金屬的塑性變形和加工硬化ppt課件

1、第第3章章 金屬的塑性變形和加工硬化金屬的塑性變形和加工硬化 3.1 3.1 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 加工硬化加工硬化- -金屬塑性變形中，變形程度增金屬塑性變形中，變形程度增加，其強(qiáng)度和硬度提高而塑性則降低。加，其強(qiáng)度和硬度提高而塑性則降低。 金屬在冷塑性變形過程中，為什么會出金屬在冷塑性變形過程中，為什么會出現(xiàn)強(qiáng)化現(xiàn)象現(xiàn)強(qiáng)化現(xiàn)象? ?如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化? ?受哪些因素受哪些因素影響以及其強(qiáng)化的變化規(guī)律如何呢影響以及其強(qiáng)化的變化規(guī)律如何呢? ? 1 首先來分析純金屬單晶體的塑性變形過程首先來分析純金屬單晶體的塑性變形過程 圖圖3.1 3.1 典型金屬的應(yīng)力典型金屬的應(yīng)力- -

2、應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 在各種結(jié)構(gòu)的金屬中，面心立方金屬的硬化機(jī)在各種結(jié)構(gòu)的金屬中，面心立方金屬的硬化機(jī)理研究得比較深入，下面重點(diǎn)以理研究得比較深入，下面重點(diǎn)以FCC金屬為例金屬為例加以說明。加以說明。 2 一、一、FCCFCC晶格單晶體的塑形變形晶格單晶體的塑形變形 1 1、應(yīng)力一應(yīng)變曲線、應(yīng)力一應(yīng)變曲線 圖圖3.2 面心立方單晶體典型的應(yīng)力面心立方單晶體典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線3典型曲線的三個階段特征典型曲線的三個階段特征： 第一階段特征：第一階段特征： 1）加工硬化率（）加工硬化率（ ）很低；很低； 2）滑移線細(xì)而長且均勻分布；）滑移線細(xì)而長且均勻分布； 3）加工硬化速率對晶體位向和雜質(zhì)十

3、分敏感；）加工硬化速率對晶體位向和雜質(zhì)十分敏感； 4）滑移線上的位錯數(shù)可以很大；）滑移線上的位錯數(shù)可以很大； 5）三類晶體結(jié)構(gòu)中，沒有螺位錯存在，這可能）三類晶體結(jié)構(gòu)中，沒有螺位錯存在，這可能是由于在相鄰滑移面上兩個異號螺位錯相遇時(shí)，是由于在相鄰滑移面上兩個異號螺位錯相遇時(shí)，由于交滑移而湮滅了。只有在層錯能低的合金（由于交滑移而湮滅了。只有在層錯能低的合金（如如Cu-10%Al）中才可以看到螺位錯。）中才可以看到螺位錯。 其位錯組態(tài)常呈刃位錯多極子排列。其位錯組態(tài)常呈刃位錯多極子排列。4 第二階段特征：第二階段特征： 1）加工硬化率（）加工硬化率（ ）很高，且和應(yīng)變量呈線）很高，且和應(yīng)變量呈線

4、性關(guān)系；性關(guān)系； 2）加工硬化率對金屬的種類或合金的成分（只）加工硬化率對金屬的種類或合金的成分（只要為面心立方晶體）不敏感，對晶體的位向也不要為面心立方晶體）不敏感，對晶體的位向也不敏感；敏感； 3）滑移線長度隨應(yīng)變量有如下規(guī)律：）滑移線長度隨應(yīng)變量有如下規(guī)律： 4）每根滑移線上位錯數(shù)大致不變；）每根滑移線上位錯數(shù)大致不變； 5）其位錯結(jié)構(gòu)纏結(jié)，形成胞狀結(jié)構(gòu)。）其位錯結(jié)構(gòu)纏結(jié)，形成胞狀結(jié)構(gòu)。22l5 第三階段特征：第三階段特征： 1）加工硬化速率（）加工硬化速率（ ）降低，曲線呈拋物）降低，曲線呈拋物線型；線型； 2）變形溫度和層錯能對第三階段有影響；）變形溫度和層錯能對第三階段有影響； 3

5、）該階段是一個熱激活過程，該階段開始時(shí)）該階段是一個熱激活過程，該階段開始時(shí)的應(yīng)力隨溫度的增加而快速減少；的應(yīng)力隨溫度的增加而快速減少； 4）內(nèi)部組織變化的特征是：出現(xiàn)了滑移帶。）內(nèi)部組織變化的特征是：出現(xiàn)了滑移帶。隨著變形量的增加，滑移都集中于滑移帶內(nèi)，隨著變形量的增加，滑移都集中于滑移帶內(nèi)，在滑移帶之間不再出現(xiàn)新的滑移痕跡，而在滑在滑移帶之間不再出現(xiàn)新的滑移痕跡，而在滑移帶內(nèi)可以看到交滑移。移帶內(nèi)可以看到交滑移。6 加工硬化第三階段有加工軟化現(xiàn)象。加工硬化第三階段有加工軟化現(xiàn)象。 Cottrell和和Stoke發(fā)現(xiàn)，如純鋁在發(fā)現(xiàn)，如純鋁在90K變形至第變形至第二階段，繼之升高溫度，于室溫下

6、再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二階段，繼之升高溫度，于室溫下再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，就有明顯的屈服降落。這說明低溫時(shí)的硬時(shí)，就有明顯的屈服降落。這說明低溫時(shí)的硬化會部分地突然去除，顯然低溫變形時(shí)形成的化會部分地突然去除，顯然低溫變形時(shí)形成的位錯結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，到室溫時(shí)發(fā)生某種變化位錯結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，到室溫時(shí)發(fā)生某種變化。由此證明，鋁在室溫下出現(xiàn)的屈服點(diǎn)，并不。由此證明，鋁在室溫下出現(xiàn)的屈服點(diǎn)，并不是由于點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散或雜質(zhì)原子偏聚到位錯線是由于點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散或雜質(zhì)原子偏聚到位錯線，釘扎了位錯所造成的。，釘扎了位錯所造成的。 由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，易滑移階段只在主滑由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，易滑移階段只在主滑移系統(tǒng)上運(yùn)動，第二階段次滑移

