形變和斷裂講稿課件

形變和斷裂課件形變和斷裂課件1第8章形變與斷裂8.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂8.1力學(xué)性能概述8.1力學(xué)性能概述3材料的強(qiáng)度和塑性是兩個重要的力學(xué)性能，它決定了零構(gòu)件的加工成形的工藝性能，同時又是零構(gòu)件的重要使用性能。材料的力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)敏感的，它和材料的組織和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，如晶體缺陷密度。

研究金屬形變的意義：deformation8.1力學(xué)性能概述3研究金屬形變的意義：deformat8.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念48.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念（Stress&Strain）

若體系平衡，內(nèi)部需保持平衡，體系與環(huán)境也要求平衡。

如果環(huán)境改變，體系則作出響應(yīng)。應(yīng)力/應(yīng)變8.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念48.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念（一.應(yīng)力與應(yīng)力場5圖8-1應(yīng)力狀態(tài)正應(yīng)力切應(yīng)力正應(yīng)變切應(yīng)變應(yīng)力場

一.應(yīng)力與應(yīng)力場5圖8-1應(yīng)力狀態(tài)正應(yīng)力切應(yīng)力正應(yīng)變二.應(yīng)力的分解★6Material圖8-2應(yīng)力的分解Schmid取向因子A：截面積F：拉力σ：棒內(nèi)均勻的正應(yīng)力

τ：作用在滑移面的切應(yīng)力二.應(yīng)力的分解★6Material圖8-2應(yīng)力的分解三.應(yīng)力－應(yīng)變曲線(σ－ε)

7應(yīng)力為施加的外力除以試棒的截面積應(yīng)變?yōu)槔烨昂笤嚢粲行чL度的相對變化

圖8-3工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸強(qiáng)度→C屈服強(qiáng)度→B彈性極限→A真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線三.應(yīng)力－應(yīng)變曲線(σ－ε)7應(yīng)力為施加的外力除以試棒的8.1.2本構(gòu)方程8溫度一定時，應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的關(guān)系稱為本構(gòu)方程（constitutiveequation）一.本構(gòu)方程的一般形式二.本構(gòu)方程的特殊形式對于切應(yīng)力與切應(yīng)變對于正應(yīng)力與正應(yīng)變虎克彈性體(或線彈性體)1.虎克定律8.1.2本構(gòu)方程8溫度一定時，應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的1.廣義虎克定律9矩陣形式彈性常數(shù)1.廣義虎克定律9矩陣形式彈性常數(shù)立方系單晶體廣義虎克定律10立方系單晶體廣義虎克定律102.牛頓粘性定律11圖8-4麥克斯韋模型低粘度液體：牛頓粘性體3.麥克斯韋模型虎克彈性體+牛頓粘性體=粘彈性體麥克斯韋蠕變方程應(yīng)力松弛方程為松弛常數(shù)其中2.牛頓粘性定律11圖8-4麥克斯韋模型低粘度液體：牛頓粘4.開爾文模型12圖8-5開爾文模型兩個元件上的應(yīng)變相等，而總應(yīng)力是兩者之和開爾文蠕變方程應(yīng)變松弛方程4.開爾文模型12圖8-5開爾文模型兩個元件上的應(yīng)變相等，8.1.3變形的分類131.可逆變形

變形：內(nèi)部原子位置的相對變化+材料外形的變化2.不可逆變形

塑性變形粘性變形3.斷裂

8.1.3變形的分類131.可逆變形變形：內(nèi)部原子位第8章形變與斷裂148.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂148.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素15一.點陣原子的可逆位移二.間隙原子的可逆位移三.位錯的可逆位移四.高分子鏈結(jié)構(gòu)的可逆位移8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素15一.點陣原子的可逆8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：點陣原子的可逆位移16

如果應(yīng)力不是很大，點陣原子的位移遠(yuǎn)小于原子間距，此時如撤銷應(yīng)力，點陣原子能立刻恢復(fù)到原來的位置。受力之前力學(xué)平衡狀態(tài)受力之后趨向建立新的平衡，因此點陣原子產(chǎn)生位移8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：點陣原子的可逆位移16 如果8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：間隙原子的可逆位移★17彈性后效（滯彈性）圖8-6碳在α-Fe中的短程擴(kuò)散圖8-7彈性后效示意圖三類八面體8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：間隙原子的可逆位移★17彈三元件粘彈模型18(1)總應(yīng)變是兩部之和圖8-8三元件粘彈模型(2)對模量為E2的彈性元件(3)對開爾文模型Material1.在t=0時施加恒定應(yīng)力σ0并一直保持三元件粘彈模型蠕變方程2.在σ0作用達(dá)到平衡后，突然撤銷應(yīng)力σ0三元件粘彈模型應(yīng)變松弛方程三元件粘彈模型18(1)總應(yīng)變是兩部之和圖8-8三元件粘8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：位錯的可逆運動19位錯在外力作用下弓出呈弧線當(dāng)外應(yīng)力撤銷后，位錯發(fā)生可逆運動，即恢復(fù)到直線狀態(tài)圖8-9位錯弧可逆運動

8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：位錯的可逆運動19位錯在外8.2.2

彈性變形的影響因素20一.晶體結(jié)構(gòu)與點陣常數(shù)對沒有位錯的單晶體，晶體結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)決定了最大彈性變形。二.位錯三.變形方式四.溫度當(dāng)單晶體中有位錯時，最大彈性變形會大為降低無位錯單晶體的最大彈性正應(yīng)變<<

最大彈性切應(yīng)變溫度影響位錯的活性，溫度的增加會降低最大彈性變形P108.2.2彈性變形的影響因素20一.晶體結(jié)構(gòu)與點陣常數(shù)對沒第8章形變與斷裂218.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂218.1力學(xué)性能概述8.3塑性變形的微觀機(jī)制22一.理想單晶體8.3.1單晶體的塑性變形圖8-10理想晶體中的周期勢壘當(dāng)CD面處于平衡位置時“谷底”

當(dāng)CD面向右移動從而偏離平衡位置時“山峰”

位錯滑移的應(yīng)力條件結(jié)合能使晶面兩側(cè)原子間的金屬鍵全部斷裂，才能發(fā)生滑移→塑性變形切變模量8.3塑性變形的微觀機(jī)制22一.理想單晶體8.3.1單8.3.1單晶體的塑性變形★23二.有位錯的單晶體圖8-11位錯附近的勢壘以簡單立方晶體為例，設(shè)刃位錯線平行于x軸當(dāng)存在刃位錯時，即使不施加應(yīng)力，滑移面(CD面)上每一個原子的環(huán)境也是不同的，離位錯線越近的原子的結(jié)合能越高

