第七章金屬的塑性變形主要參考書： 李超，《金屬學(xué)原理》第十章1PPT課件第七章金屬的塑性變形主要參考書：1PPT課件引言金屬受力→變形=彈性形變＋塑性形變外力撤除→彈性形變自動消除＋塑性形變永久殘留研究塑性變形的重要性：

★塑性變形是使金屬成形的主要技術(shù)，如鍛、軋、擠壓、拉拔等?！餀C(jī)械加工中也伴隨有塑性變形?！锊考尚秃蟛辉试S再產(chǎn)生塑性變形，如熱處理變形易使部件報廢?！锊考蹠r，不允許發(fā)生塑性變形，避免事故或部件斷裂。研究塑性變形的意義：☆認(rèn)識金屬的塑性變形和強度之間的本質(zhì)，建立微觀組織與宏觀力學(xué)性能的聯(lián)系?！钐剿鲝娀饘俨牧系臋C(jī)理，并由此探索強化金屬材料的方法及途徑?！钐峁┯嘘P(guān)變形問題的理論依據(jù)，以改進(jìn)實際生產(chǎn)工藝和質(zhì)量。塑性變形的分類：?冷塑變：變形溫度低于再結(jié)晶溫度的塑性變形，也稱冷加工。?熱塑變：變形溫度高于再結(jié)晶溫度的塑性變形，也稱熱加工。2PPT課件引言2PPT課件工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線（以退火低碳鋼為例）★

oe段：

＜e彈性變形階段，符合Hook定律＝Ee

或t＝Gge為彈性極限，表示金屬抵抗彈性變形的能力?！?/p>

es段：

e≤＜s屈服階段，由彈變向塑變過渡，出現(xiàn)微量塑變。s為屈服極限（工業(yè)中常用0.2），表示金屬抵抗微量塑性變形的能力?！?/p>

sb段：

s≤＜b均勻塑變階段，試樣整體發(fā)生均勻塑變。b為抗拉強度，表示金屬抵抗均勻塑性變形的能力?！颾f段：

b≤真應(yīng)力

縮頸階段，試樣局部發(fā)生強烈塑變，出現(xiàn)“縮頸”。

f

為斷裂強度，表示金屬抵抗局部強烈塑性變形的能力。3PPT課件工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線（以退火低碳鋼為例）★bf段：★

，均表示金屬發(fā)生塑性變形的能力。★

前者表示均勻變形能力，后者表示局部變形的能力?！?/p>

無論強度或塑性指標(biāo)，均與微觀組織特征及狀態(tài)有關(guān)。強度指標(biāo)：

e s(0.2) b

f常用：

s(0.2)b塑性指標(biāo)：延伸率斷面收縮率4PPT課件★，均表示金屬發(fā)生塑性變形的能力。強度指標(biāo)：延伸率斷面§7-1單晶體的塑性變形一、彈性變形

1．宏觀規(guī)律在工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線中的oe段，

與e成線性關(guān)系

＝Ee

或t＝Gg

為泊松比，對于低碳鋼在0.3~0.5之間。2．微觀規(guī)律雙原子模型：A,B位置兩原子處于平衡狀態(tài)，原子之間合力f＝0。有限外力去除后，B可自動回到原平衡位置。故受力與應(yīng)變之間近似為線性關(guān)系。外力較大使原子位移較大時，無法自動回位，應(yīng)力應(yīng)變偏離線性關(guān)系，發(fā)生塑性變形。彈性變形行為可反映內(nèi)部原子結(jié)合力:●原子結(jié)合力越強，E或G越大。●凡是能夠提高原子結(jié)合力的過程，均可以提高材料的彈性模量。5PPT課件§7-1單晶體的塑性變形一、彈性變形二、塑性變形1.宏觀表現(xiàn)物體的外形及尺寸均發(fā)生了永久性變化，而體積基本不變。隨塑變量增加，金屬強度上升而塑性下降。2．微觀表現(xiàn)?隨拉伸載荷增加，組織演變過程為：等軸晶粒→拉長晶?！w維狀組織?隨壓縮載荷增加，組織演變過程為：等軸晶粒→盤狀晶?！w維狀組織（橫截面）

晶內(nèi)結(jié)構(gòu)：位錯密度增加，亞晶增多并細(xì)化。原子排列狀態(tài)：原子位移偏離平衡位置并且不能恢復(fù)平衡位置，造成晶格畸變。晶體變形方式：滑移，孿生，扭折。6PPT課件二、塑性變形1.宏觀表現(xiàn)晶內(nèi)結(jié)構(gòu)：位錯三、滑移滑移：晶體的兩部分原子沿特定晶面及特定晶向相對滑動了一個或多個原子間距的過程。是金屬塑性變形的最基本過程或最主要方式。1.現(xiàn)象滑移線，滑移帶。特點：?平行滑移線之間相距多個原子間距；?滑移線臺階高度不一致；?滑移帶之間晶體未發(fā)生塑性變形?？梢姡?不是所有指數(shù)的晶面都能夠發(fā)生滑移；?并非所有相互平行的同組晶面都能滑移。?發(fā)生滑移的每個晶面滑移量不相同。結(jié)論：各晶面的滑移是不均勻的，或滑移容易集中在某些晶面上。

7PPT課件三、滑移滑移：晶體的兩部分原子沿特定晶面及特定晶向相對滑動2．滑移晶體學(xué)滑移面：晶體中能夠發(fā)生滑移的特定晶面?；品较颍壕w發(fā)生滑移的特定晶向?；葡担夯泼婧突泼嫔系囊粋€滑移方向組成的滑移系統(tǒng)。三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的典型滑移系數(shù)目

bccfcchcp滑移面{110}{111}{0001}滑移方向<111><110><11-20>滑移系數(shù)6×2＝124×3＝121×3＝3晶體的滑移系越多，則滑移條件越充分，金屬的塑性越高。8PPT課件2．滑移晶體學(xué)三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的典型滑移系數(shù)目

bccfcc說明：（1）滑移總是優(yōu)先沿原子最密排面和最密排方向進(jìn)行。（2）引起滑移的總是作用在滑移面的切應(yīng)力。（3）滑移后，原子處于新的平衡位置。

（4）一般情況下，金屬塑性fcc>bcc>hcp。

hcp滑移系最少。

fcc比bcc的滑移方向多，外力更容易在某個滑移方向上形成較大分力。（5）在某些條件下，滑移系不局限于典型滑移系，其數(shù)量可增多。高溫時，fcc的鋁可增加{100}滑移面；在bcc金屬中，{112}和{123}也可能參與滑移；

c/a＜1.633時，hcp的{10-10}、{10-11}和{10-12}的原子面密度接近{0001}，也可能參與滑移。在低溫、較快、較大變形條件下，也容易引起滑移面增多。9PPT課件說明：（4）一般情況下，金屬塑性fcc>bcc>h

＝oT＝oscos＝cosfsinfcos

上式也可寫成：＝cosfcos

設(shè)m＝cosfsinfcosq＝cosfcosl，稱m為取向因子（Schmid因子）則：

＝m當(dāng)晶體開始塑性變形時，即應(yīng)力應(yīng)達(dá)到屈服極限，有＝s則滑移方向上的分切應(yīng)力即為滑移啟動的臨界分切應(yīng)力k：k＝

sm即滑移面啟動滑移的臨界條件必定是：

≥k3．滑移的臨界分切應(yīng)力單晶體拉伸模型。其中A＝A/cosf作用在滑移面上的分力

Pos=Psinf試樣橫截面上的正應(yīng)力＝P/A作用在滑移面上的切應(yīng)力os=Pos/A=cosfsinf切應(yīng)力在滑移方向上的分量稱滑移面上的分切應(yīng)力:10PPT課件

