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1、会计学1材料材料(cilio)的形变和再结晶的形变和再结晶第一页，共162页。2 2冷轧冷轧热轧热轧(r zh)高能高能(gonng)不稳定不稳定温度温度(wnd)高高回复回复第1页/共162页第二页，共162页。3 3内容内容(nirng)预报预报n n为什么要学！？与什么有关？n n材料在加工制备及应用过程(guchng)中都要受到外力的作用n n材料受力要发生变形：弹性变形、塑性变形、断裂n n本章主要研究材料的变形规律及其微观机制。n n研究变形后的材料在回复、再结晶过程(guchng)中组织、结构和性能的变化规律。第2页/共162页第三页，共162页。4 4本章章节本章章节(zhng
2、ji)结构结构5.1弹性和粘弹性 5.2晶体的塑性变形 5.3回复和再结晶 5.4热变形与动态(dngti)回复、再结晶5.5陶瓷材料变形的特点5.6高聚物的塑性变形 第3页/共162页第四页，共162页。5 5本章本章(bn zhn)学习重点与难点学习重点与难点1.1.弹性变形的特点和胡克定律弹性变形的特点和胡克定律2.2.弹性的不完整性和粘弹性弹性的不完整性和粘弹性3.3.塑性变形中：滑移与孪生的异同点塑性变形中：滑移与孪生的异同点4.4.滑移的临界滑移的临界(ln ji)(ln ji)分切应力分切应力5.5.滑移的位移机制滑移的位移机制6.6.多晶体塑性变形的特点多晶体塑性变形的特点7.
3、7.细晶强化与细晶强化与Hall-PetchHall-Petch公式公式8.8.屈服现象与应变时效屈服现象与应变时效9.9.弥散强化弥散强化10.10.加工硬化加工硬化11.形变织构与残余应力形变织构与残余应力12.回复动力学与回复机制回复动力学与回复机制13.再结晶形核机制及再结晶动力学再结晶形核机制及再结晶动力学14.再结晶温度及其影响再结晶温度及其影响(yngxing)因素因素15.影响影响(yngxing)再结晶晶粒大小的因素再结晶晶粒大小的因素16.晶粒的正常长大及其影响晶粒的正常长大及其影响(yngxing)因素因素17.一次与二次再结晶，以及静态与动态再结晶的区别一次与二次再结晶
4、，以及静态与动态再结晶的区别18.无机非金属材料塑性变形的特点无机非金属材料塑性变形的特点19.高聚物塑性变形的特点高聚物塑性变形的特点第4页/共162页第五页，共162页。6 6材料材料(cilio)试验机示意试验机示意图拉伸图拉伸位移位移(wiy)载荷载荷第5页/共162页第六页，共162页。7 7弹性弹性(tnxng)极限极限抗拉强度抗拉强度(kn l qin d)屈服强度，会产生屈服强度，会产生(chnshng)0.2%永久变形永久变形第6页/共162页第七页，共162页。8 85.1弹性弹性(tnxng)和粘和粘弹性弹性(tnxng)n n弹性外力(wil)去除后形变能够完全恢复的性
5、质n n线性（符合胡克定律）和非线性第7页/共162页第八页，共162页。9 9n n弹性的本质（原子、离子间的相互作用力）n n平衡位置r0，系统的能量最低n n受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力，能量升高n n当外力消失(xiosh)，原子将恢复到平衡位置，变形完全消失(xiosh)，能量下降第8页/共162页第九页，共162页。1010弹性变形的特征弹性变形的特征弹性变形的特征弹性变形的特征(tzhng)(tzhng)和弹性模量和弹性模量和弹性模量和弹性模量n n特征：n n（1）理想(lxing)的弹性变形是可逆的。n n（2）实际材料，在弹性变形范围内，服从胡克定律：第9页/
6、共162页第十页，共162页。1111n n广义的胡克定律：n n晶体(jngt)的各向异性，各个方向的弹性模量不相同刚度刚度(n d)矩阵矩阵第10页/共162页第十一页，共162页。1212柔度矩阵柔度矩阵(j zhn)第11页/共162页第十二页，共162页。1313n n对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性系数有36个，其中(qzhng)21个是独立的：n nCij=Cji，Sij=Sjin n而晶体也存在对称性，所以在某几个方向上原子排列是相同的，所以系数将会进一步减少。立方立方(lfng)晶系，有晶系，有3个独立弹性个独立弹性系数；系数；六方晶系，有六方晶系，有5个独立弹性系