在不受力的情況下,原子處于平衡狀態(tài)施加外力時，CD面上每個原子作出的反應(yīng)不同使刃位錯產(chǎn)生不可逆位移(即滑移)的最小切應(yīng)力(也稱派-納力)

只要使位錯線中心的一列原子間金屬鍵斷裂，就能發(fā)生滑移→塑性變形8.3.1單晶體的塑性變形★23二.有位錯的單晶體圖8-★派-納力τp

24（1）離子晶體和共價晶體的W較小、μ較大，因此派-納力很高（2）螺位錯的W小于刃位錯，因此螺位錯派-納力較高，其可動性不如刃位錯τp是材料所固有的，它不隨外應(yīng)力變化

位錯滑移的應(yīng)力條件

當(dāng)滿足(實際分解到某一晶面某一方向的切應(yīng)力)＞

(該晶面該方向的派-納力)時,刃位錯產(chǎn)生不可逆位移,繼而晶體發(fā)生塑性變形.★派-納力τp24（1）離子晶體和共價晶體的W較小、μ較位錯滑移的幾何概念25滑移與滑移系滑移系的概念、性質(zhì)滑移系的一般規(guī)律滑移線與滑移帶滑移時晶體的轉(zhuǎn)動多滑移孿生孿生與孿晶帶的概念面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶面心立方晶體的孿生過程孿生和滑移的差別位錯滑移的幾何概念25滑移與滑移系Ⅰ.滑移與滑移系26

（1）滑移系概念

滑移是沿著一定的晶面和該面上的一定晶向進(jìn)行的，此晶面稱為滑移面；此晶向則稱為滑移方向，一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成了一個滑移系?；泼婕捌浞ㄏ蚴噶縩滑移方向矢量bⅠ.滑移與滑移系26（1）滑移系概念滑移是Ⅰ.滑移與滑移系27（2）滑移系的性質(zhì)

每一個滑移系表示金屬進(jìn)行滑移時，滑移動作可能采取的空間取向。當(dāng)其它條件相同時，金屬中的滑移系越多，則滑移時可供采取的空間取向越多，該金屬的塑性越好。Ⅰ.滑移與滑移系27（2）滑移系的性質(zhì)每一個滑移系表示Ⅰ.滑移與滑移系28①

滑移面和滑移方向通常都是密排面和密排晶向；隨著成分、溫度等條件的改變，其它晶面也有可能稱為滑移面，但滑移方向比較穩(wěn)定，總是密排晶向。②每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系。③同一金屬晶體可以有幾組晶體學(xué)上完全等同的滑移系。但實際滑移時，不是沿著這些滑移系同時滑動，而是沿著最有利的滑移系首先滑移。（3）滑移系的一般規(guī)律Ⅰ.滑移與滑移系28①滑移面和滑移方向通常都是密排面和Ⅰ.滑移與滑移系★29Eg.

fcc滑移系滑移方向<110>,滑移面一般為{111},面心立方結(jié)構(gòu)共有四個不同的{111}晶面,每個滑移面上有三個<110>晶向,故共有4×3=12個滑移系.Ⅰ.滑移與滑移系★29Eg.fcc滑移系Ⅰ.滑移與滑移系Eg.

bcc滑移系滑移方向為<111>，可能出現(xiàn)的滑移面有{110}、{112}、{123}如果三組滑移面都能啟動，則潛在的滑移系數(shù)目為：

（個）

30Ⅰ.滑移與滑移系Eg.bcc滑移系30Ⅰ.滑移與滑移系★31（4）滑移線和滑移帶

通常把普通金相觀察中看到的線稱為滑移帶，而把電鏡中下看到的細(xì)線稱為滑移線，一簇相互平行的滑移線組成了滑移帶。

在光學(xué)顯微鏡下觀察表現(xiàn)為一條線。電鏡下的觀察結(jié)果圖8-12滑移線與滑移帶變形的高度不均勻性Ⅰ.滑移與滑移系★31（4）滑移線和滑移帶 通常把普通金相Ⅰ.滑移與滑移系32設(shè)簡單立方晶體中有N個位錯線及柏氏矢量均平行的位錯位錯滑移量與應(yīng)變：圖8-13位錯滑移量與應(yīng)變的關(guān)系i位錯對這塊晶體位移的的貢獻(xiàn)晶體的總位移量切應(yīng)變由于位錯密度切應(yīng)變（為位錯的平均滑移距離）位錯的微觀滑移與晶體的宏觀應(yīng)變聯(lián)系起來。

Ⅰ.滑移與滑移系32設(shè)簡單立方晶體中有N個位錯線及柏氏矢量均Ⅱ.滑移時晶面的轉(zhuǎn)動33若晶體在拉伸時不受約束，滑移時各滑移層會象推開撲克牌那樣一層層滑開，每一層和力軸的夾角保持不變。但在實際拉伸中，夾頭不能移動，這迫使晶體轉(zhuǎn)動，在靠近夾頭處由于夾頭的約束晶體不能自由滑動而產(chǎn)生彎曲，在遠(yuǎn)離夾頭的地方，晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方向是使滑移方向轉(zhuǎn)向力軸。無約束時

有約束時-導(dǎo)致轉(zhuǎn)動拉伸時壓縮時滑移方向||拉伸軸Ⅱ.滑移時晶面的轉(zhuǎn)動33若晶體在拉伸時不受約束，滑移時各滑移Ⅲ.多滑移34當(dāng)外力的取向使2個或多個滑移系上的分切應(yīng)力均達(dá)到臨界分切應(yīng)力值時，這些滑移系可以同時開動而發(fā)生多系滑移。發(fā)生多系滑移時，在拋光表面看到不止一組的滑移線，而是兩組或多組交叉的滑移線。由于多個滑移系開動，位錯交截產(chǎn)生割階及位錯帶著割階運動等原因使位錯運動阻力增加，因而強(qiáng)度也增加。MaterialⅢ.多滑移34當(dāng)外力的取向使2個或多個滑移系上的分切應(yīng)力均Ⅳ.孿生35（1）孿生與孿晶帶的概念

