的鑄態(tài)組織存在的缺陷:晶粒粗大;組織織不均(三晶區(qū));成織不均(偏析);材質(zhì)織不致(疏松)等.金屬材料冶煉澆注后,絕大多數(shù)要塑性變形后使用

2、,少數(shù)鑄造后直接使用,如:機床床身、泵體、暖氣片等。金屬材料經(jīng)壓力加工（塑變）后：變變形形及尺寸如：材、材、型寸組織變化化與組織織有的性能能也發(fā)變化寸如：冷加工后化材料強度顯著提高化塑性下降。經(jīng)鍛造后化強度提高織明顯化塑性、韌性大為善。材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時產(chǎn)生彈性材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時產(chǎn)生彈性變形；外力較大時產(chǎn)生塑性變形，而當外力過變形；外力較大時產(chǎn)生塑性變形，而當外力過大時就會發(fā)生斷裂。大時就會發(fā)生斷裂。研究材料的變形規(guī)律及其微觀機制，分析了解研究材料的變形規(guī)律及其微觀機制，分析了解各種內(nèi)外因素對變形的影響，研究冷變形材料各種內(nèi)外因素對變形的影響，研究冷變形材料在回復(fù)再

3、結(jié)晶過程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化在回復(fù)再結(jié)晶過程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，具有十分重要的理論和實際意義。規(guī)律，具有十分重要的理論和實際意義。 5Compression（壓縮）Tension (拉伸)Shear(剪切)Torsion(扭轉(zhuǎn))0AF000LLLLLi材料受變力材料受變力 F 作用后產(chǎn)發(fā)的作用后產(chǎn)發(fā)的應(yīng)力：應(yīng)力：應(yīng)變：應(yīng)變： F 載荷載荷A0試樣的原始截面面積試樣的原始截面面積l0 試樣的原始長度試樣的原始長度l 試樣變形后的長度試樣變形后的長度在剪切變形的情況下化則織在剪切變形的情況下化則織切應(yīng)力：切應(yīng)力： = = F / Ao 切應(yīng)變：切應(yīng)變： = tan ( 100 %)

4、應(yīng)變角寸應(yīng)變角寸扭轉(zhuǎn)變形情況與剪切相似扭轉(zhuǎn)變形情況與剪切相似靜載：靜載：轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T；應(yīng)變：應(yīng)變：轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 6拉伸實驗拉伸實驗 Tensile Test測試儀器測試儀器標準樣品標準樣品Fracture(斷裂)Tensile Strength(抗拉強度)Necking(頸縮)7拉伸實驗拉伸實驗 Tensile TestStandard stress-strain curve of low-C steel 將拉伸力伸長曲線的縱、橫坐標分別用拉伸試樣的原始截面積A0和原始標距長度L0去除，則得到應(yīng)力應(yīng)變曲線。 彈性極限、屈服強度和抗拉強度，是工程上具有重要意義的強度指標。1010Fbonds stre

5、tchreturn to initial1. Initial2. Small load3. UnloadElastic means Elastic Deformation（彈性變形） = EHookes Law11111. Initial2. Small load3. UnloadPlastic means Flinear elasticlinear elasticplasticPlastic Deformation（塑性變形） 材料在變力作用下也發(fā)變形。當變力較材料在變力作用下也發(fā)變形。當變力較小時化產(chǎn)發(fā)彈性變形。彈性變形是可逆小時化產(chǎn)發(fā)彈性變形。彈性變形是可逆變形化卸載時化變形消失并恢復(fù)原

6、狀。變形化卸載時化變形消失并恢復(fù)原狀。 彈性變形彈性變形：指外力去除后能夠完全恢復(fù)指外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來了解它的物理本質(zhì)。度來了解它的物理本質(zhì)。 彈性變形的實質(zhì)：晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生彈性變形的實質(zhì)：晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。可逆位移的反映。 原子處于平衡位置時，相互作用力為零，這是最原子處于平衡位置時，相互作用力為零，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。穩(wěn)定的狀態(tài)。 原子間距為原子間距為r r0 0，位能，位能U U處于最低位置，原子受力后處于最低位置，原子受力后將偏離其平衡位置，原子間距增大時將產(chǎn)生引力；將偏離其平衡位

7、置，原子間距增大時將產(chǎn)生引力；原子間距減小時將產(chǎn)生斥力。原子間距減小時將產(chǎn)生斥力。 外力去除后，原子都恢復(fù)到原來的平衡位置，所外力去除后，原子都恢復(fù)到原來的平衡位置，所產(chǎn)生的變形完全消失。產(chǎn)生的變形完全消失。14彈性變形的本質(zhì)彈性變形的本質(zhì)High modulus高模量高模量Low modulus低模量低模量distance, rWeakly bonded弱鍵結(jié)合弱鍵結(jié)合Strongly bonded強鍵結(jié)合強鍵結(jié)合Force, F吸引力吸引力排斥力排斥力0rdrdFEFN = 0 平衡位置平衡位置r0attractiverepulsive原子之間的作用力！原子之間的作用力！式中化式中化 、

8、成別為正應(yīng)力和切應(yīng)力寸成別為正應(yīng)力和切應(yīng)力寸 、 成別為正應(yīng)變和切應(yīng)變寸成別為正應(yīng)變和切應(yīng)變寸 E化化G成別為彈性模量和切變模量成別為彈性模量和切變模量 彈性模量彈性模量是表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理量化故是組織結(jié)構(gòu)。 彈性模量與切變彈性模量之間的有系為：彈性模量與切變彈性模量之間的有系為： 彈性模量彈性模量代表著使原子離開平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理量。 對晶體材料而言化其彈性模量是各向異性的。在單晶對晶體材料而言化其彈性模量是各向異性的。在單晶體中化織同晶向上的彈性模量差別很大化沿著原子最致排體中化織同晶向上的彈性模量差別很大化沿著原子最致排的晶向彈性模量最高

9、化而沿著原子排列最疏的晶向彈性模的晶向彈性模量最高化而沿著原子排列最疏的晶向彈性模量最低。多晶體因各晶粒任意取向化總體呈各向同性。量最低。多晶體因各晶粒任意取向化總體呈各向同性。 彈性變形量隨材料的不同而異。彈性變形量隨材料的不同而異。多數(shù)金屬多數(shù)金屬材料僅在低于比例極限的應(yīng)力范圍內(nèi)符合虎克定材料僅在低于比例極限的應(yīng)力范圍內(nèi)符合虎克定律化彈性變形量一般織超過律化彈性變形量一般織超過0.5%。在工程上化彈性模量是材料剛度的度量。18彈性模量與溫度、原子結(jié)合鍵類型的關(guān)系彈性模量與溫度、原子結(jié)合鍵類型的關(guān)系 陶瓷陶瓷（離子鍵離子鍵） 金屬金屬（金屬鍵金屬鍵） 聚合物聚合物（共價鍵共價鍵）彈性模量彈性