7、数；个独立弹性系数；正交晶系，有正交晶系，有9个独立弹性系数；个独立弹性系数；第12页/共162页第十三页，共162页。1414对于均质正交异性弹性体，最一般的情况，对于均质正交异性弹性体，最一般的情况，弹性系数有弹性系数有1212个，其中个，其中(qzh(qzh ng)9ng)9个是独个是独立的。立的。第13页/共162页第十四页，共162页。1515n n体弹性模量K（压缩模量）n n应力与体积变化率之比。n n对模量的讨论：n n弹性模量代表了原子离开平衡位置的难易程度，也表征了原子间的相互作用。n n对于晶体来说，也反应了不同方向原子（离子）排列的紧密程度。（见表5.2）n n材料特别
8、是复合材料由于(yuy)组织结构的各同异性也会导致不同方向模量的不同第14页/共162页第十五页，共162页。1616弹性弹性弹性弹性(tnxng)(tnxng)的不完整性的不完整性的不完整性的不完整性n n理想的弹性体：n n理想的弹性体是不存在(cnzi)的，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等弹性不完整性。n n包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。第15页/共162页第十六页，共162页。17171 1、包申格效应、包申格效应 预先加载产生少量预先加载产生少量(sh(sh oling)oling)塑性变形（小于塑性变形（小于4 4）而后再同向加载则而后再同向加载
9、则 e e升高，但反向加载则升高，但反向加载则 e e下降。下降。第16页/共162页第十七页，共162页。18182 2、弹性后效、弹性后效 在加载或卸载时，的弛豫在加载或卸载时，的弛豫过程过程(guchng)(guchng)现象。现象。在弹性极限在弹性极限 e e范围内，应范围内，应变滞后于外加应力，变滞后于外加应力，并和时间有关的现象并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹称为弹性后效或滞弹性性 第17页/共162页第十八页，共162页。19193 3、弹性滞后、弹性滞后 应变落后于应力，应变落后于应力，-曲线上加载线与卸载曲线上加载线与卸载线形成一封闭回线线形成一封闭回线表明加载时消耗于材
10、料的变形功大于卸载时表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小材料内部所消耗，称之为内耗，其大小(dxi(dxi o)o)即用弹性滞后环面积度量。即用弹性滞后环面积度量。功功第18页/共162页第十九页，共162页。2020粘弹性粘弹性n n粘弹性：一些非晶或多晶体，在比较小的应力时可以同时表现出粘性和弹性。n n所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在外力作用下便会发生没有确定形状(xngzhun)的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。第19页/共162页第二十页，共162页。2121n n粘弹
11、性是高分子材料的重要力学状态n n主链的内旋转，沿外力方向伸展；n n分子链之间发生相对滑移(hu y)，产生粘性变形。n n粘弹性的特点：n n应变落后于应力。应力-应变回线，存在内耗Maxwell适用于应力适用于应力(yngl)松松弛弛Voigt蠕变回复蠕变回复(huf)、弹性后效和弹性、弹性后效和弹性记忆记忆第20页/共162页第二十一页，共162页。22225.2、晶体、晶体(jngt)的塑性变形的塑性变形超过弹性极限超过弹性极限(jxin)后，开始屈服，出现塑性变形后，开始屈服，出现塑性变形多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系所
12、以，从单晶体的塑性变形谈起所以，从单晶体的塑性变形谈起第21页/共162页第二十二页，共162页。2323单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形n n常温及低温下，塑性变形方式：滑移，孪生，扭折。n n高温下的形变的方式：扩散等n n1、滑移n n 当应力达到一定的大小时，晶体中一定方向的层片之间就会产生的相对滑移，大量的层片间滑动的累积(lij)，就成为宏观塑性变形。第22页/共162页第二十三页，共162页。2424单晶锌变形后产生单晶锌变形后产生(chnshng)的滑移带的滑移带第23页/共162页第二十四页，共162页。2525滑移滑移(hu y)线与滑移线与滑移(hu y)带带 第24页/