孿生通常是在晶體難以進(jìn)行滑移時所發(fā)生的另一種塑變方式。也將分位錯的滑移定義為孿生。在孿生過程中形成孿晶（或?qū)\晶帶）。?孿生現(xiàn)象/孿晶---對稱?孿晶特點：原子排列以某一晶面成鏡面對稱。?孿晶形成過程：形變、晶體生長、退火及相變。(a)天然石英的孿晶的外形，(b)沿圖中方解石體對角線加壓力形成的孿晶。Ⅳ.孿生35（1）孿生與孿晶帶的概念孿生通常Ⅳ.孿生36（2）面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶層錯能低的fcc晶體會出現(xiàn)形變孿晶，如銀、黃銅；切變帶Ⅳ.孿生36（2）面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶層錯能低的fcc晶Ⅳ.孿生★37（3）面心立方晶體的孿生過程（a）孿晶面與孿晶方向（b）孿晶變形時的晶面移動Ⅳ.孿生★37（3）面心立方晶體的孿生過程（a）孿晶面與孿Ⅳ.孿生38宏觀外形看不出孿生或?qū)ΨQ關(guān)系微觀原子排列顯示出孿生關(guān)系面心立方晶體孿晶的高分辨率電鏡照片——實驗證實Ⅳ.孿生38宏觀外形看不出孿生或?qū)ΨQ關(guān)系微觀原子排列顯示出Ⅳ.孿生39(1)滑移后整個晶體的位向沒有改變，而孿生則使孿晶部分的位向與基體成對稱。(2)孿生對宏觀塑性變形的貢獻(xiàn)主要是改變晶體位向，使滑移能夠繼續(xù)進(jìn)行。孿生能夠產(chǎn)生的塑性變形量很小，而滑移很大，所以宏觀變形通常主要靠滑移。(3)孿生所需的外力往往高于滑移。(4)滑移使表面出現(xiàn)臺階（滑移線），表面重新拋光后，滑移線消失；孿生則使表面出現(xiàn)浮凸，因?qū)\晶與基體的取向不同，表面重新拋光后并浸蝕后仍能看到。（4）孿生PK滑移孿生滑移Ⅳ.孿生39(1)滑移后整個晶體的位向沒有改變，而孿生則使8.3.1單晶體的塑性變形40三.位錯的相互影響(1)產(chǎn)生割階或扭折

(2)交滑移

(3)位錯產(chǎn)生與增殖

8.3.1單晶體的塑性變形40三.位錯的相互影響(1)產(chǎn)生(1)產(chǎn)生割階或扭折★41圖8-16兩個柏氏矢量垂直的刃位錯交割產(chǎn)生割階圖8-17兩個柏氏矢量平行的刃位錯交割產(chǎn)生扭折割階的特點：割階不在原滑移面中，即PP’不在PAB面中。

此時的PP’或QQ’均為螺位錯，它們都處在原來的滑移面上，稱為扭折。

(1)產(chǎn)生割階或扭折★41圖8-16兩個柏氏矢量垂(2)交滑移42圖8-20螺位錯線xy的交滑移Material交滑移

當(dāng)螺型位錯在某一晶面上滑移受到阻礙時，有可能離開原滑移面而轉(zhuǎn)向與其相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，該運動過程稱為交滑移。雙交滑移若螺行位錯經(jīng)過交滑移后在轉(zhuǎn)回到與原滑移面相平行的晶面上繼續(xù)滑移，稱為雙交滑移。(2)交滑移42圖8-20螺位錯線xy的交滑移Mate(2)交滑移★

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刃型位錯不能進(jìn)行交滑移和多交滑移嗎?

由于刃型位錯的,只有一個滑移面，所以不能發(fā)生交滑移；而螺型位錯的，在含有位錯線的任何密排面上都可能進(jìn)行滑移，所以螺型位錯可以發(fā)生交滑移。

交滑移的特點

交滑移使滑移過程具有很大的靈活性，當(dāng)滑移在某個晶面上受阻時，通過交滑移可以轉(zhuǎn)移到另一滑移面上繼續(xù)滑移。層錯能高的金屬易于進(jìn)行交滑移。變形溫度越高、變形應(yīng)力或變形量越大，交滑移越顯著。(2)交滑移★43刃型位錯不能進(jìn)行交滑移和多交滑移嗎擴(kuò)展位錯的束集與交滑移★

44圖8-21擴(kuò)展位錯從的交滑移擴(kuò)展位錯的束集與交滑移★44圖8-21擴(kuò)展位錯從(3)位錯產(chǎn)生與增殖45圖8-22空位凝聚成位錯(a)(b)(c)b-c：空位片崩塌

位錯增殖

經(jīng)劇烈變形的晶體中，其位錯密度大大增加，表明塑性變形過程中位錯產(chǎn)生了增殖。目前被廣泛接受的位錯增殖機(jī)制是弗蘭克－瑞德（Frank－Read）位錯增殖機(jī)制（F-R源）。(3)位錯產(chǎn)生與增殖45圖8-22空位凝聚成位錯(a★(3)位錯產(chǎn)生與增殖★

46圖8-23F-R源產(chǎn)生位錯以F-R源開動所需切應(yīng)力作為臨界分切應(yīng)力的估計估算l是位錯源的長度，它可以看作是三維位錯網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑，約為10-3～10-5cm，由此估計出的臨界分切應(yīng)力和實際的相近?！?3)位錯產(chǎn)生與增殖★46圖8-23F-R源產(chǎn)生8.3.2

多晶體的塑性變形478.3.2多晶體的塑性變形47一.位錯的塞積★48位錯塞積在同一滑移面上運動的位錯如果在運動過程中遇到障礙（晶界，第二相粒子等），而外力又不足以克服障礙的阻力時，位錯就在障礙物的前沿堆積起來，形成位錯塞積。位錯塞積的概念與示意位錯塞積示意圖一.位錯的塞積★48位錯塞積位錯塞積的概念與示意位錯塞積示意一.位錯的塞積★49

位錯塞積不但會對位錯源產(chǎn)生反作用力,還會在鄰近的晶粒中(如P點)產(chǎn)生應(yīng)力,n越大,產(chǎn)生的應(yīng)力越大。這個應(yīng)力有助于鄰近晶粒內(nèi)的位錯源開動,而這種開動相當(dāng)于位錯從一個晶粒傳播到鄰近晶粒,即塑性變形連續(xù)產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為多晶體的屈服位錯塞積的概念與示意一.位錯的塞積★49 位錯塞積不但會對位錯源產(chǎn)生反作用力,還晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系50除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度等與晶粒尺寸間也有H-P關(guān)系，但σ0與ky常數(shù)的意義及數(shù)值不同。H-P關(guān)系可用位錯理論或其它方法導(dǎo)出。σ0稱晶內(nèi)阻力或晶格摩擦力；ky是和晶格類型、彈性模量、位錯分布及位錯被釘扎程度有關(guān)的常數(shù)。σy為產(chǎn)生屈服所需要的外應(yīng)力。Hall-Petch關(guān)系由Hall-Petch公式可以看出，d減小，則σs增大，即產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化。晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系50除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)σ0稱晶內(nèi)阻二.變形的協(xié)調(diào)51