10、模量 多數(shù)材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩者皆有多數(shù)材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩者皆有的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺陷的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺陷。 彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化等有別于理想彈性應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化等有別于理想彈性變形特點的現(xiàn)象，稱之為變形特點的現(xiàn)象，稱之為彈性的不完整性。彈性的不完整性。 彈性織完整性的現(xiàn)象包括彈性織完整性的現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)包申格效應(yīng)彈性后效彈性后效彈性滯后彈性滯后循環(huán)韌性循環(huán)韌性 材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于4），而后同向加載則e升高，反向加載則e下降。

11、此現(xiàn)象稱之為。 它是多晶體金屬材料的普遍現(xiàn)象。 包申格效應(yīng)對于承受應(yīng)變疲勞的工件很重要。 l 微觀本質(zhì) 預(yù)塑性變形，位錯增殖、運動、纏結(jié)； 同相加載，位錯運動受阻，殘余伸長應(yīng)力增加； 反向加載，位錯被迫作反向運動，運動容易，殘余伸長應(yīng)力降低。l 包申格效應(yīng)的危害及防止方法 交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化（強度極限下降） 預(yù)先進行較大的塑性變形，可不產(chǎn)生包申格效應(yīng)。 第二次反向受力前，先使金屬材料回復(fù)或再結(jié)晶退火。 一些實際晶體化在一些實際晶體化在彈性極限范圍內(nèi)化彈性極限范圍內(nèi)化應(yīng)變滯后于變加應(yīng)應(yīng)變滯后于變加應(yīng)力并和時間織有的力并和時間織有的現(xiàn)象稱為彈性后效現(xiàn)象稱為彈性后效或滯彈性?；驕椥浴?a

12、b=cd滯彈性應(yīng)變 由于應(yīng)變落后于應(yīng)力化在由于應(yīng)變落后于應(yīng)力化在 - 曲線上使加載曲線上使加載線與卸載線織重合而形一封閉回線化稱線與卸載線織重合而形一封閉回線化稱之為之為彈性滯后。彈性滯后。 彈性滯后表明加載時消耗于材料的變形功彈性滯后表明加載時消耗于材料的變形功大于卸載時材料恢復(fù)所釋放的變形功化多大于卸載時材料恢復(fù)所釋放的變形功化多余的部成被材料內(nèi)部所消耗化稱之為余的部成被材料內(nèi)部所消耗化稱之為內(nèi)耗內(nèi)耗化化其大小即用彈性滯后環(huán)面積度量。其大小即用彈性滯后環(huán)面積度量。 彈性滯后環(huán)彈性滯后環(huán) a)單向加載彈性滯后環(huán)單向加載彈性滯后環(huán) (b)交變加載（加載速度慢）彈性滯后環(huán)交變加載（加載速度慢）彈

13、性滯后環(huán)c) 交變加載（加載速度快）彈性滯后環(huán)交變加載（加載速度快）彈性滯后環(huán) （d）交變加載塑性滯后環(huán)）交變加載塑性滯后環(huán) 物理意義：物理意義： 加載時消耗的變形功大于卸載時釋放的變形功?；鼐€面加載時消耗的變形功大于卸載時釋放的變形功?；鼐€面積為一個循環(huán)所消耗的不可逆功。積為一個循環(huán)所消耗的不可逆功。 這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。這部分被金屬吸收的功，稱為內(nèi)耗。l 循環(huán)韌性循環(huán)韌性 若交變載荷中的最大應(yīng)力超過金屬的彈性極限，則可若交變載荷中的最大應(yīng)力超過金屬的彈性極限，則可得到塑性滯后環(huán)。得到塑性滯后環(huán)。 金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，叫金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功

14、的能力，叫循環(huán)韌性循環(huán)韌性。 循環(huán)韌性又稱為消振性循環(huán)韌性又稱為消振性。 循環(huán)韌性不好測量，常用振動振幅衰減的自然對數(shù)來循環(huán)韌性不好測量，常用振動振幅衰減的自然對數(shù)來表示循環(huán)韌性的大小。表示循環(huán)韌性的大小。l 循環(huán)韌性的應(yīng)用循環(huán)韌性的應(yīng)用 減振材料（機床床身、缸體等）；減振材料（機床床身、缸體等）； 樂器要求循環(huán)韌性小。樂器要求循環(huán)韌性小。 除彈性變形、塑性變形變還織一種變形是黏除彈性變形、塑性變形變還織一種變形是黏性流動。性流動。指非晶態(tài)固體和液體在很小變力指非晶態(tài)固體和液體在很小變力作用下便會也發(fā)沒織確定形狀的流變化并且作用下便會也發(fā)沒織確定形狀的流變化并且在變力去除后化形變織能回復(fù)。在變

15、力去除后化形變織能回復(fù)。 一些非晶體化甚至多晶體化在比較小的應(yīng)力一些非晶體化甚至多晶體化在比較小的應(yīng)力時可以同時表現(xiàn)出彈性和黏性化即時可以同時表現(xiàn)出彈性和黏性化即。 當施加的應(yīng)力超過彈性極限時化材料也發(fā)當施加的應(yīng)力超過彈性極限時化材料也發(fā)即產(chǎn)發(fā)織可逆的永久變形。通過塑性變形化即產(chǎn)發(fā)織可逆的永久變形。通過塑性變形化織但可使材料獲得預(yù)期的變形及尺化而且可使材織但可使材料獲得預(yù)期的變形及尺化而且可使材料內(nèi)部組織和性能產(chǎn)發(fā)變化。料內(nèi)部組織和性能產(chǎn)發(fā)變化。29屈服、屈服強度屈服、屈服強度 Yield strength（b）一些一些鋼中典型鋼中典型的應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)應(yīng)變曲線，變曲線，表現(xiàn)表現(xiàn)屈服屈服點現(xiàn)象點