13、共162页第二十五页，共162页。2626滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体间的晶体(jngt)层片则未产生变形，只是彼此之间作层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已相对位移而已 第25页/共162页第二十六页，共162页。2727n n滑移系滑移系n n塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为这些晶面和晶向分别称为“滑移面滑移面”和和“滑移方滑移方向向”。n n一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系
14、。做一个滑移系。n n不同不同(b tn(b tn)的晶体结构，其滑移面和滑移方的晶体结构，其滑移面和滑移方向也不同向也不同(b tn(b tn)。n n同一晶体结构，也会有不同同一晶体结构，也会有不同(b tn(b tn)的滑移面的滑移面和滑移方向。和滑移方向。第26页/共162页第二十七页，共162页。2828思考一下：滑移面及滑移方向上的原子思考一下：滑移面及滑移方向上的原子(yunz(yunz)排布密度上排布密度上有什么特征？有什么特征？面与面之间的结合力面与面之间的结合力密排面和密排方向密排面和密排方向第27页/共162页第二十八页，共162页。2929面心立方晶体面心立方晶体面心立
15、方晶体面心立方晶体(jngt(jngt)中的滑移中的滑移中的滑移中的滑移111滑移滑移(hu y)面面滑移滑移(hu y)方向方向第28页/共162页第二十九页，共162页。3030体心体心(t xn)立方晶体中立方晶体中110滑移滑移(hu y)面面112滑移滑移(hu y)面面123滑移面滑移面滑移方向滑移方向第29页/共162页第三十页，共162页。3131n n滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列(pili)最密的晶面和晶向。n n原子密度大面间距大点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；n n至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。n n
16、体心立方滑移面有三组，原因是没有特别突出的密排面。n n六方密排，滑移方向一般为，而滑移面除0001之外还与其轴比(c/a)有关，当c/a1.633时，密排面可能为1011或1010等晶面第30页/共162页第三十一页，共162页。3232n n在其他条件相同在其他条件相同(xin(xin tn tn)时，晶体中的滑移系愈多，时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。n n面心立方晶体的滑移系共有面心立方晶体的滑移系共有n n11143=1211143=12n n体心立方晶体，滑移系共有体心立方晶体，滑移系共有n n11062+
17、112121+123241=4811062+112121+123241=48n n密堆六方晶体的滑移系仅有密堆六方晶体的滑移系仅有n n(0001)1 3=3(0001)1 3=3n n由于滑移系数目太少，由于滑移系数目太少，hcphcp多晶体的塑性不如多晶体的塑性不如fccfcc或或bccbcc的好。的好。第31页/共162页第三十二页，共162页。3333思考题思考题n n今有纯Ti，Al二种铸锭，试判断它们在室温（20）轧制的难易顺序(shnx)？n n已知：Ti熔点为1672 ，在883以下为密排六方，在883 以上为面心立方；Al的熔点为660，面心立方。第32页/共162页第三十三
18、页，共162页。3434外加外加(wiji)应应力力两个两个(lin)角度角度第33页/共162页第三十四页，共162页。3535位错的滑移是实现位错的滑移是实现(shxin)塑性变形的一种方式塑性变形的一种方式第34页/共162页第三十五页，共162页。3636n n晶体什么时候开始屈服晶体什么时候开始屈服(开始有塑性形变开始有塑性形变)？n n有滑移系开动有滑移系开动(kidng)!(kidng)!n n这么多滑移系到底是哪个滑移？这么多滑移系到底是哪个滑移？n n看哪个先达到其临界分切应力看哪个先达到其临界分切应力n n此时的此时的 应该称为屈服强度应该称为屈服强度第35页/共162页第