7、系統(tǒng)上的位錯移系統(tǒng)上運(yùn)動，第二階段次滑移系統(tǒng)上的位錯參與了滑移變形，第三階段則產(chǎn)生了螺位錯的參與了滑移變形，第三階段則產(chǎn)生了螺位錯的交滑移。交滑移。72 2、影響應(yīng)力一應(yīng)變曲線的主要因素、影響應(yīng)力一應(yīng)變曲線的主要因素1 1） 取向的影響取向的影響 FCC FCC金屬單晶體的應(yīng)力一應(yīng)變曲線形狀和試樣的金屬單晶體的應(yīng)力一應(yīng)變曲線形狀和試樣的取向關(guān)系很密切。取向關(guān)系很密切。圖圖3.3 單晶鋁不同取向拉伸時(shí)單晶鋁不同取向拉伸時(shí) 的應(yīng)力的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 -室溫；室溫；77K 82 2）金屬的層錯能和純度的影響）金屬的層錯能和純度的影響 層錯能的高低影響到第層錯能的高低影響到第階段前的變形發(fā)展階段

8、前的變形發(fā)展。室溫下的層錯能高的金屬，擴(kuò)展位錯很容易束室溫下的層錯能高的金屬，擴(kuò)展位錯很容易束集及產(chǎn)生交滑移，集及產(chǎn)生交滑移， 值不超過值不超過4 4-5-5，應(yīng)力，應(yīng)力應(yīng)變曲線很快進(jìn)入第應(yīng)變曲線很快進(jìn)入第階段；層錯能低的金屬，階段；層錯能低的金屬，因?yàn)閿U(kuò)張位錯不易束集，位錯交割困難，不易因?yàn)閿U(kuò)張位錯不易束集，位錯交割困難，不易產(chǎn)生多系滑移，則產(chǎn)生多系滑移，則 可能超過可能超過2020以上。以上。 雜質(zhì)原子明顯地影響到第雜質(zhì)原子明顯地影響到第階段的長度。主要階段的長度。主要從從雜質(zhì)原子對層錯能影響和形成彌散的第二相雜質(zhì)原子對層錯能影響和形成彌散的第二相兩個方面。兩個方面。93 3） 溫度的影響

9、溫度的影響 溫度升高時(shí)，溫度升高時(shí)， 0 0略有降低，略有降低， 而則顯著降低，而則顯著降低， ， 變短，變短， 和和 與溫度關(guān)系不大，而與溫度關(guān)系不大，而 則隨溫度升高而減小。則隨溫度升高而減小。103 3、FCCFCC金屬形變單晶體的表面現(xiàn)象金屬形變單晶體的表面現(xiàn)象 面心立方晶體研究發(fā)現(xiàn)，無論層錯能高低，只要是面心立方晶體研究發(fā)現(xiàn)，無論層錯能高低，只要是處于同一個階段形變，都具有相同特征的表面現(xiàn)象。處于同一個階段形變，都具有相同特征的表面現(xiàn)象。 各階段觀測研究的結(jié)果簡述如下：各階段觀測研究的結(jié)果簡述如下： 第第1 1階段階段；用光學(xué)顯微鏡一般看不到滑移線。；用光學(xué)顯微鏡一般看不到滑移線。

10、第第階段階段：光學(xué)顯微鏡在暗場下可以看到滑移線，：光學(xué)顯微鏡在暗場下可以看到滑移線，線長隨應(yīng)變的增加而遞減。電鏡觀察到的單個滑移線長隨應(yīng)變的增加而遞減。電鏡觀察到的單個滑移線比第線比第1 1階段的粗而短。階段的粗而短。 第第階段階段：出現(xiàn)滑移帶，帶中包括靠得很近的滑移：出現(xiàn)滑移帶，帶中包括靠得很近的滑移線。應(yīng)變增加時(shí)，帶間不再增加新線，形變集中在線。應(yīng)變增加時(shí)，帶間不再增加新線，形變集中在原來的帶中，帶端出現(xiàn)了碎化現(xiàn)象。所謂原來的帶中，帶端出現(xiàn)了碎化現(xiàn)象。所謂碎化現(xiàn)象碎化現(xiàn)象，系指相互連接著的滑移帶的側(cè)向移動現(xiàn)象。系指相互連接著的滑移帶的側(cè)向移動現(xiàn)象。11二、二、 BCC晶格單晶體的塑性變形晶

11、格單晶體的塑性變形 高純度的高純度的BCC金屬室溫的應(yīng)力應(yīng)變曲線與金屬室溫的應(yīng)力應(yīng)變曲線與FCC金屬的曲線相似。金屬的曲線相似。 如果含有微量雜質(zhì)原子或在低溫形變時(shí)，將產(chǎn)如果含有微量雜質(zhì)原子或在低溫形變時(shí)，將產(chǎn)生明顯的屈服現(xiàn)象而得不到三個階段的硬化曲生明顯的屈服現(xiàn)象而得不到三個階段的硬化曲線。線。 圖圖3.4 鈮單晶體的加工硬化鈮單晶體的加工硬化12三、三、HCP晶格單晶體的塑性變形晶格單晶體的塑性變形 HCP金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線的第金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線的第階段硬化率階段硬化率與與FCC金屬相近，但通常限于一組基面滑移金屬相近，但通常限于一組基面滑移，出現(xiàn)很長的第，出現(xiàn)很長的第階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他結(jié)

12、構(gòu)的階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他結(jié)構(gòu)的晶體，以致其第晶體，以致其第階段還未充分發(fā)揮時(shí)試樣就階段還未充分發(fā)揮時(shí)試樣就已經(jīng)斷烈了。但條件合適時(shí)也會出現(xiàn)完整的三已經(jīng)斷烈了。但條件合適時(shí)也會出現(xiàn)完整的三個階段。個階段。 圖圖3.5 鋅單晶的加工硬化鋅單晶的加工硬化 13 3.2 金屬多晶體的塑性變形金屬多晶體的塑性變形 使用的大多數(shù)金屬材料都是多晶體。多晶體是使用的大多數(shù)金屬材料都是多晶體。多晶體是通過晶界把取向不同、形狀大小不同、成分結(jié)通過晶界把取向不同、形狀大小不同、成分結(jié)構(gòu)不同的晶粒結(jié)合在一起的集合體。構(gòu)不同的晶粒結(jié)合在一起的集合體。多晶體的多晶體的塑性變形是許多單晶體塑性變形的集合塑性變形是許多單晶體塑