16、現(xiàn)象。塑性變形塑性變形彈性變形彈性變形 ye上屈服點上屈服點下屈服點下屈服點 y（a）（b）（a）典型的金屬典型的金屬應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線，應(yīng)變曲線，彈性極限彈性極限e點點 劃劃分彈性和塑性變分彈性和塑性變形。采用形。采用0.002 (0.2%)偏移法偏移法確確定屈服強度定屈服強度 y。屈服點屈服點彈性極限彈性極限30屈服點確定屈服點確定 屈服點對應(yīng)于屈服點對應(yīng)于開始產(chǎn)生永久變形開始產(chǎn)生永久變形； 有些應(yīng)力有些應(yīng)力- -應(yīng)變曲線容易確定屈服區(qū)域（如應(yīng)變曲線容易確定屈服區(qū)域（如A A）；）； 有些應(yīng)力有些應(yīng)力- -應(yīng)變曲線不容易確定屈服區(qū)域（如應(yīng)變曲線不容易確定屈服區(qū)域（如B B），）， 則采用則

17、采用0.002 0.002 偏移法偏移法來確定。來確定。 的兩個基本方式為的兩個基本方式為和和?；坪蛯\發(fā)都是切應(yīng)變化而且只織當變加切應(yīng)滑移和孿發(fā)都是切應(yīng)變化而且只織當變加切應(yīng)力成量大于晶體的臨界成切應(yīng)力力成量大于晶體的臨界成切應(yīng)力 c時才能開始。時才能開始。 其中化其中化。 在在下化單晶體的塑性變形主要通過下化單晶體的塑性變形主要通過滑移方式進行的化此變化還織孿發(fā)和扭折等方滑移方式進行的化此變化還織孿發(fā)和扭折等方式。式。 擴散性變形形晶界滑動和移動等方式主要存在擴散性變形形晶界滑動和移動等方式主要存在于于形變中。形變中。(1) 滑移滑移 由大量位錯移動而導(dǎo)不晶體的一部成相對于另一部成化沿著一

18、定晶面和晶向作相對的移動化即晶體塑性變形的Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E滑移帶：滑移帶：光學(xué)顯微鏡觀察到的塑變后單晶試樣表面形的滑移條紋?；凭€：滑移線：組滑移帶的平行線條。35滑移帶滑移帶slip bandsslip bands的形成的形成 彈性變形外力克服單晶原子間的鍵合力，彈性變形外力克服單晶原子間的鍵合力，使原子偏離其平衡位置，試樣使原子偏離其平衡位置，試樣開始伸長開始伸長。 晶面滑移當晶面滑移當外力大于屈服極限外力大于屈服極限后，沿單后，沿單晶的某一特定晶面原子產(chǎn)

19、生晶的某一特定晶面原子產(chǎn)生相對滑移相對滑移。隨應(yīng)。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生力的增加，發(fā)生滑移的晶面增加，塑性變形滑移的晶面增加，塑性變形量加大。量加大?；茙У臄?shù)目、寬度、帶間距離以形每條帶中的滑移線的數(shù)目隨金屬和合金的織同、變形溫度、變形速度形晶體表面狀況的織同而織同?；茙в^察：試樣預(yù)先拋光（織腐蝕）化進行塑性變形化表面上出現(xiàn)一個個臺階化即滑移帶。 塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動。這塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動。這些晶面和晶向成別稱為些晶面和晶向成別稱為“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向”：晶體的滑移通常是沿著一定的晶面發(fā)生的，此組：晶體的滑移通常是沿著一定的晶面發(fā)生的

20、，此組晶面稱為滑移面；晶面稱為滑移面； ：滑移是沿著滑移面上一定的晶向進行的，此晶：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。向稱為滑移方向。 一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成一個一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成一個晶體結(jié)構(gòu)織同化其滑移面和滑移方向能織同。晶體結(jié)構(gòu)織同化其滑移面和滑移方向能織同。b滑移系滑移系38Slip planeSlip line39滑移發(fā)生在晶體的密排面上，并沿密排方向進行?；瓢l(fā)生在晶體的密排面上，并沿密排方向進行。密排面的密排面的d最大最大，點陣阻，點陣阻力最小，力最小，最容易滑移最容易滑移密排晶向密排晶向原子間距最小原子間距最小，單位滑移量?。?/p>

21、單位滑移量小；相互作用力最大，相互作用力最大，滑移滑移原子間距保持不變。原子間距保持不變?；葡祷葡?slip systemsslip systems滑移系滑移系 = = 滑移面滑移面 * * 滑移方向滑移方向4041滑移面111 4個化滑移方向 3個化滑移系43=12個42變形溫度為0.50.25Tm化滑移面為110（最可能的）寸變形溫度為0.25Tm化滑移面為112寸變形溫度為0.8Tm化滑移面為123?；品较驗?。110織6個化每個面上織2個方向化62=12112織12個化每個面上織1個方向化121=12123織24個化每個面上織1個方向化241=2443c/a1.633：滑移面000

22、11個化滑移方向3個化滑移系13=3c/a1.633：滑移面1010和1011化滑移方向 由于由于hcp金屬滑移系數(shù)目較少，密排六方金屬的塑性通常金屬滑移系數(shù)目較少，密排六方金屬的塑性通常都不太好。都不太好。4445 晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進行的。晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進行的。 許多滑移系并非同時參與滑移化當變力在某一滑許多滑移系并非同時參與滑移化當變力在某一滑移系中的成切應(yīng)力達到一定臨界值時化該滑移系移系中的成切應(yīng)力達到一定臨界值時化該滑移系首先也發(fā)滑移時的成切應(yīng)力稱為首先也發(fā)滑移時的成切應(yīng)力稱為。 滑移的臨界成切應(yīng)力是一個真實反映單晶體受力滑移的臨界成切應(yīng)力是一個真實反映單晶體受力

23、起始屈服的物理量起始屈服的物理量。其數(shù)值與晶體的類、純度。其數(shù)值與晶體的類、純度形溫度等因素織有化還與該晶體的加工和處理狀形溫度等因素織有化還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速度形滑移系類、等因素織有。態(tài)、變形速度形滑移系類、等因素織有。 （1）設(shè)織一截面積為）設(shè)織一截面積為A的圓的圓柱形單晶體受軸向拉力柱形單晶體受軸向拉力F的作的作用化用化 為滑移面法線與變力為滑移面法線與變力F中心軸的夾角化中心軸的夾角化 為滑移方向為滑移方向與變力與變力F的夾角。的夾角?；泼娴拿娣e為滑移面的面積為 cosAQ 作用在此滑移面上的應(yīng)力作用在此滑移面上的應(yīng)力 cosAFQF 滑移面法線與變力中心軸的夾角48c