19、三十六页，共162页。3737外力方向、法外力方向、法线、线、滑移滑移(hu y)方向方向不一定共面不一定共面第36页/共162页第三十七页，共162页。3838cos cos：取向：取向(q xin)因子或施密特因子因子或施密特因子 因子大：软取向因子大：软取向(q xin)因子小：硬取向因子小：硬取向(q xin)当当=90时：时：滑移面平行于外力方向滑移面平行于外力方向当当=90时：时：滑移面垂直于外力方向滑移面垂直于外力方向不滑移不滑移当外力方向当外力方向(fngxing)、法线、滑移方向、法线、滑移方向(fngxing)共面，共面，且且+=90,=45时，取向因子最大时，取向因子最大
20、0.5第37页/共162页第三十八页，共162页。3939滑移滑移(hu y)的临界分切应力的影的临界分切应力的影响因素响因素n n真实反映了单晶体的一个物理量真实反映了单晶体的一个物理量n n大小大小n n晶体结构（类型及缺陷晶体结构（类型及缺陷(quxin)(quxin)）n n温度温度n n变形速度变形速度见表见表5.4第38页/共162页第三十九页，共162页。4040对密排六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸(l shn)(l shn)n n只有一个滑移面(0001)，如果垂直或者平行此面进行拉伸，会不会产生滑移？n n不会n n所以对于
21、单晶材料来说，拉伸试样的晶格取向(q xin)决定了其屈服强度!第39页/共162页第四十页，共162页。41411 1、材料什么、材料什么(shn me)(shn me)时候屈服？时候屈服？有一滑移系达到临界分切应力有一滑移系达到临界分切应力2 2、取向因子与什么、取向因子与什么(shn me)(shn me)有关系？有关系？各滑移系各滑移系(滑移面及滑移方向滑移面及滑移方向)与与F F的位置关的位置关系系思考思考(sko)第40页/共162页第四十一页，共162页。4242滑移滑移(hu y)时晶面的转动时晶面的转动第41页/共162页第四十二页，共162页。4343拉伸时旋转拉伸时旋转(
22、xunzhun)机制机制最大切应力最大切应力(yngl)滑移滑移(hu y)旋转旋转旋转效果：使滑移方向转旋转效果：使滑移方向转至最大切应力方向，从而至最大切应力方向，从而更容易滑移更容易滑移第42页/共162页第四十三页，共162页。4444受压时的旋转受压时的旋转(xunzhun)结果结果(ji gu)，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直第43页/共162页第四十四页，共162页。4545滑移面转动，滑移方向不断滑移面转动，滑移方向不断(bdun)改变改变n n滑移滑移(hu y)(hu y)面上的分切应力也会发生变化。面上的分切应力也会发生变化。n n 越
23、造近越造近4545，越有利于滑移，越有利于滑移(hu y)(hu y)。反之，不利于滑移。反之，不利于滑移(hu y)(hu y)。第44页/共162页第四十五页，共162页。4646多系滑移多系滑移(hu y)n n多个滑移系：在外力增加时，谁先达到临界值，谁先滑移；n n滑移过程中各滑移系上的分切应力会不断变化；n n一组不能滑移时，另一组滑移系有可能达到临界值；n n所以有可能两组或者(huzh)更多组滑移面上同时进行滑移，或交替进行。第45页/共162页第四十六页，共162页。4747n n交滑移现象：两个或多个滑移面沿着共同的滑移方向同时或者交替滑移。n n强化机制：在多系滑移过程中
24、，不同滑移系的位错相互交割，而使位错移动困难(kn nn)，从而起到强化的作用。第46页/共162页第四十七页，共162页。4848FCCFCC结构结构结构结构(jigu)(jigu)中确定滑移系统中确定滑移系统中确定滑移系统中确定滑移系统镜像法则镜像法则镜像法则镜像法则n n找到加载方向所在的取向三角形找到加载方向所在的取向三角形n n根据位置确定根据位置确定(qudng)(qudng)先开始的先开始的滑移系滑移系n n三角形内部三角形内部1 1个滑移系开动个滑移系开动n n三角形边界三角形边界2 2个滑移系开动个滑移系开动n n110110顶点上顶点上 4 4个滑移系开动个滑移系开动n n
25、111111顶点上顶点上 6 6个滑移系开动个滑移系开动n n001001顶点上顶点上 8 8个滑移系开动个滑移系开动第47页/共162页第四十八页，共162页。4949例：例：例：对一个例：对一个FCCFCC单晶棒，沿单晶棒，沿215215方向方向拉伸，请确定哪个滑移系先开动。拉伸，请确定哪个滑移系先开动。首先：画出晶体的首先：画出晶体的(001)(001)标准投影图，标准投影图，然后找到所在的取向三角形然后找到所在的取向三角形101-111-001101-111-001按照镜像法则按照镜像法则(f(f z)z)，FCCFCC晶体的滑晶体的滑移面应该是移面应该是(111)(111)的镜像的镜