實現(xiàn)任一變形的條件：必須有5個獨立的滑移系開動。原因：描述任一應(yīng)變狀態(tài)用9個分量----對稱張量，6個分量---形變體積不變，即3個正應(yīng)變之和不變，只有5個是獨立的。

多晶體塑性變形后的宏觀特點

(1)晶粒伸長

(2)位錯增加

(3)形成亞晶變形量層錯能(4)變形織構(gòu)

二.變形的協(xié)調(diào)51實現(xiàn)任一變形的條件：必須有5個獨立的滑移鋁多晶體拉伸形變試驗52鋁多晶體拉伸形變試驗52二.變形的協(xié)調(diào)53Definition變形織構(gòu)(deformationtexture)織構(gòu)(擇優(yōu)取向)的概念：多晶體晶粒取向集中分布在某一個或某些取向附近的現(xiàn)象。各向異性晶粒取向隨機(jī)分布晶粒取向擇優(yōu)分布不同的取向多晶體、各向異性、晶粒取向的關(guān)系二.變形的協(xié)調(diào)53Definition變形織構(gòu)(deform8.4粘性變形的微觀機(jī)制54

8.4.1金屬多晶體的粘性變形一.屈服延伸二.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶三.蠕變金屬多晶體的粘性變形表現(xiàn)在以下幾個過程中8.4粘性變形的微觀機(jī)制548.4.1金屬多晶體的粘性一.屈服延伸★55彈性變形

粘性變形屈服延伸應(yīng)變強(qiáng)化圖8-25低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖

在金屬塑性變形的開始階段，外力不增加、甚至下降的情況下，而變形繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象，稱為屈服。一.屈服延伸★55彈性變形圖8-25低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線位錯釘扎理論★56碳原子會沿著正應(yīng)力場梯度增加的方向擴(kuò)散到刃位錯的下方，以降低系統(tǒng)彈性應(yīng)變能。碳原子與刃位錯的這類交互作用形成了所謂柯氏氣團(tuán)?？率蠚鈭F(tuán)對位錯運動起釘扎作用，會阻礙位錯運動。要使位錯掙脫集團(tuán)的束縛或拖著氣團(tuán)一起運動，都必須施加更大的外力額外作用，從而使基體的強(qiáng)度提高?！倘軓?qiáng)化的位錯機(jī)理通常，間隙原子和尺寸較大的置換原子傾向于聚集在正刃型位錯的下部（拉應(yīng)力區(qū)），而尺寸較小的置換原子則傾向于聚集在上部（壓應(yīng)力區(qū)）。位錯釘扎理論★56碳原子會沿著正應(yīng)力場梯度增加的方向擴(kuò)散到刃位錯釘扎理論★57圖8-26低碳鋼中應(yīng)變時效現(xiàn)象1.預(yù)塑性變形2.去載后立刻加載3.去載后放置一段時間再加載Definition應(yīng)變時效在發(fā)生屈服后撤消外應(yīng)力，并放置一段時間，則重新施加應(yīng)力時，屈服會再次出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效。（1）塑性變形量↑（2）碳原子濃度↑（3）溫度↓影響因素位錯釘扎理論★57圖8-26低碳鋼中應(yīng)變時效現(xiàn)象De二.

動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶★58塑性變形過程中出現(xiàn)的回復(fù)和再結(jié)晶稱為動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶。

圖8-27純鐵的高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線溫度越低、應(yīng)變率越大，應(yīng)變強(qiáng)化作用越大

二.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶★58塑性變形過程中出現(xiàn)的回復(fù)和再動態(tài)回復(fù)59（1）真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線

I．微應(yīng)變階段

II．動態(tài)回復(fù)的初始階段

III．穩(wěn)態(tài)變形階段（2）組織結(jié)構(gòu)的變化

熱加工后的晶粒沿變形方向伸長，同時，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)所形成的等軸亞晶粒.亞晶尺寸與穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力成反比，并隨變形溫度升高和變形速度降低而增大。動態(tài)回復(fù)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(流變曲線)動態(tài)回復(fù)59（1）真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線動態(tài)回復(fù)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線動態(tài)回復(fù)60(3）動態(tài)回復(fù)機(jī)制

動態(tài)回復(fù)機(jī)制是位錯的攀移和交滑移，攀移在動態(tài)回復(fù)中起主要的作用。

層錯能的高低是決定動態(tài)回復(fù)進(jìn)行充分與否的關(guān)鍵因素。動態(tài)回復(fù)易在層錯能高的金屬，如鋁及鋁合金中發(fā)生。動態(tài)回復(fù)60(3）動態(tài)回復(fù)機(jī)制動態(tài)再結(jié)晶61（1）真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線 I．加工硬化階段(0<ε<εc) II．動態(tài)再結(jié)晶的初始階段(εc≤ε<εs) III．穩(wěn)態(tài)流變階段(ε≥εs)（2）組織結(jié)構(gòu)的變化

晶粒是等軸的,大小不均勻,晶界呈鋸齒狀,等軸晶內(nèi)存在被纏結(jié)位錯所分割成的亞晶粒。低層錯能金屬在熱加工溫度的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(示意圖),其中1代表連續(xù)的快速動態(tài)再結(jié)晶,

2代表反復(fù)的動態(tài)再結(jié)晶.動態(tài)再結(jié)晶61（1）真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線低層錯能金屬在熱加工溫動態(tài)再結(jié)晶（3）層錯能較低的金屬，如銅及銅合金，熱加工過程中發(fā)生的軟化過程主要來自動態(tài)再結(jié)晶。

現(xiàn)存的晶界往往是動態(tài)再結(jié)晶的主要形核之處.形變溫度越高.應(yīng)變速率越小,應(yīng)變量越大,越有利于動態(tài)再結(jié)晶.

動態(tài)再結(jié)晶的晶粒大小d主要決定于熱變形時的流變應(yīng)力σ.