13、性變形的集合。但是，。但是，由于組成多晶體的各個晶粒取向不同，由于存由于組成多晶體的各個晶粒取向不同，由于存在著晶界及晶粒大小有差別，使得多晶體的塑在著晶界及晶粒大小有差別，使得多晶體的塑性變形和強(qiáng)化有許多不同于單晶體的特點(diǎn)。性變形和強(qiáng)化有許多不同于單晶體的特點(diǎn)。14一、晶界在塑性變形中的作用一、晶界在塑性變形中的作用 為了顯示晶界對變形的影響，可將由幾個晶粒為了顯示晶界對變形的影響，可將由幾個晶粒組成的大晶體承受變形并觀察和測量它的變形組成的大晶體承受變形并觀察和測量它的變形分布情況。如下圖：分布情況。如下圖：圖圖3.6 總變形量相同時(shí)多晶鋁的幾個晶粒各處的實(shí)際變形量總變形量相同時(shí)多晶鋁的幾

14、個晶粒各處的實(shí)際變形量15 由圖可知：由圖可知： 1）總變形量相同時(shí)，在多晶體內(nèi)，不僅各晶）總變形量相同時(shí)，在多晶體內(nèi)，不僅各晶粒所承受的實(shí)際變形量不同，而且每個晶粒內(nèi)粒所承受的實(shí)際變形量不同，而且每個晶粒內(nèi)部各處的實(shí)際變形程度也不一致。部各處的實(shí)際變形程度也不一致。 2）在晶粒邊界處變形程度都比晶粒內(nèi)部小，）在晶粒邊界處變形程度都比晶粒內(nèi)部小，這既表明晶界處較難變形；也顯示出晶界在促這既表明晶界處較難變形；也顯示出晶界在促進(jìn)變形的不均勻分布上起很大作用。進(jìn)變形的不均勻分布上起很大作用。16 晶界對塑性變形過程的影響，主要是在溫度較晶界對塑性變形過程的影響，主要是在溫度較低時(shí)晶界阻礙滑移進(jìn)行引

15、起的低時(shí)晶界阻礙滑移進(jìn)行引起的障礙強(qiáng)化作用障礙強(qiáng)化作用和和變形連續(xù)性要求晶界附近變形連續(xù)性要求晶界附近多系滑移引起的強(qiáng)化多系滑移引起的強(qiáng)化作用。作用。 1.1.晶界的障礙強(qiáng)化作用晶界的障礙強(qiáng)化作用 由于晶界兩側(cè)晶粒取向不同，滑移從一個晶粒由于晶界兩側(cè)晶粒取向不同，滑移從一個晶粒延伸到下一個晶粒是不容易的，晶界存在著阻延伸到下一個晶粒是不容易的，晶界存在著阻礙塑性變形進(jìn)行的作用。礙塑性變形進(jìn)行的作用。 要實(shí)現(xiàn)塑性變形從一個晶粒要實(shí)現(xiàn)塑性變形從一個晶粒傳遞到下一個晶粒，傳遞到下一個晶粒，就必須外加以更大的力，這就是晶界的障礙強(qiáng)就必須外加以更大的力，這就是晶界的障礙強(qiáng)化作用?；饔?。 172.2.多

16、系滑移強(qiáng)化作用多系滑移強(qiáng)化作用 多晶體材料中，一個晶粒產(chǎn)生滑移變形而不破壞多晶體材料中，一個晶粒產(chǎn)生滑移變形而不破壞晶界連續(xù)性，相鄰的晶粒必須有相應(yīng)協(xié)調(diào)變形才晶界連續(xù)性，相鄰的晶粒必須有相應(yīng)協(xié)調(diào)變形才行。多晶體的塑性變形，一旦變形傳播到相鄰的行。多晶體的塑性變形，一旦變形傳播到相鄰的晶粒，就產(chǎn)生了多系滑移。位錯運(yùn)動遇到的障礙晶粒，就產(chǎn)生了多系滑移。位錯運(yùn)動遇到的障礙比單系滑移多，阻力要增加。而且隨著變形量的比單系滑移多，阻力要增加。而且隨著變形量的增加，阻力增加很快，這就是多系滑移所產(chǎn)生的增加，阻力增加很快，這就是多系滑移所產(chǎn)生的強(qiáng)化作用。強(qiáng)化作用。 在不同的晶體結(jié)構(gòu)中，多系滑移強(qiáng)化和障礙強(qiáng)化

17、在不同的晶體結(jié)構(gòu)中，多系滑移強(qiáng)化和障礙強(qiáng)化所起作用的大小是不同的。體心和面所起作用的大小是不同的。體心和面心立方晶體心立方晶體金屬中，滑移系統(tǒng)多，多系滑移強(qiáng)化效果比障礙金屬中，滑移系統(tǒng)多，多系滑移強(qiáng)化效果比障礙強(qiáng)化大得多強(qiáng)化大得多；室溫下變形的六方金屬晶界的障礙室溫下變形的六方金屬晶界的障礙強(qiáng)化是主要的。強(qiáng)化是主要的。 183.3.多晶體變形的不均勻性多晶體變形的不均勻性 多晶體由于存在著晶界及晶界兩側(cè)晶粒取向有差多晶體由于存在著晶界及晶界兩側(cè)晶粒取向有差別，多晶體的塑性變形有著很大的不均勻性。別，多晶體的塑性變形有著很大的不均勻性。 當(dāng)外力作用于多晶體時(shí)，由于當(dāng)外力作用于多晶體時(shí)，由于晶粒取