討論：?當(dāng)q一定且q

≠90o，根據(jù)＝cosfsinfcos＝m按求極值方法可得：

?當(dāng)f＝45o時，m達(dá)到最大，使t最大，即滑移面上有最大分切應(yīng)力，易引起滑移；

?當(dāng)f＝0或90o時，m＝0，使t＝0，滑移面上無分切應(yīng)力，不能滑移。?

m越大的晶體取向，越容易在外力作用下發(fā)生滑移而產(chǎn)生塑性變形。稱m較大的晶體取向為軟取向，稱m較小的晶體取向為硬取向。?

tk＝

sm

是定值。在單晶體中，s與m為變量，兩者之間為雙曲線關(guān)系。?單晶體的tk越高，越不易發(fā)生滑移。?不同金屬的彈性模量不同，原子結(jié)合力則不同，tk相應(yīng)不同。?單晶體的各向異性使不同滑移系的彈性模量不同，也會使不同滑移系有不同的tk。?金屬中典型滑移系的tk均低于其它非典型滑移系的tk。

11PPT課件討論：?m越大的晶體取向，越容易在外力作用下發(fā)生滑移而產(chǎn)4．滑移時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時的轉(zhuǎn)動方向相反，滑移面向外力軸垂直方向轉(zhuǎn)動?；品较蛳蜃畲笄袘?yīng)力方向轉(zhuǎn)動，即使得q→0；滑移面法線方向向外力垂直方向轉(zhuǎn)動，即使得f

→90o。轉(zhuǎn)動趨勢：使滑移系轉(zhuǎn)動至與外力軸相平行的方向，即使得m→0。12PPT課件4．滑移時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時的轉(zhuǎn)動方向相反，滑移面向外力軸垂直幾何軟化：晶體起始f＜45o時，滑移的晶面轉(zhuǎn)動使m逐漸增大，使得t上升，有利于滑移。幾何硬化：晶體起始f＞45o時，滑移的晶面轉(zhuǎn)動使m逐漸減小，使得t下降，不利于滑移。

5.多滑移多滑移（多系滑移、復(fù)滑移）：兩個或多個滑移面同時或交替啟動，沿不同滑移方向進(jìn)行的滑移。

原因：晶體受力時，處于最軟取向的一組滑移系首先啟動并轉(zhuǎn)動，晶體取向變化可使另一組原處于硬取向的滑移系轉(zhuǎn)動到軟取向后啟動，導(dǎo)致滑移可在兩組或多組滑移系中同時或交替進(jìn)行。

形態(tài)特征：發(fā)生多滑移的晶體表面會出現(xiàn)交叉狀滑移線。13PPT課件幾何軟化：13PPT課件形態(tài)特征：發(fā)生交滑移的晶體表面會出現(xiàn)曲折或波紋狀滑移線。與多滑移的區(qū)別：?

滑移沿同一滑移方向；?

晶體表面滑移線為曲折狀；?

只能由螺型位錯產(chǎn)生。

6．交滑移交滑移：

兩個或多個滑移面同時或交替啟動，沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。14PPT課件形態(tài)特征：6．交滑移14PPT課件四、滑移的位錯機(jī)制1．滑移的理論切應(yīng)力

設(shè)滑移面上層原子位移需要克服下層原子的作用力變化為：

x＝0及x＝b時，＝0；

x＝b/2時，受下層左、右原子相互抵消的作用力，＝0；

x＝b/4時，

＝m；根據(jù)為x周期函數(shù)的性質(zhì)，可寫出：

設(shè)位移量x較小，處于彈性變形階段而滿足Hook定律，則有

以及∴

外加切應(yīng)力必須達(dá)到

≥m的條件時，才能造成滑移。m為臨界理論分切應(yīng)力。當(dāng)晶體為立方系時，a＝b，則上式變?yōu)椋簃＝G/2

修正后為:m＝G/3015PPT課件四、滑移的位錯機(jī)制1．滑移的理論切應(yīng)力設(shè)位移量x較小，處于2．滑移的位錯模型

理論計算出的臨界分切應(yīng)力值與實際測定的臨界分切應(yīng)力如下表：顯然，理論分析與實際不符。即原子在滑移面上的剛性滑移模型不正確。1928年，提出位錯概念；1934年，提出刃型位錯幾何圖像，并用于解釋晶體中的滑移（G.L.Taylor等）;1938年，在理論上計算了位錯運動速度（Franker）;1939年，提出螺型位錯及柏氏矢量（Burgers）;1947年，提出位錯應(yīng)力場與其它畸變應(yīng)力場之間的交互作用；1950年，在顯微鏡中觀測到螺型位錯源生長晶體表面的形態(tài)；1956年，電子顯微鏡的發(fā)展與應(yīng)用大大推動了位錯的研究工作，對于晶體受力位錯發(fā)生滑移的運動形態(tài)進(jìn)行了直觀觀察。

切變模量G(MPa）tm（MPa）測定tk（MPa）Al(fcc)2440038300.786aFe(bcc)~68950~109602.750Cu(fcc)2500039800.49Mg(hcp)1640026300.39316PPT課件2．滑移的位錯模型理論計算出的臨界分切應(yīng)力值與實際測定的臨位錯的來源能夠造成結(jié)晶時形成位錯的因素：?晶粒內(nèi)枝晶偏析造成點陣常數(shù)變化，原子層間有錯配度；?兩部分固態(tài)晶體相遇，位向差小于10?，形成小角度晶界；?液體流動時晶體沖擊，使晶體表面發(fā)生錯排形成臺階；?結(jié)晶液固界面前沿障礙物造成晶體不同部分之間的位向差；?晶核中所帶位錯在晶核成長時繼續(xù)延伸（如螺型位錯露頭處）。顯然，上述機(jī)制形成的位錯分布在晶體中是不均勻的。17PPT課件位錯的來源能夠造成結(jié)晶時形成位錯的因素：17PPT課件滑移的位錯機(jī)制在切應(yīng)力作用下滑移面上下兩部分原子的錯動是位錯逐步滑移的最終結(jié)果。刃型位錯滑移示意圖18PPT課件滑移的位錯機(jī)制在切應(yīng)力作用下滑移面上下兩部分原子的錯動是位錯位

錯

的

滑

移

示

意

圖19PPT課件位

錯

的

滑

移

示

意

圖19PPT課件位錯滑移規(guī)律概括：?僅牽涉一列原子鍵的破壞，所需切應(yīng)力小。?刃型位錯線運動方向與b平行，螺型位錯線運動方向與b垂直。?異號位錯線運動方向相反；晶體運動方向均與b平行。?位錯線移出晶體表面形成一個b的變形臺階；n個位錯形成n個b的變形臺階。?位錯較多的晶面才有可能發(fā)生較高程度的滑移，因此滑移線分布是不均勻的。?螺型位錯b的可動性大于刃型位錯，可發(fā)生交滑移（如fcc晶體的雙交滑移）。

?位錯運動造成的晶體變形速率不可能很大（不超過聲速），與實際變形情況相符。20PPT課件位錯滑移規(guī)律概括：?位錯運動造成的晶體變形速率不可能很大3．位錯運動的點陣阻力位錯運動需要克服能量勢壘，相當(dāng)于需要克服點陣阻力（摩擦力）。假設(shè)：