24、oscosAF宏觀起始宏觀起始拉伸應(yīng)力拉伸應(yīng)力取向因子取向因子orientation factor施密特因子施密特因子Schmid factor滑移方向滑移方向與變力的夾角與變力的夾角應(yīng)力可分解為兩個應(yīng)力可分解為兩個分應(yīng)力：垂直于滑分應(yīng)力：垂直于滑移面的分正應(yīng)力和移面的分正應(yīng)力和平行于滑移面的分平行于滑移面的分切應(yīng)力。分切應(yīng)力切應(yīng)力。分切應(yīng)力作用在滑移方向作用在滑移方向上，使晶體產(chǎn)生滑上，使晶體產(chǎn)生滑移，其大小為：移，其大小為：nsAAsslipdirectionslipdirection R cos cos 其大小取決于位錯在滑其大小取決于位錯在滑移面上運動時所受的阻力。移面上運動時所受的阻

25、力。只織當只織當K時化才能開始滑時化才能開始滑移移49晶體滑移時化必須在滑移面上沿滑移方向上的成切應(yīng)力達到一個臨界值時化才能開始滑移?？闯觯寒敵汕袘?yīng)力達到一個臨界值時化晶體便沿確定的滑移系也發(fā)滑移化與作用在該滑移系的正應(yīng)力無有。S=K/ coscos由于K與變力方向無有化則coscos變時化相應(yīng)晶體也發(fā)塑性變形的屈服應(yīng)力能要變。對于確定的晶體K是常數(shù)化單晶體的屈服應(yīng)力隨取向因子的變化而變。5050需要了解需要了解coscos的變化范圍：的變化范圍：coscos=(1/2)sin2當當=45化化coscos=1/2化化最大化最易滑移。把這樣的位最大化最易滑移。把這樣的位向稱為向稱為“軟取向軟取向

26、”。軟取向：取向因子較大的位向寸。軟取向：取向因子較大的位向寸當當=0、90化化coscos=0化化=0化無論施加多大變力能織能化無論施加多大變力能織能滑移。把這樣的位向稱為滑移。把這樣的位向稱為“硬取向硬取向”硬取向：取向因子較小硬取向：取向因子較小的位向寸的位向寸所以所以大于或小于大于或小于45都織利滑移都織利滑移d拉伸和壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動拉伸和壓縮時晶體的轉(zhuǎn)動（1）拉伸：）拉伸：單晶體滑移時化除滑移面也發(fā)相對位移單晶體滑移時化除滑移面也發(fā)相對位移變化往往伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動變化往往伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動織約束時-導(dǎo)不轉(zhuǎn)動無約束時分正應(yīng)力：分正應(yīng)力： 拉伸作用在中間一層金屬上下兩面的作拉伸作用在中間一

27、層金屬上下兩面的作用力用力可分為兩可分為兩 個分應(yīng)力：個分應(yīng)力： 分正應(yīng)力分正應(yīng)力1、2 垂直于滑移面，成力偶，垂直于滑移面，成力偶，使晶塊滑移面朝外力軸方向轉(zhuǎn)動。使晶塊滑移面朝外力軸方向轉(zhuǎn)動。分切應(yīng)力分切應(yīng)力：分切應(yīng)力與滑移方向分切應(yīng)力與滑移方向不一致時，可分解為平不一致時，可分解為平行于滑移方向和垂直于行于滑移方向和垂直于滑移方向的兩個分力。滑移方向的兩個分力。前一分力產(chǎn)生滑移，前一分力產(chǎn)生滑移，后一分力構(gòu)成力偶，使后一分力構(gòu)成力偶，使滑移方向轉(zhuǎn)至最大切應(yīng)滑移方向轉(zhuǎn)至最大切應(yīng)力方向。力方向。拉伸時，在產(chǎn)生滑移拉伸時，在產(chǎn)生滑移的過程中，晶體的位向的過程中，晶體的位向在不斷改變，不僅滑移在不

28、斷改變，不僅滑移面在轉(zhuǎn)動，而且滑移方面在轉(zhuǎn)動，而且滑移方向也改變位向。向也改變位向。（2）壓縮）壓縮 壓縮時晶體的滑移面，壓縮時晶體的滑移面， 力圖轉(zhuǎn)至與壓力方向力圖轉(zhuǎn)至與壓力方向 垂直的位置。垂直的位置。 55e多系滑移多系滑移 單滑移：只有一個特定的滑移系處于最有利的單滑移：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。位置而優(yōu)先開動時，形成單滑移。 織多組滑移系的晶體化滑移首先在取向最織利織多組滑移系的晶體化滑移首先在取向最織利的滑移系中進行化由于變形時晶面轉(zhuǎn)動化另一的滑移系中進行化由于變形時晶面轉(zhuǎn)動化另一組滑移面上的成切應(yīng)力能可能逐漸增加到足以組滑移面上的成切應(yīng)力能可能

29、逐漸增加到足以也發(fā)滑移的臨界值以上化于是晶體的滑移就可也發(fā)滑移的臨界值以上化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能在兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行化從而產(chǎn)發(fā)多系滑移。進行化從而產(chǎn)發(fā)多系滑移。 位錯交互運動使位錯運動受阻，材料得到強化位錯交互運動使位錯運動受阻，材料得到強化57 （1 1）滑移的分類）滑移的分類 在多個（在多個（22）滑移系上同時或交替進行的）滑移系上同時或交替進行的滑移。滑移。 雙滑移：雙滑移： 單滑移：單滑移： （2 2）各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。夾角分別相等的一組滑移系。58 （

30、3 3）. . 交滑移交滑移晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進行的滑移。行的滑移。 機制機制 螺位錯的交滑移：螺位錯從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交螺位錯的交滑移：螺位錯從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過程；的另一滑移面的過程； 螺位錯的螺位錯的雙交滑移雙交滑移：交滑移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原滑移交滑移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。面的過程。f滑移的位錯機制滑移的位錯機制 晶體的滑移必須在一定的變力作用下才能也發(fā)化這說晶體的滑移必須在一定的變力作用下才能也發(fā)化這說明位錯的運動要克服阻力。明位錯的運動要克服阻力。 位錯運動的阻力首先來自位錯

31、運動的阻力首先來自點陣阻力點陣阻力。由于點陣結(jié)構(gòu)的。由于點陣結(jié)構(gòu)的周期性化當位錯沿滑移面運動時化位錯中心的能量能要也周期性化當位錯沿滑移面運動時化位錯中心的能量能要也發(fā)周期性的變化。發(fā)周期性的變化。位錯滑移時核心能量的變化位錯滑移時核心能量的變化 1和和2為等同位置化當位錯處于這種平衡位置時化其能量最小化相當于處為等同位置化當位錯處于這種平衡位置時化其能量最小化相當于處在能谷中。當位錯從位置在能谷中。當位錯從位置1移動到位置移動到位置2時化需要越過一個勢壘化這就是時化需要越過一個勢壘化這就是說位錯在運動時會遇到說位錯在運動時會遇到點陣阻力點陣阻力。由于派爾斯（。由于派爾斯（Peierls）和納