σ∝d-nn：常數(shù)0.1-0.562動態(tài)再結(jié)晶（3）層錯能較低的金屬，如銅及銅合金，熱加工過程中三.蠕變63（1）第一階段減速蠕變（2）第二階段恒速蠕變（3）第三階段加速蠕變

蠕變是材料在高溫及恒定載荷作用下，經(jīng)長時間產(chǎn)生的緩慢塑性變形現(xiàn)象。Definition蠕變速率=三個階段圖8-28金屬蠕變曲線三.蠕變63（1）第一階段減速蠕變?nèi)渥兪遣牧显诟邷丶昂愣ń饘偃渥兊臋C(jī)制64

（1）位錯滑移圖8-29刃位錯攀移克服障礙的不同模式金屬蠕變的機(jī)制64（1）位錯滑移圖8-29刃位錯攀移克金屬蠕變的機(jī)制65

（2）擴(kuò)散圖8-30應(yīng)力作用下的原子（空位）擴(kuò)散擴(kuò)散蠕變高溫下原子(空位)在應(yīng)力作用下的定向擴(kuò)散也會產(chǎn)生蠕變(稱為擴(kuò)散蠕變)A、B晶界上空位濃度較高σ作用使AB受張，CD受壓原子從C、D向A、B晶界擴(kuò)散晶粒沿σ方向伸長金屬蠕變的機(jī)制65（2）擴(kuò)散圖8-30應(yīng)力作用下的擴(kuò)散蠕金屬蠕變的機(jī)制66

（3）晶界滑動圖8-31

晶界與晶粒強(qiáng)度對比

高溫受力時，由于晶界上原子容易運動，造成兩個相鄰晶粒的相對運動，稱為晶界滑動。

晶界滑動容易在晶界上產(chǎn)生裂紋金屬蠕變的機(jī)制66（3）晶界滑動圖8-31晶界與晶粒強(qiáng)8.5斷裂簡介67一理論斷裂強(qiáng)度

“原子間結(jié)合力”“弗蘭克模型”完整晶體，原子間作用力與原子間位移關(guān)系式∵位移很小∴虎克定律形成單位裂紋表面的功兩個表面8.5.1斷裂強(qiáng)度8.5斷裂簡介67一理論斷裂強(qiáng)度8.5.1斷裂強(qiáng)度8.5.1斷裂強(qiáng)度a0—原子間平衡距離

σm≈E/5.5實際σm=E/10~1000

表面能為γ688.5.1斷裂強(qiáng)度a0—原子間平衡距離688.5.1斷裂強(qiáng)度69（1）出發(fā)點

材料中已存在裂紋；局部應(yīng)力集中,裂紋擴(kuò)展（增加新的表面），系統(tǒng)的彈性（2）格雷菲斯模型 a）單位厚度、無限寬薄板，僅施加一拉應(yīng)力（平面應(yīng)力）。板內(nèi)有一長度為2a，并垂直于應(yīng)力的裂紋。

二、格雷菲斯裂紋理論（1921年）8.5.1斷裂強(qiáng)度69（1）出發(fā)點二、格雷菲斯裂紋理論（18.5.1斷裂強(qiáng)度70b）拉緊平板，已存在裂紋的平板，將釋放彈

（釋放的能量，前面加負(fù)號）

彈性力學(xué)中：

8.5.1斷裂強(qiáng)度70b）拉緊平板，已存在裂紋的平板，將釋8.5.1斷裂強(qiáng)度釋放的彈性能

c）裂紋形成產(chǎn)生新表面所需要的能量

W=4aγ（∵是兩個表面）d）能量守恒（3）格雷菲斯公式718.5.1斷裂強(qiáng)度釋放的彈性能71Qestion&AnswerQestion&Answer72Qestion&AnswerQestion&Answer72形變和斷裂課件形變和斷裂課件73第8章形變與斷裂8.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂8.1力學(xué)性能概述8.1力學(xué)性能概述75材料的強(qiáng)度和塑性是兩個重要的力學(xué)性能，它決定了零構(gòu)件的加工成形的工藝性能，同時又是零構(gòu)件的重要使用性能。材料的力學(xué)性能是結(jié)構(gòu)敏感的，它和材料的組織和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，如晶體缺陷密度。

研究金屬形變的意義：deformation8.1力學(xué)性能概述3研究金屬形變的意義：deformat8.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念768.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念（Stress&Strain）

若體系平衡，內(nèi)部需保持平衡，體系與環(huán)境也要求平衡。

如果環(huán)境改變，體系則作出響應(yīng)。應(yīng)力/應(yīng)變8.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念48.1.1應(yīng)力、應(yīng)變的概念（一.應(yīng)力與應(yīng)力場77圖8-1應(yīng)力狀態(tài)正應(yīng)力切應(yīng)力正應(yīng)變切應(yīng)變應(yīng)力場

一.應(yīng)力與應(yīng)力場5圖8-1應(yīng)力狀態(tài)正應(yīng)力切應(yīng)力正應(yīng)變二.應(yīng)力的分解★78Material圖8-2應(yīng)力的分解Schmid取向因子A：截面積F：拉力σ：棒內(nèi)均勻的正應(yīng)力

τ：作用在滑移面的切應(yīng)力二.應(yīng)力的分解★6Material圖8-2應(yīng)力的分解三.應(yīng)力－應(yīng)變曲線(σ－ε)

79應(yīng)力為施加的外力除以試棒的截面積應(yīng)變?yōu)槔烨昂笤嚢粲行чL度的相對變化

圖8-3工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸強(qiáng)度→C屈服強(qiáng)度→B彈性極限→A真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線三.應(yīng)力－應(yīng)變曲線(σ－ε)7應(yīng)力為施加的外力除以試棒的8.1.2本構(gòu)方程80溫度一定時，應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的關(guān)系稱為本構(gòu)方程（constitutiveequation）一.本構(gòu)方程的一般形式二.本構(gòu)方程的特殊形式對于切應(yīng)力與切應(yīng)變對于正應(yīng)力與正應(yīng)變虎克彈性體(或線彈性體)1.虎克定律8.1.2本構(gòu)方程8溫度一定時，應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的1.廣義虎克定律81矩陣形式彈性常數(shù)1.廣義虎克定律9矩陣形式彈性常數(shù)立方系單晶體廣義虎克定律82立方系單晶體廣義虎克定律102.牛頓粘性定律83圖8-4麥克斯韋模型低粘度液體：牛頓粘性體3.麥克斯韋模型虎克彈性體+牛頓粘性體=粘彈性體麥克斯韋蠕變方程應(yīng)力松弛方程為松弛常數(shù)其中2.牛頓粘性定律11圖8-4麥克斯韋模型低粘度液體：牛頓粘4.開爾文模型84圖8-5開爾文模型兩個元件上的應(yīng)變相等，而總應(yīng)力是兩者之和開爾文蠕變方程應(yīng)變松弛方程4.開爾文模型12圖8-5開爾文模型兩個元件上的應(yīng)變相等，8.1.3變形的分類851.可逆變形

變形：內(nèi)部原子位置的相對變化+材料外形的變化2.不可逆變形

塑性變形粘性變形3.斷裂

8.1.3變形的分類131.可逆變形變形：內(nèi)部原子位第8章形變與斷裂868.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂148.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素87一.點陣原子的可逆位移二.間隙原子的可逆位移三.位錯的可逆位移四.高分子鏈結(jié)構(gòu)的可逆位移8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素15一.點陣原子的可逆8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：點陣原子的可逆位移88

