材料的塑性變形

材料的塑性變形第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)金屬變形概述第七章塑性變形第一節(jié)金屬變形概述彈性變形－塑性變形－斷裂第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第一節(jié)金屬變形概述第七章塑性變形第一節(jié)金屬變形概述彈性變形：變形可逆；應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系。彈性模量：原子間結(jié)合力的反映和度量。第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。一滑移

1滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。

2滑移的表象學(xué)電境下：滑移線。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

一滑移光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。

2滑移的表象學(xué)電境下：滑移線。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)滑移面（密排面）（1）幾何要素滑移方向（密排方向）

第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)（2）滑移系滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)（2）滑移系滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合?；葡档膫€(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au

{110}×6

×212Fe,W,Mo體心立方{121}×12<111>×112Fe,W

{123}×24

×124Fe

{0001}×1×33Mg,Zn,Ti{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti

{1011}

6Mg,Ti密排六方第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)（2）滑移系

一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：

與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)；

與同時(shí)開動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（c）。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au

{110}×6

×212Fe,W,Mo體心立方{121}×12<111>×112Fe,W

{123}×24

×124Fe

{0001}×1×33Mg,Zn,Ti{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti

{1011}

6Mg,Ti密排六方第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)

（3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c）

c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。

外力在滑移方向上的分解。c＝scoscos

第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

3滑移的晶體學(xué)

（3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c）

c取決于金屬的本性，不受，的影響；

或＝90時(shí)，s；c＝scoscos

s的取值

，＝45時(shí)，s最小，晶體易滑移；

軟取向：值大；

取向因子：coscos

硬取向：值小。

第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

4滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)

（1）位向和晶面的變化拉伸時(shí),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。

幾何硬化：，遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化

幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

5多滑移

（1）滑移的分類多滑移：在多個(gè)（>2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。雙滑移：

單滑移：

（2）等效滑移系：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。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

6交滑移

（1）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。（2）機(jī)制

螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過程；螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形

7滑移的表面痕跡

單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙В欢嗷疲合嗷ソ徊娴幕茙?；交滑移：波紋狀的滑移帶。第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形二

孿生

（1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。

孿生面

A1{111},A2{112},A3{1012}（2）孿生的晶體學(xué)孿生方向

A1<112>,A2<111>,A3<1011>

孿晶區(qū)

第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第二節(jié)單晶體的塑性變形二

孿生

第七章塑性變形第二節(jié)單晶體塑變（3）孿生變形的特點(diǎn)

滑移孿生相同點(diǎn)1均勻切變；2沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；不改變結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)

晶體位向不改變（對(duì)拋光面觀察無重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系（對(duì)拋光面觀察有重現(xiàn)性）位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對(duì)塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時(shí)發(fā)生變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果

2h第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)多晶體的塑性變形1晶粒之間變形的傳播位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)相鄰晶粒變形塑變

2晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）

第七章塑性變形第三節(jié)多晶體塑變

第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)多晶體的塑性變形3晶界對(duì)變形的阻礙作用（1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。（2）晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過。（3）晶粒大小與性能的關(guān)系

a晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：由下列霍爾－配奇公式可知)s=0+kd-1/2

原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。（有尺寸限制）第七章塑性變形第三節(jié)多晶體塑變

第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第三節(jié)多晶體的塑性變形3晶界對(duì)變形的阻礙作用

晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中

導(dǎo)致的開裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變

形量，表現(xiàn)出高塑性。

b晶粒越細(xì)，塑韌性提高

細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易

萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂

過程中可吸收較多能量,表現(xiàn)出高韌性。第七章塑性變形第三節(jié)多晶體塑變

第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)合晶的塑性變形一

固溶體的塑性變形

1固溶體的結(jié)構(gòu)

2固溶強(qiáng)化

（1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。

晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；

（2）強(qiáng)化機(jī)制

柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。第七章塑性變形第四節(jié)合金塑變

第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)合晶的塑性變形一

固溶體的塑性變形

2固溶強(qiáng)化

（3）屈服和應(yīng)變時(shí)效

現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。

預(yù)變形和時(shí)效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間或200℃加熱后再加載出現(xiàn)屈服。

原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。第七章塑性變形第四節(jié)合金塑變

第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)合晶的塑性變形一

固溶體的塑性變形

2固溶強(qiáng)化

（4）固溶強(qiáng)化的影響因素溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好；

溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化效果越好；

…價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好；

間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。第七章塑性變形第四節(jié)合金塑變

第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)合晶的塑性變形二

多相合金的塑性變形

1結(jié)構(gòu)：基體＋第二相。

2性能（1）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。（2）軟基體＋硬第二相

第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；

a結(jié)構(gòu)

兩相呈層片狀分布（珠光體）；

第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。第七章塑性變形第四節(jié)合金塑變

第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第四節(jié)合晶的塑性變形二

多相合金的塑性變形

2性能（2）軟基體＋硬第二相

彌散強(qiáng)化：位錯(cuò)繞過第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))b強(qiáng)化

沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）第七章塑性變形第四節(jié)合金塑變

第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一

對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響

晶粒拉長(zhǎng);1形成纖維組織

雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。第七章塑性變形第五節(jié)組織性能變化

第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一

對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響

2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。

絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成）（2）常見類型

板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時(shí)形成）

力學(xué)性能：利：深沖板材變形控制；弊：制耳。（3）對(duì)性能的影響

(各向異性)

物理性能：硅鋼片<100>織構(gòu)可減少鐵損。

第七章塑性變形第五節(jié)組織性能變化

第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

一

對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響

3形成位錯(cuò)胞變形量

位錯(cuò)纏結(jié)

位錯(cuò)胞（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。）

第七章塑性變形第五節(jié)組織性能變化

第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

二

對(duì)性能的影響

1對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）

（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。

第七章塑性變形第五節(jié)組織性能變化

第二十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期六第五節(jié)

塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響

二

對(duì)性能的影響

1對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）

強(qiáng)化金屬的重要途徑；

利

提高材料使用安全性；

（2）利弊

材料加工成型的保證。

弊

變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；