18、向不同晶粒取向不同，作，作用于各晶粒的滑移系統(tǒng)上分切應(yīng)力不同，因而各用于各晶粒的滑移系統(tǒng)上分切應(yīng)力不同，因而各個個晶粒變形不一樣晶粒變形不一樣。 在單個晶粒內(nèi)，在單個晶粒內(nèi)，晶界附近難于變形晶界附近難于變形，一般來說，一般來說，晶界變形要低于晶粒中心區(qū)域。晶界變形要低于晶粒中心區(qū)域。 大小不同晶粒相比，大小不同晶粒相比，細(xì)晶粒強(qiáng)化作用細(xì)晶粒強(qiáng)化作用大。由于細(xì)大。由于細(xì)晶組織中晶界占的比例要大于粗晶組織中的晶界，晶組織中晶界占的比例要大于粗晶組織中的晶界，細(xì)晶組織的硬度普遍高于粗晶組織的硬度。細(xì)晶組織的硬度普遍高于粗晶組織的硬度。19二、晶界的本質(zhì)二、晶界的本質(zhì)1、晶界處點(diǎn)陣畸變較大，存在著晶界

19、能；、晶界處點(diǎn)陣畸變較大，存在著晶界能；2、晶界處的原子排列的不規(guī)則性；、晶界處的原子排列的不規(guī)則性；3、晶界處的原子偏離其平衡位置，具有較高的、晶界處的原子偏離其平衡位置，具有較高的動能；動能；4、晶界處存在有較多的空位、位錯等缺陷；、晶界處存在有較多的空位、位錯等缺陷；5、晶界處原子的擴(kuò)散速度較大；、晶界處原子的擴(kuò)散速度較大；6、晶界的熔點(diǎn)較低。、晶界的熔點(diǎn)較低。20三、晶界對晶體強(qiáng)度的影響三、晶界對晶體強(qiáng)度的影響 多晶體與單晶體變形的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下兩多晶體與單晶體變形的區(qū)別主要表現(xiàn)在以下兩個方面：個方面： 1）多晶體材料存在晶界；）多晶體材料存在晶界； 2）多晶體中各晶粒的取向不同。

20、）多晶體中各晶粒的取向不同。 實(shí)驗(yàn)證明，多晶體材料的流變應(yīng)力與晶粒直實(shí)驗(yàn)證明，多晶體材料的流變應(yīng)力與晶粒直徑的平方根成反比，即：徑的平方根成反比，即：Hall- Petch關(guān)系式 =* + kd-1/2 21四、金屬多晶體應(yīng)力一應(yīng)變曲線四、金屬多晶體應(yīng)力一應(yīng)變曲線 金屬的流變曲線很好地表現(xiàn)出金屬塑性變形過金屬的流變曲線很好地表現(xiàn)出金屬塑性變形過程中的特征。金屬在塑性變形過程中的強(qiáng)化規(guī)程中的特征。金屬在塑性變形過程中的強(qiáng)化規(guī)律，都常采用應(yīng)力一應(yīng)變曲線來描述。律，都常采用應(yīng)力一應(yīng)變曲線來描述。 各種影響金屬形變強(qiáng)化的因素各種影響金屬形變強(qiáng)化的因素( (如如點(diǎn)陣類型、點(diǎn)陣類型、金屬種類、晶粒大小、變

21、形溫度、變形速度、金屬種類、晶粒大小、變形溫度、變形速度、加載方式加載方式等等) )，都將影響到應(yīng)力一應(yīng)變曲線的，都將影響到應(yīng)力一應(yīng)變曲線的特征和數(shù)值。特征和數(shù)值。221、FCC晶格金屬多晶體的變形晶格金屬多晶體的變形 多晶體面心立方晶格金屬典型的應(yīng)力多晶體面心立方晶格金屬典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲應(yīng)變曲線通常用拋物線來描述。人們常常提出不同的線通常用拋物線來描述。人們常常提出不同的關(guān)系式予以一般性描述，典型的方程是：關(guān)系式予以一般性描述，典型的方程是：nA023 第一段，第一段，12%應(yīng)變前，拋物線關(guān)系為：應(yīng)變前，拋物線關(guān)系為： 接著是曲線的直線部分（第二階段）：接著是曲線的直線部分（第二階段）：

22、最后是第二拋物線部分（第三階段）：最后是第二拋物線部分（第三階段）：nA0P0mB 0242、BCC晶格多晶體的變形晶格多晶體的變形 許多體心立方晶格晶體金屬，如果晶粒是細(xì)的許多體心立方晶格晶體金屬，如果晶粒是細(xì)的，與面心立方晶格金屬比較，則有明顯的屈服，與面心立方晶格金屬比較，則有明顯的屈服點(diǎn)。這個明顯的屈服點(diǎn)，是由于像碳、氮、氧點(diǎn)。這個明顯的屈服點(diǎn)，是由于像碳、氮、氧雜質(zhì)間隙原子有較小的富集所引起的。雜質(zhì)間隙原子有較小的富集所引起的。 大多數(shù)體心立方晶格的曲線低于面心立方晶格大多數(shù)體心立方晶格的曲線低于面心立方晶格金屬的曲線，即體心立方晶格金屬的加工硬化金屬的曲線，即體心立方晶格金屬的加工

23、硬化速率實(shí)際上是低的。速率實(shí)際上是低的。25 BCC晶格金屬的屈服理論晶格金屬的屈服理論: BCC晶格金屬與晶格金屬與HCP晶格和晶格和FCC晶格金屬相比晶格金屬相比，溫度在低于，溫度在低于0.2Tm左右時(shí)對屈服應(yīng)力影響很左右時(shí)對屈服應(yīng)力影響很大，而且屈服應(yīng)力也明顯地與應(yīng)變速率有關(guān)。大，而且屈服應(yīng)力也明顯地與應(yīng)變速率有關(guān)。很清楚，要解釋這種現(xiàn)象，就需要闡述與溫度很清楚，要解釋這種現(xiàn)象，就需要闡述與溫度密切相關(guān)的位錯釘扎或位錯阻礙作用的機(jī)理。密切相關(guān)的位錯釘扎或位錯阻礙作用的機(jī)理。 為了解釋屈服應(yīng)力而提出的機(jī)理中最有意義的為了解釋屈服應(yīng)力而提出的機(jī)理中最有意義的是：是： 1）間隙原子位錯氣團(tuán)；）