如果應(yīng)力不是很大，點陣原子的位移遠(yuǎn)小于原子間距，此時如撤銷應(yīng)力，點陣原子能立刻恢復(fù)到原來的位置。受力之前力學(xué)平衡狀態(tài)受力之后趨向建立新的平衡，因此點陣原子產(chǎn)生位移8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：點陣原子的可逆位移16 如果8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：間隙原子的可逆位移★89彈性后效（滯彈性）圖8-6碳在α-Fe中的短程擴(kuò)散圖8-7彈性后效示意圖三類八面體8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：間隙原子的可逆位移★17彈三元件粘彈模型90(1)總應(yīng)變是兩部之和圖8-8三元件粘彈模型(2)對模量為E2的彈性元件(3)對開爾文模型Material1.在t=0時施加恒定應(yīng)力σ0并一直保持三元件粘彈模型蠕變方程2.在σ0作用達(dá)到平衡后，突然撤銷應(yīng)力σ0三元件粘彈模型應(yīng)變松弛方程三元件粘彈模型18(1)總應(yīng)變是兩部之和圖8-8三元件粘8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：位錯的可逆運動91位錯在外力作用下弓出呈弧線當(dāng)外應(yīng)力撤銷后，位錯發(fā)生可逆運動，即恢復(fù)到直線狀態(tài)圖8-9位錯弧可逆運動

8.2.1彈性變形的微觀機(jī)制：位錯的可逆運動19位錯在外8.2.2

彈性變形的影響因素92一.晶體結(jié)構(gòu)與點陣常數(shù)對沒有位錯的單晶體，晶體結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)決定了最大彈性變形。二.位錯三.變形方式四.溫度當(dāng)單晶體中有位錯時，最大彈性變形會大為降低無位錯單晶體的最大彈性正應(yīng)變<<

最大彈性切應(yīng)變溫度影響位錯的活性，溫度的增加會降低最大彈性變形P108.2.2彈性變形的影響因素20一.晶體結(jié)構(gòu)與點陣常數(shù)對沒第8章形變與斷裂938.1力學(xué)性能概述8.2彈性變形的微觀機(jī)制及影響因素8.3塑性變形的微觀機(jī)制8.4粘性變形的微觀機(jī)制8.5斷裂簡介第8章形變與斷裂218.1力學(xué)性能概述8.3塑性變形的微觀機(jī)制94一.理想單晶體8.3.1單晶體的塑性變形圖8-10理想晶體中的周期勢壘當(dāng)CD面處于平衡位置時“谷底”

當(dāng)CD面向右移動從而偏離平衡位置時“山峰”

位錯滑移的應(yīng)力條件結(jié)合能使晶面兩側(cè)原子間的金屬鍵全部斷裂，才能發(fā)生滑移→塑性變形切變模量8.3塑性變形的微觀機(jī)制22一.理想單晶體8.3.1單8.3.1單晶體的塑性變形★95二.有位錯的單晶體圖8-11位錯附近的勢壘以簡單立方晶體為例，設(shè)刃位錯線平行于x軸當(dāng)存在刃位錯時，即使不施加應(yīng)力，滑移面(CD面)上每一個原子的環(huán)境也是不同的，離位錯線越近的原子的結(jié)合能越高

在不受力的情況下,原子處于平衡狀態(tài)施加外力時，CD面上每個原子作出的反應(yīng)不同使刃位錯產(chǎn)生不可逆位移(即滑移)的最小切應(yīng)力(也稱派-納力)

只要使位錯線中心的一列原子間金屬鍵斷裂，就能發(fā)生滑移→塑性變形8.3.1單晶體的塑性變形★23二.有位錯的單晶體圖8-★派-納力τp

96（1）離子晶體和共價晶體的W較小、μ較大，因此派-納力很高（2）螺位錯的W小于刃位錯，因此螺位錯派-納力較高，其可動性不如刃位錯τp是材料所固有的，它不隨外應(yīng)力變化

位錯滑移的應(yīng)力條件

當(dāng)滿足(實際分解到某一晶面某一方向的切應(yīng)力)＞

(該晶面該方向的派-納力)時,刃位錯產(chǎn)生不可逆位移,繼而晶體發(fā)生塑性變形.★派-納力τp24（1）離子晶體和共價晶體的W較小、μ較位錯滑移的幾何概念97滑移與滑移系滑移系的概念、性質(zhì)滑移系的一般規(guī)律滑移線與滑移帶滑移時晶體的轉(zhuǎn)動多滑移孿生孿生與孿晶帶的概念面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶面心立方晶體的孿生過程孿生和滑移的差別位錯滑移的幾何概念25滑移與滑移系Ⅰ.滑移與滑移系98

（1）滑移系概念

滑移是沿著一定的晶面和該面上的一定晶向進(jìn)行的，此晶面稱為滑移面；此晶向則稱為滑移方向，一個滑移面和此面上的一個滑移方向組成了一個滑移系?；泼婕捌浞ㄏ蚴噶縩滑移方向矢量bⅠ.滑移與滑移系26（1）滑移系概念滑移是Ⅰ.滑移與滑移系99（2）滑移系的性質(zhì)

每一個滑移系表示金屬進(jìn)行滑移時，滑移動作可能采取的空間取向。當(dāng)其它條件相同時，金屬中的滑移系越多，則滑移時可供采取的空間取向越多，該金屬的塑性越好。Ⅰ.滑移與滑移系27（2）滑移系的性質(zhì)每一個滑移系表示Ⅰ.滑移與滑移系100①

滑移面和滑移方向通常都是密排面和密排晶向；隨著成分、溫度等條件的改變，其它晶面也有可能稱為滑移面，但滑移方向比較穩(wěn)定，總是密排晶向。②每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系。③同一金屬晶體可以有幾組晶體學(xué)上完全等同的滑移系。但實際滑移時，不是沿著這些滑移系同時滑動，而是沿著最有利的滑移系首先滑移。（3）滑移系的一般規(guī)律Ⅰ.滑移與滑移系28①滑移面和滑移方向通常都是密排面和Ⅰ.滑移與滑移系★101Eg.

fcc滑移系滑移方向<110>,滑移面一般為{111},面心立方結(jié)構(gòu)共有四個不同的{111}晶面,每個滑移面上有三個<110>晶向,故共有4×3=12個滑移系.Ⅰ.滑移與滑移系★29Eg.fcc滑移系Ⅰ.滑移與滑移系Eg.