26、像(111)(111)，滑移方向应该是滑移方向应该是101101的镜像的镜像011011。所以，滑移系。所以，滑移系(111)011(111)011先开动。先开动。第48页/共162页第四十九页，共162页。5050Example:Given:BCC crystal having 110 slip system Determine active slip system in response to tensile loading along .Solve:Draw a standard projection.Label the loading direction in standard pro
27、jection.Determine the active S.S by Reflection Rule.第49页/共162页第五十页，共162页。5151 a)a)locate inside the orientation triangle(locate inside the orientation triangle(),single slip.),single slip.b)b)locate at the edge of the orientation locate at the edge of the orientation triangle(),double(duplex)slip.tr
28、iangle(),double(duplex)slip.c)c)locate at the corner of the orientation locate at the corner of the orientation triangle,multiple slip.triangle,multiple slip.When the axis of load is in the edge or corner of the orientation triangle,muli-slip occurs.F F1 1F F2 2F F3 3第50页/共162页第五十一页，共162页。5252滑移滑移(h
29、u y)的位错机制的位错机制 n n滑移不是面与面之间做刚性运动，而是通过位错的移动逐步(zhb)进行的。n n一个位错移动到表面，会产生一个b的滑移，大量的位错移动到表面就会产生宏观的塑性变形。n n位错运动是有阻力的，所以滑移的容易与否，与位错滑移的阻力有很大的关系。第51页/共162页第五十二页，共162页。5353n n派-纳(P-N)力n n位错滑移要克服(kf)点阵周期性阻力与与d和和b之间的关系之间的关系(gun x)第52页/共162页第五十三页，共162页。5454n n讨论一下P-N力n n与d和b的关系(gun x)n nd大，b小，力小，容易滑移n n而d大的面，是密排
30、面，d小是密排方向这也解释这也解释(jish)了为什么滑移面是密排面，滑移方了为什么滑移面是密排面，滑移方向是密排方向向是密排方向第53页/共162页第五十四页，共162页。5555n n位错的运动不是整齐划一(zhn q hu y)地前进，而是有前有后，存在扭折现象。n n可以进一步降低滑移所需的应力。第54页/共162页第五十五页，共162页。5656n n所有阻碍位错运动的因素，都会导致强化n n位错应力场之间的相互作用n n位错交割(jiog)后产生的扭折和割阶n n位错运动过程中，与晶界和第二相质点的相互作用第55页/共162页第五十六页，共162页。57572、孪生、孪生(luns
31、hng)n n常作为(zuwi)滑移的救星n na、孪生变形过程一系列一系列(111)沿沿111按按abcabc堆垛堆垛第56页/共162页第五十七页，共162页。5858(110)上的原子上的原子(yunz)排布排布(111)112第57页/共162页第五十八页，共162页。5959变形与未变形两部分晶体合称为孪晶变形与未变形两部分晶体合称为孪晶切变切变(qi bin)区与未切变区与未切变(qi bin)区的分区的分界面为孪晶界界面为孪晶界发生均匀切变发生均匀切变(qi bin)的那组晶面称为孪晶的那组晶面称为孪晶面面孪生面的移动方向称为孪生方向孪生面的移动方向称为孪生方向均匀均匀(jnyn