24、間隙原子位錯氣團(tuán)； 2）位錯上的細(xì)小沉淀物；）位錯上的細(xì)小沉淀物； 3）阻礙位錯運(yùn)動的）阻礙位錯運(yùn)動的Peieris-Nabarro力力263、密集六方晶格多晶體的塑性變形、密集六方晶格多晶體的塑性變形 密排六方晶格多晶體晶粒的塑性變形以與其單密排六方晶格多晶體晶粒的塑性變形以與其單晶體不同的方式變形，且對于多晶體孿生、扭晶體不同的方式變形，且對于多晶體孿生、扭折帶的形成和非基面滑移起著基本的作用，而折帶的形成和非基面滑移起著基本的作用，而易滑移沿基面難于進(jìn)行的。易滑移沿基面難于進(jìn)行的。 對于密排六方晶格金屬的雙晶體和多晶體的表對于密排六方晶格金屬的雙晶體和多晶體的表現(xiàn)的觀察表明，它們的形變強(qiáng)

25、化主要決定于沿現(xiàn)的觀察表明，它們的形變強(qiáng)化主要決定于沿非基面滑移的存在。非基面滑移的存在。27 晶粒大小對六方晶格多晶體塑性和流動應(yīng)力產(chǎn)晶粒大小對六方晶格多晶體塑性和流動應(yīng)力產(chǎn)生影響。在密排六方晶格的金屬和合金中，高生影響。在密排六方晶格的金屬和合金中，高的的Ky值是由滑移系局限性和大的取向因子值是由滑移系局限性和大的取向因子m所所決定的。決定的。 大的取向因子大的取向因子m和和 值表明對晶粒尺寸有強(qiáng)烈值表明對晶粒尺寸有強(qiáng)烈的依存關(guān)系。的依存關(guān)系。 流動應(yīng)力隨著晶粒尺寸的減小而增大并不是由流動應(yīng)力隨著晶粒尺寸的減小而增大并不是由于晶界存在本身的原因，而是由于被晶界分割于晶界存在本身的原因，而是

26、由于被晶界分割開的晶粒之間的交互作用。開的晶粒之間的交互作用。 變形接力傳遞的可能性隨晶粒尺寸的減小而增變形接力傳遞的可能性隨晶粒尺寸的減小而增大。大。d28五、影響多晶體應(yīng)力五、影響多晶體應(yīng)力- -應(yīng)變曲線的主要因素應(yīng)變曲線的主要因素1.1.點(diǎn)陣類型和金屬種類影響點(diǎn)陣類型和金屬種類影響 體心立方金屬的硬化速率大體相同體心立方金屬的硬化速率大體相同，比面心比面心立方金屬的硬化效果差立方金屬的硬化效果差。但同是。但同是面心立方晶體面心立方晶體的金屬，其硬化速率差別卻比較大的金屬，其硬化速率差別卻比較大 。 原因是原因是：由于體心立方金屬的滑移系統(tǒng)較多，由于體心立方金屬的滑移系統(tǒng)較多，易于產(chǎn)生交滑

27、移，是其硬化速率較低的主要原易于產(chǎn)生交滑移，是其硬化速率較低的主要原因之一。面心立方晶體的金屬所表現(xiàn)出來的硬因之一。面心立方晶體的金屬所表現(xiàn)出來的硬化速率差別較大的現(xiàn)象，可能是由于其層錯能化速率差別較大的現(xiàn)象，可能是由于其層錯能不同所致。不同所致。 29 應(yīng)力一應(yīng)變曲線的另一特點(diǎn)是，應(yīng)力一應(yīng)變曲線的另一特點(diǎn)是，體心立方金屬體心立方金屬的明顯的明顯屈服效應(yīng)、動態(tài)形變時(shí)效屈服效應(yīng)、動態(tài)形變時(shí)效現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 原因是原因是晶界附近最容易偏析雜質(zhì)原子，由于溶質(zhì)原子晶界附近最容易偏析雜質(zhì)原子，由于溶質(zhì)原子特別是間隙原子與位錯的相互作用強(qiáng)烈，柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)特別是間隙原子與位錯的相互作用強(qiáng)烈，柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)對位錯的釘

28、扎很牢，應(yīng)力一應(yīng)變曲線出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)對位錯的釘扎很牢，應(yīng)力一應(yīng)變曲線出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)溫度從室溫上升時(shí)，出現(xiàn)動態(tài)形變時(shí)效，上下象。當(dāng)溫度從室溫上升時(shí)，出現(xiàn)動態(tài)形變時(shí)效，上下屈服點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為波特紋一李一沙特里屈服點(diǎn)反復(fù)出現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為波特紋一李一沙特里效應(yīng)。效應(yīng)。 圖圖3.9 鋼的動態(tài)應(yīng)變時(shí)效鋼的動態(tài)應(yīng)變時(shí)效302.2.變形溫度與應(yīng)變速率的影響變形溫度與應(yīng)變速率的影響 溫度對加工硬化有很大的影響。溫度升高，硬溫度對加工硬化有很大的影響。溫度升高，硬化系數(shù)降低，對應(yīng)于一定變形程度的屈服應(yīng)力化系數(shù)降低，對應(yīng)于一定變形程度的屈服應(yīng)力值也減小。值也減小。 其原因：其原因：1 1）隨溫度升

29、高，可能開動新的滑移隨溫度升高，可能開動新的滑移系統(tǒng)；系統(tǒng)；2 2）隨著溫度升高，可在變形過程中出現(xiàn)隨著溫度升高，可在變形過程中出現(xiàn)回復(fù)和再結(jié)晶的現(xiàn)象；回復(fù)和再結(jié)晶的現(xiàn)象；3 3）隨著溫度升高，可能隨著溫度升高，可能出現(xiàn)新的塑性變形機(jī)理。出現(xiàn)新的塑性變形機(jī)理。31 體心立方晶體對溫度的敏感性尤為突出體心立方晶體對溫度的敏感性尤為突出。在低。在低溫下，屈服應(yīng)力上升是特別突出的。溫下，屈服應(yīng)力上升是特別突出的。 原因是原因是：1 1）體心立方晶體的點(diǎn)陣阻力對溫度）體心立方晶體的點(diǎn)陣阻力對溫度的依賴性更明顯，而由于體心立方晶體的位錯的依賴性更明顯，而由于體心立方晶體的位錯寬度較窄，其點(diǎn)陣阻力對屈服強(qiáng)