bcc滑移系滑移方向為<111>，可能出現(xiàn)的滑移面有{110}、{112}、{123}如果三組滑移面都能啟動，則潛在的滑移系數(shù)目為：

（個）

102Ⅰ.滑移與滑移系Eg.bcc滑移系30Ⅰ.滑移與滑移系★103（4）滑移線和滑移帶

通常把普通金相觀察中看到的線稱為滑移帶，而把電鏡中下看到的細(xì)線稱為滑移線，一簇相互平行的滑移線組成了滑移帶。

在光學(xué)顯微鏡下觀察表現(xiàn)為一條線。電鏡下的觀察結(jié)果圖8-12滑移線與滑移帶變形的高度不均勻性Ⅰ.滑移與滑移系★31（4）滑移線和滑移帶 通常把普通金相Ⅰ.滑移與滑移系104設(shè)簡單立方晶體中有N個位錯線及柏氏矢量均平行的位錯位錯滑移量與應(yīng)變：圖8-13位錯滑移量與應(yīng)變的關(guān)系i位錯對這塊晶體位移的的貢獻(xiàn)晶體的總位移量切應(yīng)變由于位錯密度切應(yīng)變（為位錯的平均滑移距離）位錯的微觀滑移與晶體的宏觀應(yīng)變聯(lián)系起來。

Ⅰ.滑移與滑移系32設(shè)簡單立方晶體中有N個位錯線及柏氏矢量均Ⅱ.滑移時晶面的轉(zhuǎn)動105若晶體在拉伸時不受約束，滑移時各滑移層會象推開撲克牌那樣一層層滑開，每一層和力軸的夾角保持不變。但在實際拉伸中，夾頭不能移動，這迫使晶體轉(zhuǎn)動，在靠近夾頭處由于夾頭的約束晶體不能自由滑動而產(chǎn)生彎曲，在遠(yuǎn)離夾頭的地方，晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的方向是使滑移方向轉(zhuǎn)向力軸。無約束時

有約束時-導(dǎo)致轉(zhuǎn)動拉伸時壓縮時滑移方向||拉伸軸Ⅱ.滑移時晶面的轉(zhuǎn)動33若晶體在拉伸時不受約束，滑移時各滑移Ⅲ.多滑移106當(dāng)外力的取向使2個或多個滑移系上的分切應(yīng)力均達(dá)到臨界分切應(yīng)力值時，這些滑移系可以同時開動而發(fā)生多系滑移。發(fā)生多系滑移時，在拋光表面看到不止一組的滑移線，而是兩組或多組交叉的滑移線。由于多個滑移系開動，位錯交截產(chǎn)生割階及位錯帶著割階運動等原因使位錯運動阻力增加，因而強(qiáng)度也增加。MaterialⅢ.多滑移34當(dāng)外力的取向使2個或多個滑移系上的分切應(yīng)力均Ⅳ.孿生107（1）孿生與孿晶帶的概念

孿生通常是在晶體難以進(jìn)行滑移時所發(fā)生的另一種塑變方式。也將分位錯的滑移定義為孿生。在孿生過程中形成孿晶（或?qū)\晶帶）。?孿生現(xiàn)象/孿晶---對稱?孿晶特點：原子排列以某一晶面成鏡面對稱。?孿晶形成過程：形變、晶體生長、退火及相變。(a)天然石英的孿晶的外形，(b)沿圖中方解石體對角線加壓力形成的孿晶。Ⅳ.孿生35（1）孿生與孿晶帶的概念孿生通常Ⅳ.孿生108（2）面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶層錯能低的fcc晶體會出現(xiàn)形變孿晶，如銀、黃銅；切變帶Ⅳ.孿生36（2）面心立方結(jié)構(gòu)中的孿晶層錯能低的fcc晶Ⅳ.孿生★109（3）面心立方晶體的孿生過程（a）孿晶面與孿晶方向（b）孿晶變形時的晶面移動Ⅳ.孿生★37（3）面心立方晶體的孿生過程（a）孿晶面與孿Ⅳ.孿生110宏觀外形看不出孿生或?qū)ΨQ關(guān)系微觀原子排列顯示出孿生關(guān)系面心立方晶體孿晶的高分辨率電鏡照片——實驗證實Ⅳ.孿生38宏觀外形看不出孿生或?qū)ΨQ關(guān)系微觀原子排列顯示出Ⅳ.孿生111(1)滑移后整個晶體的位向沒有改變，而孿生則使孿晶部分的位向與基體成對稱。(2)孿生對宏觀塑性變形的貢獻(xiàn)主要是改變晶體位向，使滑移能夠繼續(xù)進(jìn)行。孿生能夠產(chǎn)生的塑性變形量很小，而滑移很大，所以宏觀變形通常主要靠滑移。(3)孿生所需的外力往往高于滑移。(4)滑移使表面出現(xiàn)臺階（滑移線），表面重新拋光后，滑移線消失；孿生則使表面出現(xiàn)浮凸，因?qū)\晶與基體的取向不同，表面重新拋光后并浸蝕后仍能看到。（4）孿生PK滑移孿生滑移Ⅳ.孿生39(1)滑移后整個晶體的位向沒有改變，而孿生則使8.3.1單晶體的塑性變形112三.位錯的相互影響(1)產(chǎn)生割階或扭折

(2)交滑移

(3)位錯產(chǎn)生與增殖

8.3.1單晶體的塑性變形40三.位錯的相互影響(1)產(chǎn)生(1)產(chǎn)生割階或扭折★113圖8-16兩個柏氏矢量垂直的刃位錯交割產(chǎn)生割階圖8-17兩個柏氏矢量平行的刃位錯交割產(chǎn)生扭折割階的特點：割階不在原滑移面中，即PP’不在PAB面中。

此時的PP’或QQ’均為螺位錯，它們都處在原來的滑移面上，稱為扭折。

(1)產(chǎn)生割階或扭折★41圖8-16兩個柏氏矢量垂(2)交滑移114圖8-20螺位錯線xy的交滑移Material交滑移

當(dāng)螺型位錯在某一晶面上滑移受到阻礙時，有可能離開原滑移面而轉(zhuǎn)向與其相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，該運動過程稱為交滑移。雙交滑移若螺行位錯經(jīng)過交滑移后在轉(zhuǎn)回到與原滑移面相平行的晶面上繼續(xù)滑移，稱為雙交滑移。(2)交滑移42圖8-20螺位錯線xy的交滑移Mate(2)交滑移★

115

刃型位錯不能進(jìn)行交滑移和多交滑移嗎?