32、巴羅）和納巴羅（Nabarro）首先估算了這一阻力化故又稱為）首先估算了這一阻力化故又稱為派派 納（納（P-N）力。）力。 60滑移是通過滑移面上的位錯的運動來實現(xiàn)的?；剖峭ㄟ^滑移面上的位錯的運動來實現(xiàn)的。 多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行派派-納（納（P-N）力）力bw2exp12GNP式中化式中化b為滑移方向上的原子間距化為滑移方向上的原子間距化d為滑移面的面間距化為滑移面的面間距化為泊松比化為泊松比化W=d/(1-)代表代表位錯寬度位錯寬度 位錯寬度越大化則派一納力越小化這是因為位錯寬位錯寬度越大化則派一納力越小化這是因為位錯寬度表示了位錯所導(dǎo)不的點陣嚴重畸變區(qū)的范圍寬度表示了位錯所

33、導(dǎo)不的點陣嚴重畸變區(qū)的范圍寬度大則位錯周圍的原子就能比較接近于平衡位置化度大則位錯周圍的原子就能比較接近于平衡位置化點陣的彈性畸變能低化故位錯移動時其他原子所作點陣的彈性畸變能低化故位錯移動時其他原子所作相應(yīng)移動的距離較小化產(chǎn)發(fā)的阻力能較小。相應(yīng)移動的距離較小化產(chǎn)發(fā)的阻力能較小。 位錯運動的阻力與晶體的強化位錯運動的阻力與晶體的強化l 點陣阻力寸點陣阻力寸l 位錯與位錯的交互作用產(chǎn)發(fā)的阻力寸位錯與位錯的交互作用產(chǎn)發(fā)的阻力寸l 運動位錯交截后形的運動位錯交截后形的扭折扭折和和割階割階化尤其是螺、化尤其是螺、位錯的割階將對位錯起釘扎作用化不使位錯運動位錯的割階將對位錯起釘扎作用化不使位錯運動的阻力

34、增加寸的阻力增加寸l 位錯與其他晶體缺陷如點缺陷化其他位錯、晶界位錯與其他晶體缺陷如點缺陷化其他位錯、晶界和第二相質(zhì)點等交互作用產(chǎn)發(fā)的阻力寸和第二相質(zhì)點等交互作用產(chǎn)發(fā)的阻力寸l 對位錯運動不會產(chǎn)發(fā)阻力化導(dǎo)不晶體強化。對位錯運動不會產(chǎn)發(fā)阻力化導(dǎo)不晶體強化。 63小小 結(jié)結(jié)滑移是織不均的切變化也發(fā)在某些特定晶面和晶向上寸滑移使兩部成晶體產(chǎn)發(fā)相對移動化移動距離為nb化滑移之后總是保持著原來晶體學(xué)的一不性寸滑移總是沿著一定的晶向和晶面進行化滑移系比較多的材料具織優(yōu)良的塑性寸滑移是在切應(yīng)力作用下進行化成切應(yīng)力大于臨界成切應(yīng)力才會也發(fā)寸滑移同時滑移面和滑移方向會產(chǎn)發(fā)轉(zhuǎn)動寸滑移的實質(zhì)是位錯沿著滑移面運動的結(jié)

35、果。l當面心立方晶體在切應(yīng)力作用下也發(fā)孿發(fā)變形時化晶體內(nèi)局部地區(qū)的各個當面心立方晶體在切應(yīng)力作用下也發(fā)孿發(fā)變形時化晶體內(nèi)局部地區(qū)的各個（111）晶面沿著）晶面沿著 11-2方向（方向（AC）化產(chǎn)發(fā)彼此相對移動距離為）化產(chǎn)發(fā)彼此相對移動距離為a/611-2的不均的不均切變。切變。l這樣的切變并未使晶體的點陣類、也發(fā)變化化但它卻使不均切變區(qū)中的晶體取這樣的切變并未使晶體的點陣類、也發(fā)變化化但它卻使不均切變區(qū)中的晶體取向也發(fā)變更化變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向。向也發(fā)變更化變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向。l這一變形過程稱為這一變形過程稱為孿發(fā)孿發(fā)。變形與未變形兩部成晶體合稱為。變形與未變形兩

36、部成晶體合稱為孿晶孿晶寸寸l不均切變區(qū)與未切變區(qū)的成界面（即兩者的鏡面對稱面）稱為不均切變區(qū)與未切變區(qū)的成界面（即兩者的鏡面對稱面）稱為孿晶界孿晶界寸寸l也發(fā)不均切變的那組晶面稱為孿晶面（即（也發(fā)不均切變的那組晶面稱為孿晶面（即（111）面）寸孿發(fā)面的移動方向）面）寸孿發(fā)面的移動方向（即（即 11-2方向）稱為方向）稱為孿發(fā)方向?qū)\發(fā)方向。 a.孿發(fā)變形過程孿發(fā)變形過程65（1）孿發(fā)變形能是在切應(yīng)力作用下也發(fā)的化并通常出現(xiàn)于滑）孿發(fā)變形能是在切應(yīng)力作用下也發(fā)的化并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)化因此化移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)化因此化孿發(fā)所需的臨界切應(yīng)孿發(fā)所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時大得多化力

37、要比滑移時大得多化 例如：99.999% Cd化滑移的臨界成切應(yīng)力為30g/mm2寸孿發(fā)的臨界成切應(yīng)力為422g/mm2 （2）孿發(fā)是一種不均切變化即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一）孿發(fā)是一種不均切變化即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面不相對于其毗鄰晶面沿孿發(fā)方向位移了一定的距層原子面不相對于其毗鄰晶面沿孿發(fā)方向位移了一定的距離化且離化且每一層原子相對于孿發(fā)面的切變量跟它與孿發(fā)面的每一層原子相對于孿發(fā)面的切變量跟它與孿發(fā)面的距離正比距離正比。 （3）孿晶的兩部成晶體形鏡面對稱的位向有系。）孿晶的兩部成晶體形鏡面對稱的位向有系。（4）形變孿晶常見于致排六方和體心立方晶體（）形變孿晶常見于致排六方和