30、度有重要作用。寬度較窄，其點(diǎn)陣阻力對屈服強(qiáng)度有重要作用。2 2）體心立方晶體中的位錯與溶質(zhì)原子特別是）體心立方晶體中的位錯與溶質(zhì)原子特別是間隙原子的相互作用強(qiáng)烈。在低溫下，體心立間隙原子的相互作用強(qiáng)烈。在低溫下，體心立方晶體的屈服應(yīng)力值很高，很容易發(fā)生脆性斷方晶體的屈服應(yīng)力值很高，很容易發(fā)生脆性斷裂，即體心立方晶體具有低溫脆性。裂，即體心立方晶體具有低溫脆性。 此外，體心立方晶體的屈服效應(yīng)現(xiàn)象顯著，存此外，體心立方晶體的屈服效應(yīng)現(xiàn)象顯著，存在著動態(tài)形變時(shí)效溫度區(qū)間。在著動態(tài)形變時(shí)效溫度區(qū)間。32 應(yīng)變速率對加工硬化的影響具有雙重性應(yīng)變速率對加工硬化的影響具有雙重性，包含溫，包含溫度和時(shí)間兩個方

31、面的因素：由于應(yīng)變速率升高，度和時(shí)間兩個方面的因素：由于應(yīng)變速率升高，軟化機(jī)理來不及進(jìn)行而引起屈服應(yīng)力升高的應(yīng)變軟化機(jī)理來不及進(jìn)行而引起屈服應(yīng)力升高的應(yīng)變速率效應(yīng)；在變形過程中由于應(yīng)變速率很高速率效應(yīng)；在變形過程中由于應(yīng)變速率很高( (如如同絕熱過程中形變熱來不及散失同絕熱過程中形變熱來不及散失) )，塑性功轉(zhuǎn)化，塑性功轉(zhuǎn)化成形變熱而提高了變形物體溫度，產(chǎn)生使屈服應(yīng)成形變熱而提高了變形物體溫度，產(chǎn)生使屈服應(yīng)力降低的溫度效應(yīng)，規(guī)律較復(fù)雜。力降低的溫度效應(yīng)，規(guī)律較復(fù)雜。 應(yīng)變速率對加工硬化的影響用應(yīng)變速率對加工硬化的影響用屈服應(yīng)力相對提高屈服應(yīng)力相對提高值值( (提高單位應(yīng)變速率時(shí)，屈服應(yīng)力增量與

32、原始提高單位應(yīng)變速率時(shí)，屈服應(yīng)力增量與原始屈服應(yīng)力值之比屈服應(yīng)力值之比) )表示，稱為表示，稱為速率效應(yīng)速率效應(yīng)。 33圖圖3.10 溫度對速率效應(yīng)的影響溫度對速率效應(yīng)的影響 高溫區(qū)高溫區(qū)( (完全軟化區(qū)完全軟化區(qū)) )應(yīng)變速率效應(yīng)影響最大應(yīng)變速率效應(yīng)影響最大。在這個。在這個溫度區(qū)間，塑性變形機(jī)理基本是擴(kuò)散機(jī)理、晶間滑動溫度區(qū)間，塑性變形機(jī)理基本是擴(kuò)散機(jī)理、晶間滑動機(jī)理。機(jī)理。 過渡區(qū)的應(yīng)變速率效應(yīng)居中過渡區(qū)的應(yīng)變速率效應(yīng)居中。在這個溫度區(qū)有回復(fù)和。在這個溫度區(qū)有回復(fù)和再結(jié)晶軟化機(jī)理作用。再結(jié)晶軟化機(jī)理作用。 低溫區(qū)效應(yīng)影響最小低溫區(qū)效應(yīng)影響最小，在此溫度區(qū)間起控制作用的變，在此溫度區(qū)間起控制

33、作用的變形機(jī)理為切變機(jī)理。形機(jī)理為切變機(jī)理。343.3 加工硬化理論加工硬化理論 溫度和應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響溫度和應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響 許多金屬晶體其流變應(yīng)力隨著溫度的升高和應(yīng)許多金屬晶體其流變應(yīng)力隨著溫度的升高和應(yīng)變速率的減小而降低，但當(dāng)溫度升高至某一數(shù)變速率的減小而降低，但當(dāng)溫度升高至某一數(shù)值時(shí)，其流變應(yīng)力就不再改變（如果不考慮切值時(shí)，其流變應(yīng)力就不再改變（如果不考慮切變模量受溫度影響的話，流變應(yīng)力是一個恒定變模量受溫度影響的話，流變應(yīng)力是一個恒定值）。值）。35 Seeger把流變應(yīng)力分為兩部分：把流變應(yīng)力分為兩部分： 前一部分是與溫度有關(guān)的流變應(yīng)力分量，后一前一部分是與溫度有關(guān)

34、的流變應(yīng)力分量，后一部分是與溫度無關(guān)的流變應(yīng)力分量。部分是與溫度無關(guān)的流變應(yīng)力分量。 這兩項(xiàng)取決于位錯運(yùn)動的障礙，如果是長程障這兩項(xiàng)取決于位錯運(yùn)動的障礙，如果是長程障礙，流變應(yīng)力則主要取決于后一部分，反之，礙，流變應(yīng)力則主要取決于后一部分，反之，則受前一部分控制則受前一部分控制。 加工硬化的各種機(jī)制應(yīng)該說明流變應(yīng)力兩個加工硬化的各種機(jī)制應(yīng)該說明流變應(yīng)力兩個分量的來源及其相對貢獻(xiàn)。分量的來源及其相對貢獻(xiàn)。G361、位錯塞積理論、位錯塞積理論 該理論以該理論以Seeger理論為代表，后來由理論為代表，后來由Friedel和和Hirsch等人修正完善。等人修正完善。 Seeger認(rèn)為：加工硬化主要來