32、)切变切变第58页/共162页第五十九页，共162页。6060b b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点相同点：相同点：都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。都不改变都不改变(g(g ibin)ibin)晶体结构。晶体结构。都存在临界分切应力。都存在临界分切应力。都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。晶面和晶向的平移。第59页/共162页第六十页，共162页。6161b b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点不同点：不同点：对塑性变形的贡献小，但是可以改变位
33、向，因此可以进一步诱发滑对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，因此可以进一步诱发滑移。移。孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系(gun x)(gun x)。滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。方向的均匀切变，不全位错参与。孪生的临界分切应力大。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。孪生的临界分切应力大。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。第60页/共16
34、2页第六十一页，共162页。6262c c、孪生的形成、孪生的形成变形孪晶（机械变形孪晶（机械(jxi)(jxi)孪晶）呈片状孪晶）呈片状生长孪晶生长孪晶退火孪晶横贯整个晶粒，堆垛退火孪晶横贯整个晶粒，堆垛层错层错第61页/共162页第六十二页，共162页。6363变形变形变形变形(bin xng)(bin xng)孪晶孪晶孪晶孪晶n n形核和长大(chn d)n n极快爆发（有时有响声）出薄片孪晶n n需较大的应力，发生在滑移受阻的应力集中区n n孪晶界扩展来增宽n n所需的应力则较小，所以长大(chn d)速度快第62页/共162页第六十三页，共162页。6464n n六方：滑移系少，容易
35、出现孪生变形(bin xng)n n体心立方：在低温，形变速度快，滑移受阻时，也会出现孪生现象。n n面心：滑移系较多，形变孪晶很少，较多的是退火孪晶。孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方位，孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方位，由不利转为有利位置由不利转为有利位置(wi zhi)，从而进一步滑移。两者，从而进一步滑移。两者相辅相成，有时交替进行。相辅相成，有时交替进行。第63页/共162页第六十四页，共162页。6565d、孪生的位错机制由于孪生变形时，整个孪晶区发生均匀切变，其各层晶面的相对位移是借助一个(y)不全位错（肖克莱不全位错）运动而造成的。第64页/共162页第
36、六十五页，共162页。66663、扭折、扭折n n为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方式称为(chn wi)扭折，变形区域则称为(chn wi)扭折带。n n扭折是一种协调性变形，它能引起应力松弛，使晶体不致断裂。第65页/共162页第六十六页，共162页。6767与孪晶不同扭折区晶体(jngt)的取向不对称性。会使滑移系的方位发生变化，从而进一步滑移。第66页/共162页第六十七页，共162页。6868还会伴随(bn su)孪晶的出现第67页/共162页第六十八页，共162页。6969多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性
37、变形1 1、晶粒取向的影响：、晶粒取向的影响：多晶体由很多小单晶组成，晶粒取向各多晶体由很多小单晶组成，晶粒取向各不相同，变形不相同，变形(bin xng)(bin xng)影响因素复杂。影响因素复杂。变形变形(bin xng)(bin xng)时要保持整体的连续性，时要保持整体的连续性，所以要相互配合。所以要相互配合。各晶粒不一定在最有利于滑移的方向进各晶粒不一定在最有利于滑移的方向进行滑移。行滑移。第68页/共162页第六十九页，共162页。7070铜多晶试样铜多晶试样(sh yn)拉伸后形成的滑移拉伸后形成的滑移带带,173倍倍(采自采自C.Brady,美国国家标准美国国家标准局局)第6