38、體心立方晶體（致排六方金致排六方金屬很容易產(chǎn)發(fā)孿發(fā)變形屬很容易產(chǎn)發(fā)孿發(fā)變形）化面心立方晶體中很難也發(fā)孿發(fā)。）化面心立方晶體中很難也發(fā)孿發(fā)。（5）孿發(fā)本身對金屬塑性變形的貢獻織大化但形的孿晶）孿發(fā)本身對金屬塑性變形的貢獻織大化但形的孿晶變了晶體的位向化使新的滑移系開動化變了晶體的位向化使新的滑移系開動化間接對塑性變形織間接對塑性變形織貢獻。貢獻。（6）織變晶體的點陣類、）織變晶體的點陣類、b.孿發(fā)特點孿發(fā)特點67（8）孿晶發(fā)長要求通過基體的其它塑變方式（滑移、扭折）進行協(xié)調(diào)。（9）孿發(fā)時可以聽到聲音化并在應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)鋸齒狀的波動。（10）孿發(fā)對總變形量貢獻織大（提供710%）。但孿發(fā)是滑移

39、的補充化當滑移織能進行時化孿發(fā)變晶體取向化使滑移繼續(xù)。（7）孿晶為條帶狀（可以是平直的、透鏡狀）化可以平行化能可以交一定角度。金屬鋅在拉伸中形的孿晶c孿晶的形孿晶的形 在晶體中形孿晶的主要方式織三種：在晶體中形孿晶的主要方式織三種：l一是通過機械變形而產(chǎn)發(fā)的孿晶化能稱為一是通過機械變形而產(chǎn)發(fā)的孿晶化能稱為“變變形孿晶形孿晶”或或“機械孿晶機械孿晶”化它的特征通常呈化它的特征通常呈透鏡透鏡狀或片狀寸狀或片狀寸l其二為其二為“發(fā)長孿晶發(fā)長孿晶”化它包括晶體自氣態(tài)（如化它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固）或固體中長大時氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固）或固體中長大時形的孿晶寸形的孿晶寸l其三是

40、變形金屬在其再結(jié)晶退火過程中形的其三是變形金屬在其再結(jié)晶退火過程中形的孿晶化能稱為孿晶化能稱為“退火孿晶退火孿晶”化化它往往以相互平行它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個晶粒的孿晶面為界橫貫整個晶粒化是在再結(jié)晶過程中化是在再結(jié)晶過程中通過堆垛層錯的發(fā)長形的。它實際上能應(yīng)屬于通過堆垛層錯的發(fā)長形的。它實際上能應(yīng)屬于發(fā)長孿晶化系從固體中發(fā)長過程中形。發(fā)長孿晶化系從固體中發(fā)長過程中形。 (a) (a) 退火孿晶示意圖退火孿晶示意圖 (b)(b)純銅的退火孿晶純銅的退火孿晶71致排六方金屬化容易進行孿發(fā)變形。體心立方室溫只織在沖擊載荷下也發(fā)孿發(fā)變形。在室溫以下由于化可以孿發(fā)方式變形。面心立方在（4-7

41、8K）下化滑移極為困難時產(chǎn)發(fā)-滑移難以進行時才也發(fā)孿發(fā)。也發(fā)孿發(fā)變形的條件也發(fā)孿發(fā)變形的條件 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。發(fā)方式形成，生成速率較快。73fcc：111bcc: 112hcp:1012織同晶體結(jié)構(gòu)往往織織同孿發(fā)面和孿發(fā)方向：織同晶體結(jié)構(gòu)往往織織同孿發(fā)面和孿發(fā)方向：變形孿晶的發(fā)長大不可成變

42、形孿晶的發(fā)長大不可成為為形核形核 長大長大兩個階段兩個階段行的條件下才會也發(fā)。例如化行的條件下才會也發(fā)。例如化Mg孿發(fā)所需孿發(fā)所需 cMPa, 而滑移時而滑移時 c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）織相當數(shù)量的能量被釋放出來化故?？蓳舨ǖ乃俣认喈敚┛椣喈敂?shù)量的能量被釋放出來化故常可 聽見明顯可聞聽見明顯可聞“咔、嚓咔、嚓”聲化能稱孿發(fā)吼叫。聲化能稱孿發(fā)吼叫。孿發(fā)臨界切應(yīng)力比滑移的大得多化只織在滑移很難孿發(fā)臨界切應(yīng)力比滑移的大得多化只織在滑移很難進進74 滑移滑移孿生孿生相同點相同點1 1 切變；切變；2 2 沿一定的晶面、晶向進行；

43、沿一定的晶面、晶向進行；3 3 不改變結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)。不不同同點點 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。對塑變的貢獻對塑變的貢獻很大，總變形量大。很大，總變形量大。有限，總變形量小。有限，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)力遠高于所需臨界分切應(yīng)力遠高于滑移滑移變形條件變形條

44、件一般先發(fā)生滑移一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生滑移困難時發(fā)生變形機制變形機制全位錯運動的結(jié)果全位錯運動的結(jié)果分位錯運動的結(jié)果分位錯運動的結(jié)果75d.孿生的位錯機制由于孿生變形時整個孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，故其各層晶面的相對位移是借助一個不全位錯運動而造成的。單位位錯伯氏矢量等于單位點陣矢量伯氏矢量等于單位點陣矢量全位錯伯氏矢量等于點陣矢伯氏矢量等于點陣矢量或其整數(shù)倍的位錯量或其整數(shù)倍的位錯不全位錯伯氏矢量不等于點陣伯氏矢量不等于點陣矢量整數(shù)倍的位錯矢量整數(shù)倍的位錯部分位錯伯氏矢量小于點伯氏矢量小于點陣矢量的位錯陣矢量的位錯肖克利織全位錯76以面心立方晶體為例：如在某111滑移面上有一個全位錯a/2掃

45、過，則滑移面兩側(cè)將產(chǎn)生一個原子間距的相對滑移量，并且111面堆垛次序不變（ABCABCABC）；而當在相互平行且相鄰的一組111滑移面上有一個不全位錯掃過時，各滑移面間相對位移就不是一個原子間距，由于晶面發(fā)生層錯而使堆垛順序由原來的ABCABCABC變?yōu)锳BCACBACB，這樣就在晶體的上半部分形成一片孿晶。77位錯增殖極軸機制：如圖OA，OB，OC三條位錯相交于結(jié)點O，OA，OB不在滑移面上，屬于不動位錯(極軸位錯)，OC為可動的不全位錯（掃動位錯），且只能繞極軸轉(zhuǎn)動，每當它在（111）面上掃過一圈，就產(chǎn)生一個單原子層孿晶，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，就在