35、自主滑移系統(tǒng)上認(rèn)為：加工硬化主要來自主滑移系統(tǒng)上平行位錯間的彈性交互作用，或者是因?yàn)槲诲e平行位錯間的彈性交互作用，或者是因?yàn)槲诲e反應(yīng)生成反應(yīng)生成L-C不動位錯，構(gòu)成位錯運(yùn)動的障礙不動位錯，構(gòu)成位錯運(yùn)動的障礙，使位錯堆積在障礙前面，形成了長程內(nèi)應(yīng)力，使位錯堆積在障礙前面，形成了長程內(nèi)應(yīng)力而造成的。而造成的。 Seeger的硬化理論主要建立在對表面滑移線觀的硬化理論主要建立在對表面滑移線觀察的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。察的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上。37 該理論對加工硬化各個階段的解釋如下：該理論對加工硬化各個階段的解釋如下： 第一階段：第一階段： 假定單位體積內(nèi)位錯數(shù)為假定單位體積內(nèi)位錯數(shù)為N，每一位錯源在應(yīng)，每一位錯源

36、在應(yīng)力力作用下放出的位錯環(huán)數(shù)為作用下放出的位錯環(huán)數(shù)為n，在滑移面上每，在滑移面上每一環(huán)移動的距離為一環(huán)移動的距離為l，相鄰滑移面間的距離為，相鄰滑移面間的距離為d,dl， 當(dāng)應(yīng)力增加當(dāng)應(yīng)力增加，引起的位錯源放出的位錯環(huán)數(shù)，引起的位錯源放出的位錯環(huán)數(shù)增加了增加了n，從而使應(yīng)變量增加了，從而使應(yīng)變量增加了，則有：，則有： nbNl238 產(chǎn)生了產(chǎn)生了n的位錯環(huán)，將也增加了作用在的位錯環(huán)，將也增加了作用在位錯源上的反作用力，當(dāng)反作用力等于位錯源上的反作用力，當(dāng)反作用力等于應(yīng)力增量時(shí)，就不再繼續(xù)產(chǎn)生新環(huán)。于應(yīng)力增量時(shí)，就不再繼續(xù)產(chǎn)生新環(huán)。于是有如下關(guān)系式：是有如下關(guān)系式： 由此可得到如下關(guān)系式：由此可

37、得到如下關(guān)系式：lnGbB243)(98ldlG39 第二階段：第二階段： 實(shí)驗(yàn)證明，溫度只改變第二階段到第三階段的實(shí)驗(yàn)證明，溫度只改變第二階段到第三階段的過渡，即兩個階段范圍的寬窄。說明第二階段過渡，即兩個階段范圍的寬窄。說明第二階段的流變應(yīng)力主要受與溫度無關(guān)的應(yīng)力的控制，的流變應(yīng)力主要受與溫度無關(guān)的應(yīng)力的控制，該應(yīng)力主要來自主滑移面上的位錯應(yīng)力場，而該應(yīng)力主要來自主滑移面上的位錯應(yīng)力場，而不是與林位錯的交互作用。不是與林位錯的交互作用。 該理論認(rèn)為，第二階段的硬化，主要是形成該理論認(rèn)為，第二階段的硬化，主要是形成了了L-C不動位錯，位錯被阻塞在這一障礙前面不動位錯，位錯被阻塞在這一障礙前面

38、。隨著應(yīng)變量增加滑移線變短，這是由于。隨著應(yīng)變量增加滑移線變短，這是由于L-C不動位錯增加了。不動位錯增加了。40 位錯通過塞積群的應(yīng)力場所需的應(yīng)力為：位錯通過塞積群的應(yīng)力場所需的應(yīng)力為： l是塞積群間的距離。是塞積群間的距離。 Seeger的實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為加工硬化第一階段過渡的實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為加工硬化第一階段過渡到第二階段后，每個滑移線上的位錯數(shù)大致不到第二階段后，每個滑移線上的位錯數(shù)大致不變。變。lGbn241 第三階段：第三階段： 位錯被塞積以后，到了第三階段，要繼續(xù)變形位錯被塞積以后，到了第三階段，要繼續(xù)變形，只有兩種可能：，只有兩種可能： 1）在大的應(yīng)力集中下將）在大的應(yīng)力集中下將L-C障

39、礙摧毀，使領(lǐng)先障礙摧毀，使領(lǐng)先的不全位錯重新組合；的不全位錯重新組合； 2）在塞積群應(yīng)力集中未弛豫以前，就發(fā)生了）在塞積群應(yīng)力集中未弛豫以前，就發(fā)生了交滑移，螺位錯可以在它們的滑移面內(nèi)避開障交滑移，螺位錯可以在它們的滑移面內(nèi)避開障礙，不必與這些障礙發(fā)生強(qiáng)的交互作用，它們礙，不必與這些障礙發(fā)生強(qiáng)的交互作用，它們可以通過雙交滑移返回原始滑移面?？梢酝ㄟ^雙交滑移返回原始滑移面。 42 Seeger傾向于后一種機(jī)制，。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀察到傾向于后一種機(jī)制，。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀察到了在第三階段開始時(shí)，就出現(xiàn)了粗的滑移帶，了在第三階段開始時(shí)，就出現(xiàn)了粗的滑移帶，而在滑移帶內(nèi)滑移線有交滑移的痕跡。而在滑移帶內(nèi)滑移線有交滑

40、移的痕跡。 第三階段的硬化主要是由位錯圈中的刃型部分第三階段的硬化主要是由位錯圈中的刃型部分所引起的。這些位錯圈保持在晶體內(nèi)部，隨著所引起的。這些位錯圈保持在晶體內(nèi)部，隨著位錯源的繼續(xù)開動，它們的密度也將增加，最位錯源的繼續(xù)開動，它們的密度也將增加，最終排列成低角度的界面。終排列成低角度的界面。 螺位錯的交滑移造成位錯密度的降低以及刃型螺位錯的交滑移造成位錯密度的降低以及刃型位錯的重新排列就構(gòu)成了第三階段的動態(tài)回復(fù)位錯的重新排列就構(gòu)成了第三階段的動態(tài)回復(fù)過程。過程。432、林位錯硬化理論（、林位錯硬化理論（Hirsch等）等） 該理論主要是建立在用薄膜試樣作電鏡觀察該理論主要是建立在用薄膜試樣