38、9页/共162页第七十页，共162页。7171第70页/共162页第七十一页，共162页。7272n n一个多晶体是否能够塑性变形，决定一个多晶体是否能够塑性变形，决定(judng)(judng)于它于它是否具备有是否具备有5 5个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相个独立的滑移系来满足各晶粒变形时相互协调的要求互协调的要求n n面心、体心多晶体塑性好面心、体心多晶体塑性好n n密排六方晶体塑性差密排六方晶体塑性差 第71页/共162页第七十二页，共162页。73732 2、晶界的影响、晶界的影响晶粒取向各不相同，存在晶界晶粒取向各不相同，存在晶界结构特征结构特征两侧，晶粒取向不同两侧，晶粒取向不
39、同(b tn(b tn)，滑移方向和滑，滑移方向和滑移面不一致移面不一致滑移很难跨过晶界延续滑移很难跨过晶界延续所以在室温下，晶界对滑移具有阻碍作用所以在室温下，晶界对滑移具有阻碍作用晶界变形晶界变形(bin xng)量小量小第72页/共162页第七十三页，共162页。7474n n位错的塞积（交通堵塞）n n晶界附近产生塞积群；n n对位错源产生一反作用力。阻止新位错的产生；n n要继续塑性变形，必须加大应力(yngl)，使另一取向晶粒中位错源的开始动作；n n对多晶体来说，外加应力(yngl)必须满足大部分晶粒的滑移要求，才能产生宏观的塑性变形。第73页/共162页第七十四页，共162页。
40、7575n n晶界的数量与晶粒大小有直接关系n n晶粒尺寸晶界数量n n霍尔佩奇公式(gngsh)：n n多晶体的屈服强度s与晶粒平均直径d的关系室温室温(sh wn)下下第74页/共162页第七十五页，共162页。7676l晶粒细小的材料具有良好晶粒细小的材料具有良好(lingho)的的综合力的的综合力学性能学性能l具有较高的强度、硬度具有较高的强度、硬度l良好良好(lingho)的塑性和韧性的塑性和韧性第75页/共162页第七十六页，共162页。7777n n细化晶粒能够提高塑性的原因是：n n多晶体内各晶粒变形是不均匀的，其不均匀程度会因晶粒大小的不同而有很大差异。晶粒越细小，这种不均匀
41、程度越小，因为晶粒越小，塞积在晶界的位错群所产生的应力场将很容易影响到相邻晶粒的整个体积，也就容易启动相邻晶粒的位错源而产生协调变形，是变形不均匀程度减小。所以不容易在晶粒中产生应力集中(jzhng)，继而达到塑性提高的效果。第76页/共162页第七十七页，共162页。7878高温下（0.5Tm）扩散快；晶界的相对滑动。高温蠕变等强温度TE，晶界强度(qingd)与晶粒本身强度(qingd)比较第77页/共162页第七十八页，共162页。7979合金合金合金合金(hjn)(hjn)的塑性变形的塑性变形的塑性变形的塑性变形n n工程上一般工程上一般(ybn)(ybn)不使用纯金属材料，而是使用合
42、金。为什么？不使用纯金属材料，而是使用合金。为什么？n n和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点n n可分为单相固溶体合金的塑性变形和多相合金的塑性变形可分为单相固溶体合金的塑性变形和多相合金的塑性变形 第78页/共162页第七十九页，共162页。80801、单相固溶体合金的塑性变形存在溶质原子固溶强化、明显的屈服点与应变(yngbin)时效。a、固溶强化第79页/共162页第八十页，共162页。8181n n不同溶质原子(yunz)所引起的固溶强化效果不同第80页/共162页第八十一页，共162页。8282n n影响影响(y(y ngxing
43、xi ng)ng)固溶强化的因素固溶强化的因素n n溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显明显n n与基体相差越大，强化作用越强。与基体相差越大，强化作用越强。n n间隙型原子比置换型强化作用大；间隙型原子比置换型强化作用大；n n间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固溶度小，所以作用也是有限。但由于间隙固溶度小，所以作用也是有限。n n价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。第81页/共162页第八十二页，共162页。8383b、屈服现象与应变(yngbin
44、)时效吕德斯带吕德斯带形成形成(xngchng)扩展扩展与滑移带区别与滑移带区别多晶粒协作多晶粒协作(xizu)的的结果结果贯穿截面每个晶粒贯穿截面每个晶粒每个晶粒内部按各自的每个晶粒内部按各自的滑移系滑移滑移系滑移第82页/共162页第八十三页，共162页。8484屈服点屈服点n n上屈服点：试样(sh yn)发生屈服而试验力首次下降前的最大应力。n n下屈服点：屈服阶段的最小应力。n n采用下屈服点的理由：上屈服点su波动性很大，对试验条件的变化很敏感；而下屈服点sl再现性较好。第83页/共162页第八十四页，共162页。8585n n为什么会存在这种明显的屈服现象！n nCottrel气