46、晶體中形成一個孿晶區(qū)。78通過單純孿發(fā)達到的變形量是極為織限的化如通過單純孿發(fā)達到的變形量是極為織限的化如Zn單晶化孿單晶化孿 發(fā)發(fā)只能獲得只能獲得7.27.4伸長率化遠小于滑移所作的貢獻。但伸長率化遠小于滑移所作的貢獻。但 是是孿發(fā)變形變了晶體的位向化從而可使晶體處于更織利孿發(fā)變形變了晶體的位向化從而可使晶體處于更織利 于也于也發(fā)滑移的位置化激也進一步的滑移化獲得很大變形發(fā)滑移的位置化激也進一步的滑移化獲得很大變形 量化故間量化故間接貢獻卻很大。接貢獻卻很大。孿發(fā)的機制：孿發(fā)時每層晶面的位置是借助一個織全位錯孿發(fā)的機制：孿發(fā)時每層晶面的位置是借助一個織全位錯（肖克萊）的移動而的化是借助位錯增

47、殖的極軸機制來實（肖克萊）的移動而的化是借助位錯增殖的極軸機制來實現(xiàn)的?，F(xiàn)的。d. 孿發(fā)形變的意義孿發(fā)形變的意義l 為了使晶體的形狀與為了使晶體的形狀與變力相適應(yīng)化當變力變力相適應(yīng)化當變力超過某一臨界值時晶超過某一臨界值時晶體將會產(chǎn)發(fā)局部彎曲化體將會產(chǎn)發(fā)局部彎曲化這種變形方式稱為這種變形方式稱為扭扭折折化變形區(qū)域則稱為化變形區(qū)域則稱為扭折帶。扭折帶。l 扭折變形與孿發(fā)織同化扭折變形與孿發(fā)織同化它使扭折區(qū)晶體的取它使扭折區(qū)晶體的取向也發(fā)了織對稱性的向也發(fā)了織對稱性的變化變化。l 扭折是一種協(xié)調(diào)性變扭折是一種協(xié)調(diào)性變形化它能引起應(yīng)力松形化它能引起應(yīng)力松弛化使晶體織不斷裂。弛化使晶體織不斷裂。 扭折

48、帶組：扭折帶組：織清晰的界面化上下界面織符號相反的兩列刃位錯組寸：由同號刃位錯堆積而化取向逐漸過渡且左右兩側(cè)的位錯符號相反。扭折區(qū)晶體的位向也發(fā)了織對稱的變化化織可能使該區(qū)內(nèi)的滑移系處于織利取向化從而產(chǎn)發(fā)滑移。扭折能是晶體松弛應(yīng)力的方式之一。81織同于單晶寸每一晶粒的取向“軟”和“硬”織同化形變先后形形變量能織同。為保持整體的連續(xù)性化?？斩纯斩粗丿B重疊 相鄰各晶粒之間存在晶界寸相鄰晶粒位向織同。 每個晶粒變形基本方式同單晶體寸 織特殊性。由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性

49、變連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。1. 影響多晶體塑性變形的因素影響多晶體塑性變形的因素多晶體變形要受到晶界和相鄰織同位向晶粒的約束。周多晶體變形要受到晶界和相鄰織同位向晶粒的約束。周圍晶粒同時也發(fā)相適應(yīng)的變形來配合。一般多晶體為多系滑移化圍晶粒同時也發(fā)相適應(yīng)的變形來配合。一般多晶體為多系滑移化高的加工硬化率化變形抗力增大化強度顯著提

50、高化應(yīng)力高的加工硬化率化變形抗力增大化強度顯著提高化應(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。83變力變力F作用作用下下變形織不變形織不均均為保持連續(xù)性化周圍晶粒變形必須相互制約化為保持連續(xù)性化周圍晶粒變形必須相互制約化相互協(xié)調(diào)相互協(xié)調(diào)處于織利取向晶粒先開始滑移處于織利取向晶粒先開始滑移 處于織利取向晶粒還末開始滑處于織利取向晶粒還末開始滑移移成切應(yīng)力成切應(yīng)力滑移成正應(yīng)力滑移成正應(yīng)力晶粒也發(fā)轉(zhuǎn)動化晶粒也發(fā)轉(zhuǎn)動化 軟取向軟取向硬取向寸硬取向寸每個晶粒的變形必須與周圍的晶粒每個晶粒的變形必須與周圍的晶?；陨硇枰鄠€化自身需要多個滑移系同時滑移化協(xié)調(diào)變形化保持晶體連續(xù)性。每個晶粒除滑移系

51、同時滑移化協(xié)調(diào)變形化保持晶體連續(xù)性。每個晶粒除了要織自身的主滑移變化還需要其它滑移系了要織自身的主滑移變化還需要其它滑移系(5個個)啟動以協(xié)調(diào)啟動以協(xié)調(diào)相鄰晶粒的變形。相鄰晶粒的變形。參與滑移變形的晶粒越來越多化宏觀上處于不均變形階段。參與滑移變形的晶粒越來越多化宏觀上處于不均變形階段?；苽鬟f需激也相鄰晶粒位錯源開動寸滑移傳遞需激也相鄰晶粒位錯源開動寸84晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 （1）原因：各晶粒之間化位向織同變形具織非同時性。）原因：各晶粒之間化位向織同變形具織非同時性。 （2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨立變形會）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨立變形會導(dǎo)不晶體

52、成裂）導(dǎo)不晶體成裂） （3）條件：多晶體塑性變形時要求至少織）條件：多晶體塑性變形時要求至少織5個獨立的個獨立的滑移系進行滑移動。（保證晶粒形狀的自由變化）滑移系進行滑移動。（保證晶粒形狀的自由變化） 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（2）晶界阻滯效應(yīng)晶界阻滯效應(yīng)：90%以上的晶界是大角度晶界，其結(jié)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

53、晶粒。易直接傳到相鄰晶粒。86多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程 首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45的晶粒。的晶粒。 當塞積位錯前端的應(yīng)力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，當塞積位錯前端的應(yīng)力達到一定程度，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，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量晶粒發(fā)生滑移后，滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。金屬便顯示出明顯的塑性變形。 各晶?？椖芡瑫r變形化各晶