?運動位錯為簡單正方晶體中的刃型位錯；

?滑移面上、下原子相互作用切應(yīng)力為原子相對位移的正弦函數(shù)；

?晶體為連續(xù)介質(zhì)。單位長度位錯滑移所需克服的點陣阻力(P-N力)為：

G為切變模量；為泊松比；a為滑移面間距；b為滑移方向上的原子間距。

21PPT課件3．位錯運動的點陣阻力位錯運動需要克服能量勢壘，相當(dāng)于需要克討論：●若≥p，位錯滑移。若?。?.3（低碳鋼），則p≈10-3~10-4G，與實測k同數(shù)量級?！裨用婷芏仍酱蟮木?，a越大；原子越密排的晶向，b越小。因此最密排晶面及最密排晶向的p最小。●

a/(1-)稱位錯寬度，能夠表示位錯兩側(cè)晶格畸變衰減速率。位錯寬度越大，位錯兩側(cè)晶格畸變衰減越慢，p值越小，位錯越易滑移?！?/p>

fcc的位錯寬度比bcc大，因此塑性較好。

P-N力：22PPT課件討論：P-N力：22PPT課件4．作用于位錯線上的力

?位錯是物理線；?作用在晶體上的切應(yīng)力t傳到了位錯線上，使位錯發(fā)生了滑動；?與b平行的切應(yīng)力使長為dl的位錯線滑移了ds距離；?部分晶體位移了b。位錯滑移增加的面積：dA＝dl·ds切應(yīng)力所做的功：

dW＝(·dA)b＝

·dl·ds·b若作用在位錯線上的力為F，則dW也就相當(dāng)于F使位錯移動ds距離所做的功：dW＝F·ds假設(shè)23PPT課件4．作用于位錯線上的力?位錯是物理線；位錯滑移增加的面積所以 F·ds＝·dl·ds·b即 F＝

b·dl則作用于單位長度位錯線上的力：

f＝F/dl＝

·b當(dāng)

＝k，滑移系啟動，位錯所受的力為：fk＝k·b當(dāng)≥k，則f≥fk，位錯能夠發(fā)生滑移。fk稱為位錯滑移的臨界推動力。f的方向為位錯線各點的法矢量方向，指向未滑移區(qū)。24PPT課件所以 F·ds＝·dl·d5．位錯的增殖

問題：宏觀塑性變形量由無數(shù)條滑移線和滑移帶構(gòu)成，如此多位錯從何而來？是否變形越大金屬中移出的位錯越多而其中剩余的位錯越少？實際情況：變形過程中，位錯可源源不斷形成。變形越大，晶體中位錯密度越大。Frank-Read源機(jī)制：

25PPT課件5．位錯的增殖問題：25PPT課件L型源機(jī)制（單極軸增殖機(jī)制）：L型位錯DC段處于滑移面上，D點被釘扎；在切應(yīng)力作用下，DC段滑移圍繞D點旋轉(zhuǎn)使晶體滑移。EDC位錯相當(dāng)于一個位錯源。若位錯線較長，可發(fā)展為蜷線狀。

26PPT課件L型源機(jī)制（單極軸增殖機(jī)制）：26PPT課件使F-R源開動的應(yīng)力：位錯線張力與位錯受力平衡時有：2Tsin＝f·(2R)當(dāng)較小時簡化為：2T·

＝f·(2R)位錯線張力約為: T=Gb2/2位錯線受力為： f＝b故有： 僅當(dāng)≥c時，F(xiàn)-R源才能不斷生成新的位錯。實驗證明，c與晶體屈服強度較接近。僅當(dāng)滑移面上存在易于開動的位錯源時，此滑移面才能產(chǎn)生較大變形量。

即R越小，使位錯彎曲的越大。當(dāng)R=l/2時為最小值，此時

值應(yīng)為能夠使F-R源開動所需的最小切應(yīng)力，稱為

F-R源開動的臨界切應(yīng)力c27PPT課件使F-R源開動的應(yīng)力：僅當(dāng)≥c時，F(xiàn)-R源才能不斷生成關(guān)于幾個臨界切應(yīng)力的總結(jié)：k＝sm滑移面滑移的臨界分切應(yīng)力。適用于單晶體模型，引入了滑移系概念，能夠?qū)崪y，是宏觀參量s與微觀參量m的結(jié)合。

滑移的理論分切應(yīng)力。適用于原子面剛性滑移模型，不符合實際位錯滑移模型。位錯運動的點陣阻力。由位錯運動所需克服的點陣阻力角度得出，可以用位錯滑移機(jī)制滿意地解釋晶體塑性變形的一般規(guī)律。

fk＝k·b

位錯運動的臨界推動力，從位錯受力角度表征了滑移的位錯運動條件。

F-R源開動的臨界切應(yīng)力?？梢哉f明塑性變形的位錯增殖機(jī)制。28PPT課件關(guān)于幾個臨界切應(yīng)力的總結(jié)：滑移的理論分切應(yīng)力。適用于原子面剛攀移：刃位錯垂直于b的運動。（1）僅刃型位錯才能發(fā)生攀移；（2）存在原子擴(kuò)散，需要熱激活，比滑移所需能量大，低溫下難以實現(xiàn)；（3）非守恒運動。

6．位錯的攀移29PPT課件攀移：刃位錯垂直于b的運動。6．位錯的攀移29PPT課件

基本概念(1)林位錯穿過主滑移面上的位錯。(2)交割、割階與扭折

交割：某一位錯在滑移面運動時，與林位錯相遇后交叉通過。

扭折：交割后產(chǎn)生的可自動消失的額外位錯線段。

割階：交割后產(chǎn)生的不能自動消失的額外位錯線段。

滑移割階，不可滑移割階。綜合效應(yīng)(3)位錯交割的結(jié)果位錯相遇，互相阻礙；形成割階或扭折，使位錯線變長；不可滑移割階釘扎位錯滑移；可形成一些新的位錯源，使位錯加速增殖。硬化或強化7．位錯的交割30PPT課件基本概念綜(3)位錯交割的結(jié)果硬化或強化7．位錯的交割幾種典型的位錯交割▼

刃－刃位錯的交割（1）交割后形成額外線段AB及CD。AB＝b2，CD＝b1

均為螺型位錯線段。（2）AB不被交割。CD出現(xiàn)線段CD＝b1，為刃型位錯，處于S1平面，可隨原位錯一起滑移，但不能消失，成為可滑移割階。因S1不是原滑移面，故割階滑移所需切應(yīng)力較大，增加了位錯滑移阻力。

兩額外線段為扭折。

31PPT課件幾種典型的位錯交割（1）交割后形成額外線段AB及CD▼螺－螺位錯的交割僅有

形成刃型位錯段：AB＝b2，CD＝b1。AB的滑移方向與b1平行，不在原滑移面，為不可滑移割階，只能發(fā)生攀移運動。CD的滑移方向與b2與平行，但仍處于原滑移面，為扭折。

▼刃－螺位錯的交割

形成可滑移割階：AB＝b2，但沿另一晶面滑移。形成扭折：CD＝b1，仍在原滑移面，可消失。32PPT課件▼螺－螺位錯的交割僅有形成刃型位錯段：AB＝b2，帶割階的位錯運動可滑移割階：一般不在原位錯滑移面上，增加了帶此割階位錯的滑移阻力。