45、团n n在固溶体合金中，溶质原子(yunz)或杂质原子(yunz)可以与位错交互作用而形成溶质原子(yunz)气团n n如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子(yunz)C，N等或尺寸大的原子(yunz)会在此处偏聚以消除应力，n n则位错的能量降低，趋于稳定，即位错被钉扎屈服的物理本质屈服的物理本质上屈服点：挣脱上屈服点：挣脱(zhn tu)Cottrel气团，需要较大的应气团，需要较大的应力力下屈服点：挣脱下屈服点：挣脱(zhn tu)以后位错的运动就容易，应力以后位错的运动就容易，应力下降下降第84页/共162页第八十五页，共162页。8686n n从位错的运动规律来解释(jish)屈服
46、现象应变应变(yngbin)速率速率可动位错密度可动位错密度(md)运动速度运动速度柏氏矢量柏氏矢量受到的受到的有效应力有效应力作单位速度运动作单位速度运动所需应力所需应力应力敏感指数应力敏感指数 不变不变初始阶段：初始阶段：m小，需要小，需要v大，则大，则 大大开始后：开始后：m大，需要大，需要v小，则小，则 小小第85页/共162页第八十六页，共162页。8787n n应变(yngbin)时效n nCottrell气团第86页/共162页第八十七页，共162页。88882、多相合金(hjn)的塑性变形第二相数量、尺寸、形状和分布根据尺寸大小分为聚合型相差不多弥散型细小第87页/共162页第
47、八十八页，共162页。8989a、聚合型若全是塑性相时，塑性取决于两相的体积(tj)分数变形先发生变形先发生(fshng)在较在较软的相中软的相中第88页/共162页第八十九页，共162页。9090b、弥散分布型强化作用：弥散相对位错的阻碍作用弥散相是否可变形(bin xng)？不可变形(bin xng)（外加的）阻挡阻挡(zdng)，弯曲，弯曲反作用反作用粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提高体积分数都会提高合金高体积分数都会提高合金(hjn)强度强度第89页/共162页第九十页，共162页。9191夹杂夹杂(jiz)物对位错物对位错运动的阻碍
48、运动的阻碍第90页/共162页第九十一页，共162页。9292n n可变形（沉淀相）n n位错会切过粒子，强化作用(zuyng)取决于粒子本身n n的性质，以及与基体的联系，强化机制复杂n n打乱规则有序的排列n n出现新界面，界面排列不规则，界面能升高n n滑移面上，粒子与基体间晶格不同，阻力n n比体积（模量不同）不同，产生的应力场与位错相互作用(zuyng)第91页/共162页第九十二页，共162页。9393塑性变形对材料组织与性能塑性变形对材料组织与性能塑性变形对材料组织与性能塑性变形对材料组织与性能(xngnng)(xngnng)的影的影的影的影响响响响1、显微组织的变化(binhu
49、)晶粒内部结构出现大量的滑移带或孪晶带晶粒外观结构将逐渐沿其变形方向伸长当变形量很大时，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。方向即是材料流变伸展的方向。第92页/共162页第九十三页，共162页。9494第93页/共162页第九十四页，共162页。95952、亚结构的变化塑性变形(bin xng)是借助位错在应力作用下运动和不断增殖。变形(bin xng)度，晶体中的位错密度 胞状胞状亚结构亚结构(jigu)第94页/共162页第九十五页，共162页。96963、性能(xngnng)的变化a、加工硬化第95页/共162页第九十六页，共162页。9797n n加工硬化曲线，三
50、阶段n n易滑移(hu y)阶段n n线性硬化阶段n n抛物线阶段不同不同(b tn)晶系单晶晶系单晶第96页/共162页第九十七页，共162页。9898晶粒尺寸晶粒尺寸(ch cun)多晶与多晶与单晶单晶同样同样(tngyng)伸长率下，多晶体所需拉应力要高？伸长率下，多晶体所需拉应力要高？多晶体曲线无第多晶体曲线无第I阶段阶段第97页/共162页第九十八页，共162页。9999n n加工硬化的决定性因素n n位错密度：流变应力与位错密度的平方根成线性关系n n钉扎作用n nb、其他(qt)性能的变化n n物理性能：电阻，热导率n n化学性能：自由焓，化学活性第98页/共162页第九十九页，