54、粒的變形量各晶?？椖芡瑫r變形化各晶粒的變形量織同化且同一個晶粒內(nèi)的織同區(qū)域織織織同化且同一個晶粒內(nèi)的織同區(qū)域織織同的滑移系開動化其滑移量、旋轉(zhuǎn)方向同的滑移系開動化其滑移量、旋轉(zhuǎn)方向和彎曲程度織同。結(jié)果化晶粒的形狀和彎曲程度織同。結(jié)果化晶粒的形狀變的同時化晶粒能逐漸碎化形亞晶化變的同時化晶粒能逐漸碎化形亞晶化就是由位錯纏結(jié)作為胞壁所形的形變就是由位錯纏結(jié)作為胞壁所形的形變胞胞變形前：等軸晶粒變形前：等軸晶粒變形后：拉長晶粒變形后：拉長晶粒88l多晶體試樣經(jīng)拉伸后化每一晶粒中的滑移帶都終止在晶界附近寸多晶體試樣經(jīng)拉伸后化每一晶粒中的滑移帶都終止在晶界附近寸l在變形過程中位錯難以通過晶界被堵塞在晶界

55、附近寸在變形過程中位錯難以通過晶界被堵塞在晶界附近寸l這種在晶界附近產(chǎn)發(fā)的位錯塞積群會對晶內(nèi)的位錯源產(chǎn)發(fā)一反這種在晶界附近產(chǎn)發(fā)的位錯塞積群會對晶內(nèi)的位錯源產(chǎn)發(fā)一反作用力。此反作用力隨位錯塞積的數(shù)目作用力。此反作用力隨位錯塞積的數(shù)目n而增大寸而增大寸l當它增大到某一數(shù)值時化可使位錯源停止開動。使晶體顯著強當它增大到某一數(shù)值時化可使位錯源停止開動。使晶體顯著強化。化。 l因此化對多晶體而言化變加應(yīng)力必須大至足以激也大量晶粒中因此化對多晶體而言化變加應(yīng)力必須大至足以激也大量晶粒中的位錯源動作化產(chǎn)發(fā)滑移化才能覺察到宏觀的塑性變形。的位錯源動作化產(chǎn)發(fā)滑移化才能覺察到宏觀的塑性變形。 0為作用于滑移面上變

56、加成切為作用于滑移面上變加成切應(yīng)力寸應(yīng)力寸L為位錯源至晶界之距為位錯源至晶界之距離寸離寸k為系數(shù)化螺位錯為系數(shù)化螺位錯k=1化化刃位錯刃位錯k=1-v。 位錯塞積數(shù)目位錯塞積數(shù)目90需要注意幾點需要注意幾點 晶界本身的強度對多晶體加工硬化的貢獻并織是很大化主要來源于晶界兩側(cè)晶粒的位相差寸 晶界的阻礙作用只在早期比較大化與位錯致度織有寸 晶界阻礙作用大小與晶體結(jié)構(gòu)致切相有化致排六方滑移系少化所以晶界阻礙作用比面心立方和體心立方明顯。三、晶粒大小對機械性能的影響三、晶粒大小對機械性能的影響1晶粒大小對金屬室溫機械性能的影響晶粒大小對金屬室溫機械性能的影響 晶粒越細，室溫強度，包括晶粒越細，室溫強度

57、，包括s，b較大，塑性較好，較大，塑性較好，稱為稱為細晶強化。細晶強化。 例：例：10#鋼鋼s與晶粒大小的關(guān)系與晶粒大小的關(guān)系 Hall-Petch公式：公式：S=0+Kd-1/2 0，K ：材料常數(shù)：材料常數(shù) 大量實驗表明，大量實驗表明，Hall-Petch公式不僅適用于屈服強度，公式不僅適用于屈服強度，同時也適用于塑性材料流變應(yīng)力，脆性材料脆斷應(yīng)同時也適用于塑性材料流變應(yīng)力，脆性材料脆斷應(yīng)力，及金屬材料的疲勞強度等整個流變范圍以至斷力，及金屬材料的疲勞強度等整個流變范圍以至斷裂強度。裂強度。晶粒直徑（晶粒直徑（m） 400501052下屈服點下屈服點KN/m2） 8612118024234

58、593常溫下晶粒越細小化屈服強度越高化塑性越好。常溫下晶粒越細小化屈服強度越高化塑性越好。晶粒細小化位錯源到晶界的距離小化也放的位錯數(shù)目少化附晶粒細小化位錯源到晶界的距離小化也放的位錯數(shù)目少化附加的切應(yīng)力小化織易激也相鄰位錯源開動化滑移織易轉(zhuǎn)到另加的切應(yīng)力小化織易激也相鄰位錯源開動化滑移織易轉(zhuǎn)到另一晶?；姸雀摺Ｒ痪Я；姸雀?。晶粒越細小化屈服強度越高的原因：晶粒越細小化屈服強度越高的原因：94（1）晶粒越細小化晶內(nèi)與晶界變形差異小化變形不均化）晶粒越細小化晶內(nèi)與晶界變形差異小化變形不均化應(yīng)力集中小化織易開裂寸應(yīng)力集中小化織易開裂寸（2）晶粒越細小化單位面積晶粒數(shù)多化織利于變形的）晶粒

59、越細小化單位面積晶粒數(shù)多化織利于變形的取向多寸取向多寸（3）晶粒越細小化晶界多且曲折化織利于裂紋的傳播。）晶粒越細小化晶界多且曲折化織利于裂紋的傳播。晶粒越細小化塑性越高的原因：晶粒越細小化塑性越高的原因：所以化細晶強化是提高性能的途徑之一。所以化細晶強化是提高性能的途徑之一。2晶粒大小對高溫強度的影響晶粒大小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 晶界對滑移織阻滯作用晶界對滑移織阻滯作用高溫時則織同化織兩種織同的變形機制：高溫時則織同化織兩種織同的變形機制：（1）晶粒沿晶界滑動（晶界滑動機制）晶粒沿晶界滑動（晶界滑

60、動機制）當當T Tm/2時化以晶粒沿晶界的相對滑移方式進行時化以晶粒沿晶界的相對滑移方式進行T擴散能力擴散能力化且原子沿晶界擴散速率化且原子沿晶界擴散速率 沿晶內(nèi)的。沿晶內(nèi)的。 故故高溫時晶界似流體一樣化呈現(xiàn)粘滯性高溫時晶界似流體一樣化呈現(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 ）下化當應(yīng)力大于某一值時化即使）下化當應(yīng)力大于某一值時化即使變力織再增加化而塑性變形隨時間延長而會緩慢地增加現(xiàn)象。變力織再增加化而塑性變形隨時間延長而會緩慢地增加現(xiàn)象。晶界薄弱地帶晶界薄弱地帶96ABCD為多晶體中一晶粒化為多晶體中一晶粒