不可滑移割階：被原位錯拖拽運動，只能發(fā)生攀移，對位錯運動阻礙很大。(1)帶小割階位錯的運動小割階：1～2個原子間距范圍。發(fā)生運動的條件：高溫、大應(yīng)力作用下，可發(fā)生攀移運動。運動過程：AB沿滑移面運動拖拽AB攀移，留下一串空位或一串間隙原子。33PPT課件帶割階的位錯運動(1)帶小割階位錯的運動33PPT課件(2)帶中割階位錯的運動中割階：10～20個原子間距范圍。位錯滑移，足夠長的異號位錯形成刃型位錯環(huán)。位錯環(huán)也可能分解為小位錯環(huán)。(3)帶大割階位錯的運動大割階：20～30個原子間距范圍。AB被釘扎的兩段位錯相距較遠(yuǎn)，各形成L型位錯源。34PPT課件(2)帶中割階位錯的運動(3)帶大割階位錯的運動34PP五、孿生

1．現(xiàn)象孿生：兩部分原子沿特定晶面均勻切變形成鏡面對稱位向關(guān)系的過程。條件：低溫、變形速率較快、滑移系較少。組織形態(tài)：孿晶。2．形成機(jī)理35PPT課件五、孿生1．現(xiàn)象2．形成機(jī)理35PPT課件3．與滑移的區(qū)別

滑移孿生變形方式位錯運動原子面切變機(jī)制全位錯滑移不全位錯滑移晶體位向不變鏡面對稱取向晶體運動晶面滑移面孿生面產(chǎn)生一個原子間距變形量需要晶面數(shù)一個多個發(fā)生變形的每個晶面變形量不均勻均勻顯微組織特征拉長晶粒孿晶變形所需應(yīng)力小大引起的塑性變形量大小作用塑變主要方式塑變輔助方式36PPT課件3．與滑移的區(qū)別

滑移孿生變形方式位錯運動原子面六、扭折有些單晶體在滑移和孿生變形均不易進(jìn)行時，可能發(fā)生扭折。在外力平行于hcp單晶體(0001)時，m＝0，滑移面切應(yīng)力＝0，滑移無法進(jìn)行。若孿生也無法進(jìn)行，則會出現(xiàn)扭折。扭折帶：扭折形變區(qū)本質(zhì)上是滑移面上位錯在局部地區(qū)集中所引起的晶格彎扭。形態(tài)：類似彎曲的孿晶。作用：調(diào)整晶體取向，使滑移和孿生能夠發(fā)生。37PPT課件六、扭折有些單晶體在滑移和孿生變形均不易進(jìn)行時，可能發(fā)生扭七、單晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線與多晶體工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同。易滑移階段初始變形軟取向滑移系啟動，位錯運動所受阻礙因素少，應(yīng)力稍有增加即可引起較大應(yīng)變，硬化系數(shù)較低。線性硬化階段切應(yīng)變達(dá)到一定程度后，由于滑移系的轉(zhuǎn)動而發(fā)生多滑移，位錯相互纏結(jié)、交割或阻礙，使得硬化系數(shù)迅速增大。

拋物線型硬化階段一些螺型位錯滑移被阻礙后發(fā)生交滑移至另一滑移面，使得滑移重新變得容易進(jìn)行，故硬化系數(shù)又有所降低。38PPT課件七、單晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線與多晶體工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同?！?-2多晶體的塑性變形

一、晶界在塑性變形中的作用晶界因素。1．位錯塞積位錯源產(chǎn)生的位錯受晶界阻礙。塞積位錯排斥位錯源放出的同號位錯，使位錯源開動困難，增大了滑移阻力。2．協(xié)調(diào)變形塞積應(yīng)力通過晶界作用于相鄰晶?；葡?，造成相鄰晶?；葡祮?。變形時相鄰晶粒位向轉(zhuǎn)動方向不同，在晶界附近產(chǎn)生切變，依靠晶界協(xié)調(diào)。每個晶粒至少有五個滑移系同時開動才能滿足多晶體協(xié)調(diào)變形條件。fcc及bcc滑移系較多，容易滿足晶粒之間協(xié)調(diào)變形的自由度要求，因而塑性變形能力較高。hcp滑移系較少，塑變能力較低。39PPT課件§7-2多晶體的塑性變形一、晶界在塑性變形中的作用3．細(xì)晶強化金屬晶粒越細(xì)，晶界面積越多，晶界阻礙位錯滑移作用越大，越不易塑性變形，使屈服強度升高。用Hall-Patch公式表達(dá)晶粒平均直徑d

與s

的關(guān)系為：

注意：單晶體中s＝tk/m，s是變量。多晶體中s為常數(shù)。細(xì)晶強化往往造成材料的韌化。細(xì)晶強化不適用于高溫。問題：已學(xué)過的細(xì)化晶粒方法有哪些？40PPT課件3．細(xì)晶強化注意：40PPT課件二、變形織構(gòu)

變形織構(gòu)：在經(jīng)受較大變形后，大部分晶粒位向優(yōu)先沿某晶向接近平行排列的晶體學(xué)特征。也稱晶粒擇優(yōu)取向。出現(xiàn)變形織構(gòu)后，各晶粒位向相近，故多晶體也出現(xiàn)各向異性。拉拔變形形成的變形織構(gòu)方向與外力軸向平行，稱絲織構(gòu)；壓縮變形形成的變形織構(gòu)方向與外力軸向垂直，稱板織構(gòu)。有些金屬在退火過程中也會造成晶粒的擇優(yōu)取向，稱退火織構(gòu)。注意：

變形織構(gòu)是一種晶體學(xué)特征，不是纖維組織特征。

41PPT課件二、變形織構(gòu)變形織構(gòu)：41PPT課件三、位錯亞結(jié)構(gòu)位錯發(fā)團(tuán)（位錯胞、形變亞晶、胞狀亞結(jié)構(gòu)）：塑性變形使位錯增殖并相互纏結(jié)，形成位錯胞。胞壁相當(dāng)于一定厚度的亞晶界。塑性變形程度越高，晶粒內(nèi)部位錯密度越高，位錯胞的尺寸越小，胞壁也越厚。位錯亞結(jié)構(gòu)僅能在透射電子顯微鏡下觀察到。

四、殘余應(yīng)力（內(nèi)應(yīng)力）第一類內(nèi)應(yīng)力：宏觀內(nèi)應(yīng)力。工件各部分之間變形不均勻引起。第二類內(nèi)應(yīng)力：微觀內(nèi)應(yīng)力。晶?；騺喚Я３叨确秶鷥?nèi)的變形不均勻引起。第三類內(nèi)應(yīng)力：點陣畸變應(yīng)力。變形產(chǎn)生的大量位錯、空位等缺陷引起。殘余應(yīng)力一般會使金屬強度、塑性降低，應(yīng)設(shè)法消除。42PPT課件三、位錯亞結(jié)構(gòu)位錯發(fā)團(tuán)（位錯胞、形變亞晶、胞狀亞結(jié)構(gòu)）：四五、塑性變形對金屬性能的影響冷變形強化（加工硬化）：隨冷變形程度增大，晶體強度上升、塑性下降的現(xiàn)象。強化機(jī)制：位錯密度增大，相互交割、釘扎、纏結(jié)及塞積，亞晶細(xì)化，位錯滑移受到強烈阻礙。晶體的屈服切應(yīng)力為位錯密度的函數(shù)：43PPT課件五、塑性變形對金屬性能的影響冷變形強化（加工硬化）：43P§7-3合金的塑性變形

一、單相固溶體的塑變?nèi)苜|(zhì)原子的作用。1．屈服與應(yīng)變時效屈服現(xiàn)象：低碳鋼工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線屈服階段存在上、下屈服點。應(yīng)變時效：已屈服試樣卸載后拉伸，則不再出現(xiàn)屈服；若卸載后放置或在150℃加熱一定時間后再拉伸，則屈服現(xiàn)象重新出現(xiàn)。屈服和應(yīng)變時效現(xiàn)象是溶質(zhì)原子作用的結(jié)果。