由于刃型位錯的,只有一個滑移面，所以不能發(fā)生交滑移；而螺型位錯的，在含有位錯線的任何密排面上都可能進(jìn)行滑移，所以螺型位錯可以發(fā)生交滑移。

交滑移的特點

交滑移使滑移過程具有很大的靈活性，當(dāng)滑移在某個晶面上受阻時，通過交滑移可以轉(zhuǎn)移到另一滑移面上繼續(xù)滑移。層錯能高的金屬易于進(jìn)行交滑移。變形溫度越高、變形應(yīng)力或變形量越大，交滑移越顯著。(2)交滑移★43刃型位錯不能進(jìn)行交滑移和多交滑移嗎擴(kuò)展位錯的束集與交滑移★

116圖8-21擴(kuò)展位錯從的交滑移擴(kuò)展位錯的束集與交滑移★44圖8-21擴(kuò)展位錯從(3)位錯產(chǎn)生與增殖117圖8-22空位凝聚成位錯(a)(b)(c)b-c：空位片崩塌

位錯增殖

經(jīng)劇烈變形的晶體中，其位錯密度大大增加，表明塑性變形過程中位錯產(chǎn)生了增殖。目前被廣泛接受的位錯增殖機(jī)制是弗蘭克－瑞德（Frank－Read）位錯增殖機(jī)制（F-R源）。(3)位錯產(chǎn)生與增殖45圖8-22空位凝聚成位錯(a★(3)位錯產(chǎn)生與增殖★

118圖8-23F-R源產(chǎn)生位錯以F-R源開動所需切應(yīng)力作為臨界分切應(yīng)力的估計估算l是位錯源的長度，它可以看作是三維位錯網(wǎng)的網(wǎng)孔直徑，約為10-3～10-5cm，由此估計出的臨界分切應(yīng)力和實際的相近?！?3)位錯產(chǎn)生與增殖★46圖8-23F-R源產(chǎn)生8.3.2

多晶體的塑性變形1198.3.2多晶體的塑性變形47一.位錯的塞積★120位錯塞積在同一滑移面上運動的位錯如果在運動過程中遇到障礙（晶界，第二相粒子等），而外力又不足以克服障礙的阻力時，位錯就在障礙物的前沿堆積起來，形成位錯塞積。位錯塞積的概念與示意位錯塞積示意圖一.位錯的塞積★48位錯塞積位錯塞積的概念與示意位錯塞積示意一.位錯的塞積★121

位錯塞積不但會對位錯源產(chǎn)生反作用力,還會在鄰近的晶粒中(如P點)產(chǎn)生應(yīng)力,n越大,產(chǎn)生的應(yīng)力越大。這個應(yīng)力有助于鄰近晶粒內(nèi)的位錯源開動,而這種開動相當(dāng)于位錯從一個晶粒傳播到鄰近晶粒,即塑性變形連續(xù)產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為多晶體的屈服位錯塞積的概念與示意一.位錯的塞積★49 位錯塞積不但會對位錯源產(chǎn)生反作用力,還晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系122除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度等與晶粒尺寸間也有H-P關(guān)系，但σ0與ky常數(shù)的意義及數(shù)值不同。H-P關(guān)系可用位錯理論或其它方法導(dǎo)出。σ0稱晶內(nèi)阻力或晶格摩擦力；ky是和晶格類型、彈性模量、位錯分布及位錯被釘扎程度有關(guān)的常數(shù)。σy為產(chǎn)生屈服所需要的外應(yīng)力。Hall-Petch關(guān)系由Hall-Petch公式可以看出，d減小，則σs增大，即產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化。晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度的關(guān)系50除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)σ0稱晶內(nèi)阻二.變形的協(xié)調(diào)123

實現(xiàn)任一變形的條件：必須有5個獨立的滑移系開動。原因：描述任一應(yīng)變狀態(tài)用9個分量----對稱張量，6個分量---形變體積不變，即3個正應(yīng)變之和不變，只有5個是獨立的。

多晶體塑性變形后的宏觀特點

(1)晶粒伸長

(2)位錯增加

(3)形成亞晶變形量層錯能(4)變形織構(gòu)

二.變形的協(xié)調(diào)51實現(xiàn)任一變形的條件：必須有5個獨立的滑移鋁多晶體拉伸形變試驗124鋁多晶體拉伸形變試驗52二.變形的協(xié)調(diào)125Definition變形織構(gòu)(deformationtexture)織構(gòu)(擇優(yōu)取向)的概念：多晶體晶粒取向集中分布在某一個或某些取向附近的現(xiàn)象。各向異性晶粒取向隨機(jī)分布晶粒取向擇優(yōu)分布不同的取向多晶體、各向異性、晶粒取向的關(guān)系二.變形的協(xié)調(diào)53Definition變形織構(gòu)(deform8.4粘性變形的微觀機(jī)制126

8.4.1金屬多晶體的粘性變形一.屈服延伸二.動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶三.蠕變金屬多晶體的粘性變形表現(xiàn)在以下幾個過程中8.4粘性變形的微觀機(jī)制548.4.1金屬多晶體的粘性一.屈服延伸★127彈性變形

粘性變形屈服延伸應(yīng)變強(qiáng)化圖8-25低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖

在金屬塑性變形的開始階段，外力不增加、甚至下降的情況下，而變形繼續(xù)進(jìn)行的現(xiàn)象，稱為屈服。一.屈服延伸★55彈性變形圖8-25低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線位錯釘扎理論★128碳原子會沿著正應(yīng)力場梯度增加的方向擴(kuò)散到刃位錯的下方，以降低系統(tǒng)彈性應(yīng)變能。碳原子與刃位錯的這類交互作用形成了所謂柯氏氣團(tuán)?？率蠚鈭F(tuán)對位錯運動起釘扎作用，會阻礙位錯運動。要使位錯掙脫集團(tuán)的束縛或拖著氣團(tuán)一起運動，都必須施加更大的外力額外作用，從而使基體的強(qiáng)度提高?！倘軓?qiáng)化的位錯機(jī)理通常，間隙原子和尺寸較大的置換原子傾向于聚集在正刃型位錯的下部（拉應(yīng)力區(qū)），而尺寸較小的置換原子則傾向于聚集在上部（壓應(yīng)力區(qū)）。位錯釘扎理論★56碳原子會沿著正應(yīng)力場梯度增加的方向擴(kuò)散到刃位錯釘扎理論★129圖8-26低碳鋼中應(yīng)變時效現(xiàn)象1.預(yù)塑性變形2.去載后立刻加載3.去載后放置一段時間再加載Definition應(yīng)變時效在發(fā)生屈服后撤消外應(yīng)力，并放置一段時間，則重新施加應(yīng)力時，屈服會再次出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時效。（1）塑性變形量↑（2）碳原子濃度↑（3）溫度↓影響因素位錯釘扎理論★57圖8-26低碳鋼中應(yīng)變時效現(xiàn)象De二.

動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶★130塑性變形過程中出