41、作電鏡觀察，分析其形成的位錯結(jié)構(gòu)上，它和前一理論的，分析其形成的位錯結(jié)構(gòu)上，它和前一理論的實(shí)驗(yàn)方法曾引起爭論。實(shí)驗(yàn)方法曾引起爭論。 凡是穿過主滑移面上的位錯都叫林位錯。凡是穿過主滑移面上的位錯都叫林位錯。 林位錯的產(chǎn)生大部分是在變形的第二階段，當(dāng)林位錯的產(chǎn)生大部分是在變形的第二階段，當(dāng)主滑移面上的位錯運(yùn)動受阻而塞積時(shí)，其產(chǎn)生主滑移面上的位錯運(yùn)動受阻而塞積時(shí)，其產(chǎn)生的長程內(nèi)應(yīng)力將激發(fā)次滑移系上的位錯源開動的長程內(nèi)應(yīng)力將激發(fā)次滑移系上的位錯源開動，這些穿過主滑移面的次生位錯即成為林位錯，這些穿過主滑移面的次生位錯即成為林位錯44 林位錯硬化理論認(rèn)為第二階段的硬化主林位錯硬化理論認(rèn)為第二階段的硬化主

42、要是由主滑移系上的原生位錯和次滑移要是由主滑移系上的原生位錯和次滑移系上的次生位錯的彈性交互作用合成了系上的次生位錯的彈性交互作用合成了新的位錯線段，降低了能量，從而形成新的位錯線段，降低了能量，從而形成了更穩(wěn)定的位錯結(jié)構(gòu)，阻礙了位錯運(yùn)動了更穩(wěn)定的位錯結(jié)構(gòu)，阻礙了位錯運(yùn)動的結(jié)果。的結(jié)果。 由該理論可得：由該理論可得： 式中：式中： 是一個常數(shù)是一個常數(shù) ， 林位錯間距林位錯間距fflGbffl45 林位錯理論用的是林位錯間距來描寫位錯的結(jié)林位錯理論用的是林位錯間距來描寫位錯的結(jié)構(gòu)，缺少使滑移線受阻的基本機(jī)制描述，不能構(gòu)，缺少使滑移線受阻的基本機(jī)制描述，不能說明變形各階段中在基體內(nèi)位錯結(jié)構(gòu)的不均

43、勻說明變形各階段中在基體內(nèi)位錯結(jié)構(gòu)的不均勻性。因?yàn)樵诨w內(nèi)部，存在易變形的軟區(qū)和不性。因?yàn)樵诨w內(nèi)部，存在易變形的軟區(qū)和不易變形的硬區(qū)。易變形的硬區(qū)。463、割階硬化理論、割階硬化理論 割階對位錯運(yùn)動要產(chǎn)生影響。割階對位錯運(yùn)動要產(chǎn)生影響。 無論是束集的割階還是擴(kuò)展的割階，只要產(chǎn)生無論是束集的割階還是擴(kuò)展的割階，只要產(chǎn)生的割階是不動的，那么螺位錯帶著不動的割階的割階是不動的，那么螺位錯帶著不動的割階運(yùn)動時(shí)，割階的攀移勢必要在高應(yīng)力下才能實(shí)運(yùn)動時(shí)，割階的攀移勢必要在高應(yīng)力下才能實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生硬化。現(xiàn)，從而產(chǎn)生硬化。 原生位錯在主滑移面上的運(yùn)動，由于和林位錯原生位錯在主滑移面上的運(yùn)動，由于和林位錯的

44、交截，因而也就是主要次滑移系上產(chǎn)生位錯的交截，因而也就是主要次滑移系上產(chǎn)生位錯時(shí)才開始形成割階。這些割階有的是可以運(yùn)動時(shí)才開始形成割階。這些割階有的是可以運(yùn)動，形成固定割階是少數(shù)，這樣流變應(yīng)力的大小，形成固定割階是少數(shù)，這樣流變應(yīng)力的大小主要取決于固定割階的數(shù)目，即：主要取決于固定割階的數(shù)目，即：47 式中：式中： 是常數(shù)，約為是常數(shù)，約為1/5， 是不動割階的間距是不動割階的間距 從以上分析可知，流變應(yīng)力的各種表達(dá)式中，從以上分析可知，流變應(yīng)力的各種表達(dá)式中，有一共同的形式，即：有一共同的形式，即：式中：式中： 與位錯分布有關(guān)的某一特定尺寸。與位錯分布有關(guān)的某一特定尺寸。 jjlGbjjll

45、Gbl48割階硬化理論的缺點(diǎn)：割階硬化理論的缺點(diǎn)： 1）由于引起硬化的空位割階只能由特定）由于引起硬化的空位割階只能由特定的滑移系相交才能產(chǎn)生，因此，估計(jì)出的滑移系相交才能產(chǎn)生，因此，估計(jì)出的第二階段的加工硬化速率對于取向的的第二階段的加工硬化速率對于取向的依賴關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于觀測到的情況；依賴關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于觀測到的情況； 2）由于只有少數(shù)林位錯才產(chǎn)生空位割階）由于只有少數(shù)林位錯才產(chǎn)生空位割階，這樣估算出的加工硬化速率還不到實(shí)，這樣估算出的加工硬化速率還不到實(shí)驗(yàn)測定值的驗(yàn)測定值的10%。493.4 3.4 金屬的塑性指標(biāo)金屬的塑性指標(biāo) 一、塑形指標(biāo)一、塑形指標(biāo) 1.延伸率延伸率 2.斷面收縮率斷面收縮率 3.相對壓縮率相對壓縮率 4.扭轉(zhuǎn)數(shù)扭轉(zhuǎn)數(shù)-表示金屬在扭轉(zhuǎn)變形條件下，破壞前表示金屬在扭轉(zhuǎn)變形條件下，破壞前的最大扭轉(zhuǎn)數(shù)