44PPT課件§7-3合金的塑性變形一、單相固溶體的塑變44PPT2．固溶強化固溶強化：

合金加入溶質(zhì)后產(chǎn)生使強度升高的強化效應(yīng)。溶質(zhì)濃度越高，固溶強化作用越大；溶質(zhì)與溶劑的原子尺寸差越大，固溶強化作用越大；溶質(zhì)與溶劑價電子差越大，固溶強化作用越大；間隙溶質(zhì)元素比置換溶質(zhì)元素的固溶強化作用大。3．固溶強化機(jī)制溶質(zhì)氣團(tuán)機(jī)制：溶質(zhì)應(yīng)力場與位錯應(yīng)力場發(fā)生交互作用，在位錯線周圍形成偏聚區(qū)。位錯運動必須擺脫溶質(zhì)氣團(tuán)的釘扎，造成強化。拉伸時位錯必須掙脫溶質(zhì)氣團(tuán)釘扎才能發(fā)生滑移，所需應(yīng)力較高。屈服階段的上、下屈服點現(xiàn)象與位錯脫離溶質(zhì)氣團(tuán)釘扎有關(guān)。應(yīng)變時效現(xiàn)象與位錯脫離溶質(zhì)氣團(tuán)及溶質(zhì)氣團(tuán)重新形成有關(guān)。

45PPT課件2．固溶強化45PPT課件二、多相合金的塑變

相界的作用。1．固溶體第二相的強化對于塑性較好的第二相固溶體，相界作用類似于晶界，可按疊加原則考慮合金平均強度和塑性：

平均＝f11+f22

平均＝f11+f22

f1、f2為兩相體積分?jǐn)?shù)；1、2、1及2分別為一定應(yīng)變時兩相的流變應(yīng)力和應(yīng)變。

2．化合物第二相的強化化合物往往硬脆，第二相強化作用取決于化合物的數(shù)量、形態(tài)和分布。

脆性相以網(wǎng)狀形態(tài)分布于晶界時，會使合金脆性增大。

脆性相以片層狀分布于晶內(nèi)時，可提高強度。

脆性相為均勻、彌散的顆粒時，可有效改善強度而不嚴(yán)重?fù)p害韌性。46PPT課件二、多相合金的塑變相界的作用。2．化合物第二相的強化46P3．第二相強化機(jī)制

位錯運動增加的能量：繞過粒子時，位錯線彎曲變長。粒子周圍留下了新的位錯環(huán)。位錯環(huán)對后續(xù)位錯施加排斥力。繞過機(jī)制使位錯運動增加的切應(yīng)力：

r為粒子半徑；f為粒子體積分?jǐn)?shù)；為常數(shù)。

可見，粒子越多，越細(xì)小，強化效果越大。

（1）位錯繞過機(jī)制（Orowan機(jī)制）條件：第二相顆粒為硬脆化合物或間距較大。47PPT課件3．第二相強化機(jī)制位錯運動增加的能量：r為粒子半徑；（2）位錯切過機(jī)制

條件：第二相顆?？伤苄宰冃吻议g距較小。位錯運動增加的能量：增加了基體和粒子切變形成的新的相界面積；化合物粒子中的P-N力較大；粒子與基體位錯b不同，引起粒子滑移面原子錯排；若粒子為有序結(jié)構(gòu)，位錯切過粒子后形成反相疇界。切過機(jī)制使位錯運動必須增加的切應(yīng)力：若第二相粒子既可切過也可繞過：當(dāng)r

＜rc時，t2較低，以切過機(jī)制為主；當(dāng)r

＞rc時，t1較低，以繞過機(jī)制為主；當(dāng)r

＝rc時，兩種機(jī)制過渡狀態(tài)，強化效果最好。

f為粒子體積分?jǐn)?shù)；為常數(shù)。

48PPT課件（2）位錯切過機(jī)制條件：第二相顆?？伤苄宰冃吻议g距第七章金屬的塑性變形主要參考書： 李超，《金屬學(xué)原理》第十章49PPT課件第七章金屬的塑性變形主要參考書：1PPT課件引言金屬受力→變形=彈性形變＋塑性形變外力撤除→彈性形變自動消除＋塑性形變永久殘留研究塑性變形的重要性：

★塑性變形是使金屬成形的主要技術(shù)，如鍛、軋、擠壓、拉拔等?！餀C(jī)械加工中也伴隨有塑性變形。★部件成型后不允許再產(chǎn)生塑性變形，如熱處理變形易使部件報廢?！锊考蹠r，不允許發(fā)生塑性變形，避免事故或部件斷裂。研究塑性變形的意義：☆認(rèn)識金屬的塑性變形和強度之間的本質(zhì)，建立微觀組織與宏觀力學(xué)性能的聯(lián)系?！钐剿鲝娀饘俨牧系臋C(jī)理，并由此探索強化金屬材料的方法及途徑?！钐峁┯嘘P(guān)變形問題的理論依據(jù)，以改進(jìn)實際生產(chǎn)工藝和質(zhì)量。塑性變形的分類：?冷塑變：變形溫度低于再結(jié)晶溫度的塑性變形，也稱冷加工。?熱塑變：變形溫度高于再結(jié)晶溫度的塑性變形，也稱熱加工。50PPT課件引言2PPT課件工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線（以退火低碳鋼為例）★

oe段：

＜e彈性變形階段，符合Hook定律＝Ee

或t＝Gge為彈性極限，表示金屬抵抗彈性變形的能力?！?/p>

es段：

e≤＜s屈服階段，由彈變向塑變過渡，出現(xiàn)微量塑變。s為屈服極限（工業(yè)中常用0.2），表示金屬抵抗微量塑性變形的能力?！?/p>

sb段：

s≤＜b均勻塑變階段，試樣整體發(fā)生均勻塑變。b為抗拉強度，表示金屬抵抗均勻塑性變形的能力?！颾f段：

b≤真應(yīng)力

縮頸階段，試樣局部發(fā)生強烈塑變，出現(xiàn)“縮頸”。

f

為斷裂強度，表示金屬抵抗局部強烈塑性變形的能力。51PPT課件工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線（以退火低碳鋼為例）★bf段：★

，均表示金屬發(fā)生塑性變形的能力?！?/p>

前者表示均勻變形能力，后者表示局部變形的能力。★

無論強度或塑性指標(biāo)，均與微觀組織特征及狀態(tài)有關(guān)。強度指標(biāo)：

e s(0.2) b

f常用：

s(0.2)b塑性指標(biāo)：延伸率斷面收縮率52PPT課件★，均表示金屬發(fā)生塑性變形的能力。強度指標(biāo)：延伸率斷面§7-1單晶體的塑性變形一、彈性變形

1．宏觀規(guī)律在工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線中的oe段，

與e成線性關(guān)系

＝Ee

或t＝Gg

為泊松比，對于低碳鋼在0.3~0.5之間。2．微觀規(guī)律雙原子模型：A,B位置兩原子處于平衡狀態(tài)，原子之間合力f＝0。有限外力去除后，B可自動回到原平衡位置。故受力與應(yīng)變之間近似為線性關(guān)系。外力較大使原子位移較大時，無法自動回位，應(yīng)力應(yīng)變偏離線性關(guān)系，發(fā)生塑性變形。彈性變形行為可反映內(nèi)部原子結(jié)合力:●原子結(jié)合力越強，E或G越大?！穹彩悄軌蛱岣咴咏Y(jié)合力的過程，均可以提高材料的彈性模量。53PPT課件§7-1單晶體的塑性變形一、彈性變形二、塑性變形1.宏觀表現(xiàn)物體的外形及尺寸均發(fā)生了永久性變化，而體積基本不變。隨塑變量增加，金屬強度上升而塑性下降。2．微觀表現(xiàn)?隨拉伸載荷增加，組織演變過程為：等軸晶?！L晶?！w維狀組織?隨壓縮載荷增加，組織演變過程為：等軸晶?！P狀晶?！w維狀組織（橫截面）

晶內(nèi)結(jié)構(gòu)：位錯密度增加，亞晶增多并細(xì)化。原子排列狀態(tài)：原子位移偏離平衡位置并且不能恢復(fù)平衡位置，造成晶格畸變。晶體變形方式：滑移，孿生，扭折。54PPT課件二、塑性變形1.宏觀表現(xiàn)晶內(nèi)結(jié)構(gòu)：位錯三、滑移滑移：晶體的兩部分原子沿特定晶面及特定晶向相對滑動了一個或多個原子間距的過程。是金屬塑性變形的最基本過程或最主要方式。1.現(xiàn)象滑移線，滑移帶。特點：?平行滑移線之間相距多個原子間距；?滑移線臺階高度不一致；?滑移帶之間晶體未發(fā)生塑性變形。可見：?不是所有指數(shù)的晶面都能夠發(fā)生滑移；?并非所有相互平行的同組晶面都能滑移。?發(fā)生滑移的每個晶面滑移量不相同。結(jié)論：各晶面的滑移是不均勻的，或滑移容易集中在某些晶面上。

55PPT課件三、滑移滑移：晶體的兩部分原子沿特定晶面及特定晶向相對滑動2．滑移晶體學(xué)滑移面：晶體中能夠發(fā)生滑移的特定晶面?；品较颍壕w發(fā)生滑移的特定晶向?；葡担夯泼婧突泼嫔系囊粋€滑移方向組成的滑移系統(tǒng)。三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的典型滑移系數(shù)目

bccfcchcp滑移面{110}{111}{0001}滑移方向<111><110><11-20>滑移系數(shù)6×2＝124×3＝121×3＝3晶體的滑移系越多，則滑移條件越充分，金屬的塑性越高。56PPT課件2．滑移晶體學(xué)三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的典型滑移系數(shù)目

bccfcc說明：（1）滑移總是優(yōu)先沿原子最密排面和最密排方向進(jìn)行。（2）引起滑移的總是作用在滑移面的切應(yīng)力。（3）滑移后，原子處于新的平衡位置。

（4）一般情況下，金屬塑性fcc>bcc>hcp。

hcp滑移系最少。

fcc比bcc的滑移方向多，外力更容易在某個滑移方向上形成較大分力。（5）在某些條件下，滑移系不局限于典型滑移系，其數(shù)量可增多。高溫時，fcc的鋁可增加{100}滑移面；在bcc金屬中，{112}和{123}也可能參與滑移；

c/a＜1.633時，hcp的{10-10}、{10-11}和{10-12}的原子面密度接近{0001}，也可能參與滑移。在低溫、較快、較大變形條件下，也容易引起滑移面增多。57PPT課件說明：（4）一般情況下，金屬塑性fcc>bcc>h

＝oT＝oscos＝cosfsinfcos

上式也可寫成：＝cosfcos

設(shè)m＝cosfsinfcosq＝cosfcosl，稱m為取向因子（Schmid因子）則：

＝m當(dāng)晶體開始塑性變形時，即應(yīng)力應(yīng)達(dá)到屈服極限，有＝s則滑移方向上的分切應(yīng)力即為滑移啟動的臨界分切應(yīng)力k：k＝

sm即滑移面啟動滑移的臨界條件必定是：

≥k3．滑移的臨界分切應(yīng)力單晶體拉伸模型。其中A＝A/cosf作用在滑移面上的分力

Pos=Psinf試樣橫截面上的正應(yīng)力＝P/A作用在滑移面上的切應(yīng)力os=Pos/A=cosfsinf切應(yīng)力在滑移方向上的分量稱滑移面上的分切應(yīng)力:58PPT課件

討論：?當(dāng)q一定且q

≠90o，根據(jù)＝cosfsinfcos＝m按求極值方法可得：

?當(dāng)f＝45o時，m達(dá)到最大，使t最大，即滑移面上有最大分切應(yīng)力，易引起滑移；

?當(dāng)f＝0或90o時，m＝0，使t＝0，滑移面上無分切應(yīng)力，不能滑移。?

m越大的晶體取向，越容易在外力作用下發(fā)生滑移而產(chǎn)生塑性變形。稱m較大的晶體取向為軟取向，稱m較小的晶體取向為硬取向。?

tk＝

sm

是定值。在單晶體中，s與m為變量，兩者之間為雙曲線關(guān)系。?單晶體的tk越高，越不易發(fā)生滑移。?不同金屬的彈性模量不同，原子結(jié)合力則不同，tk相應(yīng)不同。?單晶體的各向異性使不同滑移系的彈性模量不同，也會使不同滑移系有不同的tk。?金屬中典型滑移系的tk均低于其它非典型滑移系的tk。

59PPT課件討論：?m越大的晶體取向，越容易在外力作用下發(fā)生滑移而產(chǎn)4．滑移時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時的轉(zhuǎn)動方向相反，滑移面向外力軸垂直方向轉(zhuǎn)動?；品较蛳蜃畲笄袘?yīng)力方向轉(zhuǎn)動，即使得q→0；滑移面法線方向向外力垂直方向轉(zhuǎn)動，即使得f

→90o。轉(zhuǎn)動趨勢：使滑移系轉(zhuǎn)動至與外力軸相平行的方向，即使得m→0。60PPT課件4．滑移時晶體的轉(zhuǎn)動壓縮時的轉(zhuǎn)動方向相反，滑移面向外力軸垂直幾何軟化：晶體起始f＜45o時，滑移的晶面轉(zhuǎn)動使m逐漸增大，使得t上升，有利于滑移。幾何硬化：晶體起始f＞45o時，滑移的晶面轉(zhuǎn)動使m逐漸減小，使得t下降，不利于滑移。

5.多滑移多滑移（多系滑移、復(fù)滑移）：兩個或多個滑移面同時或交替啟動，沿不同滑移方向進(jìn)行的滑移。

原因：晶體受力時，處于最軟取向的一組滑移系首先啟動并轉(zhuǎn)動，晶體取向變化可使另一組原處于硬取向的滑移系轉(zhuǎn)動到軟取向后啟動，導(dǎo)致滑移可在兩組或多組滑移系中同時或交替進(jìn)行。

形態(tài)特征：發(fā)生多滑移的晶體表面會出現(xiàn)交叉狀滑移線。61PPT課件幾何軟化：13PPT課件形態(tài)特征：發(fā)生交滑移的晶體表面會出現(xiàn)曲折或波紋狀滑移線。與多滑移的區(qū)別：?

滑移沿同一滑移方向；?

晶體表面滑移線為曲折狀；?

只能由螺型位錯產(chǎn)生。

6．交滑移交滑移：

兩個或多個滑移面同時或交替啟動，沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。62PPT課件形態(tài)特征：6．交滑移14PPT課件四、滑移的位錯機(jī)制1．滑移的理論切應(yīng)力

設(shè)滑移面上層原子位移需要克服下層原子的作用力變化為：

x＝0及x＝b時，＝0；

x＝b/2時，受下層左、右原子相互抵消的作用力，＝0；

x＝b/4時，

＝m；根據(jù)為x周期函數(shù)的性質(zhì)，可寫出：

設(shè)位移量x較小，處于彈性變形階段而滿足Hook定律，則有

以及∴

外加切應(yīng)力必須達(dá)到

≥m的條件時，才能造成滑移。m為臨界理論分切應(yīng)力。當(dāng)晶體為立方系時，a＝b，則上式變?yōu)椋簃＝G/2

修正后為:m＝G/3063PPT課件四、滑移的位錯機(jī)制1．滑移的理論切應(yīng)力設(shè)位移量x較小，處于2．滑移的位錯模型

理論計算出的臨界分切應(yīng)力值與實際測定的臨界分切應(yīng)力如下表：顯然，理論分析與實際不符。即原子在滑移面上的剛性滑移模型不正確。1928年，提出位錯概念；1934年，提出刃型位錯幾何圖像，并用于解釋晶體中的滑移（G.L.Taylor等）;1938年，在理論上計算了位錯運動速度（Franker）;1939年，提出螺型位錯及柏氏矢量（Burgers）;1947年，提出位錯應(yīng)力場與其它畸變應(yīng)力場之間的交互作用；1950年，在顯微鏡中觀測到螺型位錯源生長晶體表面的形態(tài)；1956年，電子顯微鏡的發(fā)展與應(yīng)用大大推動了位錯的研究工作，對于晶體受力位錯發(fā)生滑移的運動形態(tài)進(jìn)行了直觀觀察。

切變模量G(MPa）tm（MPa）測定tk（MPa）Al(fcc)2440038300.786aFe(bcc)~68950~109602.750Cu(fcc)2500039800.49Mg(hcp)1640026300.39364PPT課件2．滑移的位錯模型理論計算出的臨界分切應(yīng)力值與實際測定的臨位錯的來源能夠造成結(jié)晶時形成位錯的因素：?晶粒內(nèi)枝晶偏析造成點陣常數(shù)變化，原子層間有錯配度；?兩部分固態(tài)晶體相遇，位向差小于10?，形成小角度晶界；?液體流動時晶體沖擊，使晶體表面發(fā)生錯排形成臺階；?結(jié)晶液固界面前沿障礙物造成晶體不同部分之間的位向差；?晶核中所帶位錯在晶核成長時繼續(xù)延伸（如螺型位錯露頭處）。顯然，上述機(jī)制形成的位錯分布在晶體中是不均勻的。65PPT課件位錯的來源能夠造成結(jié)晶時形成位錯的因素：17PPT課件滑移的位錯機(jī)制在切應(yīng)力作用下滑移面上下兩部分原子的錯動是位錯逐步滑移的最終結(jié)果。刃型位錯滑移示意圖66PPT課件滑移的位錯機(jī)制在切應(yīng)力作用下滑移面上下兩部分原子的錯動是位錯位

錯

的

滑

移

示

意

圖67PPT課件位

錯

的

滑

移

示

意

圖19PPT課件位錯滑移規(guī)律概括：?僅牽涉一列原子鍵的破壞，所需切應(yīng)力小。?刃型位錯線運動方向與b平行，螺型位錯線運動方向與b垂直。?異號位錯線運動方向相反；晶體運動方向均與b平行。?位錯線移出晶體表面形成一個b的變形臺階；n個位錯形成n個b的變形臺階。?位錯較多的晶面才有可能發(fā)生較高程度的滑移，因此滑移線分布是不均勻的。?螺型位錯b的可動性大于刃型位錯，可發(fā)生交滑移（如fcc晶體的雙交滑移）。

?位錯運動造成的晶體變形速率不可能很大（不超過聲速），與實際變形情況相符。68PPT課件位錯滑移規(guī)律概括：?位錯運動造成的晶體變形速率不可能很大3．位錯運動的點陣阻力位錯運動需要克服能量勢壘，相當(dāng)于需要克服點陣阻力（摩擦力）。假設(shè)：

?運動位錯為簡單正方晶體中的刃型位錯；

?滑移面上、下原子相互作用切應(yīng)力為原子相對位移的正弦函數(shù)；

?晶體為連續(xù)介質(zhì)。單位長度位錯滑移所需克服的點陣阻力(P-N力)為：

G為切變模量；為泊松比；a為滑移面間距；b為滑移方向上的原子間距。

69PPT課件3．位錯運動的點陣阻力位錯運動需要克服能量勢壘，相當(dāng)于需要克討論：●若≥p，位錯滑移。若取＝0.3（低碳鋼），則p≈10-3~10-4G，與實測k同數(shù)量級。●原子面密度越大的晶面，a越大；原子越密排的晶向，b越小。因此最密排晶面及最密排晶向的p最小?！?/p>

a/(1-)稱位錯寬度，能夠表示位錯兩側(cè)晶格畸變衰減速率。位錯寬度越大，位錯兩側(cè)晶格畸變衰減越慢，p值越小，位錯越易滑移?！?/p>

fcc的位錯寬度比bcc大，因此塑性較好。

P-N力：70PPT課件討論：P-N力：22PPT課件4．作用于位錯線上的力

?位錯是物理線；?作用在晶體上的切應(yīng)力t傳到了位錯線上，使位錯發(fā)生了滑動；?與b平行的切應(yīng)力使長為dl的位錯線滑移了ds距離；?部分晶體位移了b。位錯滑移增加的面積：dA＝dl·ds切應(yīng)力所做的功：

dW＝(·dA)b＝

·dl·ds·b若作用在位錯線上的力為F，則dW也就相當(dāng)于F使位錯移動ds距離所做的功：dW＝F·ds假設(shè)71PPT課件4．作用于位錯線上的力?位錯是物理線；位錯滑移增加的面積所以 F·ds＝·dl·ds·b即 F＝

b·dl則作用于單位長度位錯線上的力：

f＝F/dl＝

·b當(dāng)

＝k，滑移系啟動，位錯所受的力為：fk＝k·b當(dāng)≥k，則f≥fk，位錯能夠發(fā)生滑移。fk稱為位錯滑移的臨界推動力。f的方向為位錯線各點的法矢量方向，指向未滑移區(qū)。72PPT課件所以 F·ds＝·dl·d5．位錯的增殖

問題：宏觀塑性變形量由無數(shù)條滑移線和滑移帶構(gòu)成，如此多位錯從何而來？是否變形越大金屬中移出的位錯越多而其中剩余的位錯越少？實際情況：變形過程中，位錯可源源不斷形成。變形越大，晶體中位錯密度越大。Frank-Read源機(jī)制：

73PPT課件5．位錯的增殖問題：25PPT課件L型源機(jī)制（單極軸增殖機(jī)制）：L型位錯DC段處于滑移面上，D點被釘扎；在切應(yīng)力作用下，DC段滑移圍繞D點旋轉(zhuǎn)使晶體滑移。EDC位錯相當(dāng)于一個位錯源。若位錯線較長，可發(fā)展為蜷線狀。

74PPT課件L型源機(jī)制（單極軸增殖機(jī)制）：26PPT課件使F-R源開動的應(yīng)力：位錯線張力與位錯受力平衡時有：2Tsin＝f·(2R)當(dāng)較小時簡化為：2T·

＝f·(2R)位錯線張力約為: T=Gb2/2位錯線受力為： f＝b故有： 僅當(dāng)≥c時，F(xiàn)-R源才能不斷生成新的位錯。實驗證明，c與晶體屈服強度較接近。僅當(dāng)滑移面上存在易于開動的位錯源時，此滑移面才能產(chǎn)生較大變形量。

即R越小，使位錯彎曲的越大。當(dāng)R=l/2時為最小值，此時

值應(yīng)為能夠使F-R源開動所需的最小切應(yīng)力，稱為

F-R源開動的臨界切應(yīng)力c75PPT課件使F-R源開動的應(yīng)力：僅當(dāng)≥c時，F(xiàn)-R源才能不斷生成關(guān)于幾個臨界切應(yīng)力的總結(jié)：k＝sm滑移面滑移的臨界分切應(yīng)力。適用于單晶體模型，引入了滑移系概念，能夠?qū)崪y，是宏觀參量s與微觀參量m的結(jié)合。

滑移的理論分切應(yīng)力。適用于原子面剛性滑移模型，不符合實際位錯滑移模型。位錯運動的點陣阻力。由位錯運動所需克服的點陣阻力角度得出，可以用位錯滑移機(jī)制滿意地解釋晶體塑性變形的一般規(guī)律。

fk＝k·b

位錯運動的臨界推動力，從位錯受力角度表征了滑移的位錯運動條件。

F-R源開動的臨界切應(yīng)力?？梢哉f明塑性變形的位錯增殖機(jī)制。76PPT課件關(guān)于幾個臨界切應(yīng)力的總結(jié)：滑移的理論分切應(yīng)力。適用于原子面剛攀移：刃位錯垂直于b的運動。（1）僅刃型位錯才能發(fā)生攀移；（2）存在原子擴(kuò)散，需要熱激活，比滑移所需能量大，低溫下難以實現(xiàn)；（3）非守恒運動。

6．位錯的攀移77PPT課件攀移：刃位錯垂直于b的運動。6．位錯的攀移29PPT課件

基本概念(1)林位錯穿過主滑移面上的位錯。(2)交割、割階與扭折

交割：某一位錯在滑移面運動時，與林位錯相遇后交叉通過。

扭折：交割后產(chǎn)生的可自動消失的額外位錯線段。

割階：交割后產(chǎn)生的不能自動消失的額外位錯線段。

滑移割階，不可滑移割階。綜合效應(yīng)(3)位錯交割的結(jié)果位錯相遇，互相阻礙；形成割階或扭折，使位錯線變長；不可滑移割階釘扎位錯滑移；可形成一些新的位錯源，使位錯加速增殖。硬化或強化7．位錯的交割78PPT課件基本概念綜(3)位錯交割的結(jié)果硬化或強化7．位錯的交割幾種典型的位錯交割▼

刃－刃位錯的交割（1）交割后形成額外線段AB及CD。AB＝b2，CD＝b1

均為螺型位錯線段。（2）AB不被交割。CD出現(xiàn)線段CD＝b1，為刃型位錯，處于S1平面，可隨原位錯一起滑移，但不能消失，成為可滑移割階。因S1不是原滑移面，故割階滑移所需切應(yīng)力較大，增加了位錯滑移阻力。

兩額外線段為扭折。

79PPT課件幾種典型的位錯交割（1）交割后形成額外線段AB及CD▼螺－螺位錯的交割僅有

形成刃型位錯段：AB＝b2，CD＝b1。AB的滑移方向與b1平行，不在原滑移面，為不可滑移割階，只能發(fā)生攀移運動。CD的滑移方向與b2與平行，但仍處于原滑移面，為扭折。

▼刃－螺位錯的交割

形成可滑移割階：AB＝b2，但沿另一晶面滑移。形成扭折：CD＝b1，仍在原滑移面，可消失。80PPT課件▼螺－螺位錯的交割僅有形成刃型位錯段：AB＝b2，帶割階的位錯運動可滑移割階：一般不在原位錯滑移面上，增加了帶此割階位錯的滑移阻力。

不可滑移割階：被原位錯拖拽運動，只能發(fā)生攀移，對位錯運動阻礙很大。(1)帶小割階位錯的運動小割階：1～2個原子間距范圍。發(fā)生運動的條件：高溫、大應(yīng)力作用下，可發(fā)生攀移運動。運動過程：AB沿滑移面運動拖拽AB攀移，留下一串空位或一串間隙原子。81PPT課件帶割階的位錯運動(1)帶小割階位錯的運動33PPT課件(2)帶中割階位錯的運動中割階：10～20個原子間距范圍。位錯滑移，足夠長的異號位錯形成刃型位錯環(huán)。位錯環(huán)也可能分解為小位錯環(huán)。(3)帶大割階位錯的運動大割階：20～30個原子間距范圍。AB被釘扎的兩段位錯相距較遠(yuǎn)，各形成L型位錯源。82PPT課件(2)帶中割階位錯的運動(3)帶大割階位錯的運動34PP五、孿生

1．現(xiàn)象孿生：兩部分原子沿特定晶面均勻切變形成鏡面對稱位向關(guān)系的過程。條件：低溫、變形速率較快、滑移系較少。組織形態(tài)：孿晶。2．形成機(jī)理83PPT課件五、孿生1．現(xiàn)象2．形成機(jī)理35PPT課件3．與滑移的區(qū)別

滑移孿生變形方式位錯運動原子面切變機(jī)制全位錯滑移不全位錯滑移晶體位向不變鏡面對稱取向晶體運動晶面滑移面孿生面產(chǎn)生一個原子間距變形量需要晶面數(shù)一個多個發(fā)生變形的每個晶面變形量不均勻均勻顯微組織特征拉長晶粒孿晶變形所需應(yīng)力小大引起的塑性變形量大小作用塑變主要方式塑變輔助方式84PPT課件3．與滑移的區(qū)別

滑移孿生變形方式位錯運動原子面六、扭折有些單晶體在滑移和孿生變形均不易進(jìn)行時，可能發(fā)生扭折。在外力平行于hcp單晶體(0001)時，m＝0，滑移面切應(yīng)力＝0，滑移無法進(jìn)行。若孿生也無法進(jìn)行，則會出現(xiàn)扭折。扭折帶：扭折形變區(qū)本質(zhì)上是滑移面上位錯在局部地區(qū)集中所引起的晶格彎扭。形態(tài)：類似彎曲的孿晶。作用：調(diào)整晶體取向，使滑移和孿生能夠發(fā)生。85PPT課件六、扭折有些單晶體在滑移和孿生變形均不易進(jìn)行時，可能發(fā)生扭七、單晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線與多晶體工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同。易滑移階段初始變形軟取向滑移系啟動，位錯運動所受阻礙因素少，應(yīng)力稍有增加即可引起較大應(yīng)變，硬化系數(shù)較低。線性硬化階段切應(yīng)變達(dá)到一定程度后，由于滑移系的轉(zhuǎn)動而發(fā)生多滑移，位錯相互纏結(jié)、交割或阻礙，使得硬化系數(shù)迅速增大。

拋物線型硬化階段一些螺型位錯滑移被阻礙后發(fā)生交滑移至另一滑移面，使得滑移重新變得容易進(jìn)行，故硬化系數(shù)又有所降低。86PPT課件七、單晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線與多晶體工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線不同?！?-2多晶體的塑性變形

一、晶界在塑性變形中的作用晶界因素。1．位錯塞積位錯源產(chǎn)生的位錯受晶界阻礙。塞積位錯排斥位錯源放出的同號位錯，使位錯源開動困難，增大了滑移阻力。2．協(xié)調(diào)變形塞積應(yīng)力通過晶界作用于相鄰晶?；葡担斐上噜従Я；葡祮印Ｗ冃螘r相