第07章材料的變形與熱處理

1、第七章第七章 材料的變形與材料的變形與熱處理熱處理 變形概述變形概述 單晶體的滑移單晶體的滑移 滑移的位錯理論分析滑移的位錯理論分析 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 其他塑性變形方式其他塑性變形方式 塑性變形對組織性能的影響塑性變形對組織性能的影響 塑性變形引言塑性變形引言 塑性變形是塑性材料的一個極其重要的性能，也塑性變形是塑性材料的一個極其重要的性能，也是材料成型的一種重要加工方法。大多數(shù)金屬均具有是材料成型的一種重要加工方法。大多數(shù)金屬均具有良好的塑性變形能力，這也是金屬材料獲得廣泛應(yīng)用良好的塑性變形能力，這也是金屬材料獲得廣泛應(yīng)用的重要原因之一。塑性變形可以改變金屬的外形，也的重要原

2、因之一。塑性變形可以改變金屬的外形，也是塑性材料成形的主要方法之一。同時塑性變形也會是塑性材料成形的主要方法之一。同時塑性變形也會改變材料的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而影響到它的宏觀性改變材料的內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，從而影響到它的宏觀性能，可使材料的某些性能如強度等得到顯著的提高。能，可使材料的某些性能如強度等得到顯著的提高。但在塑性變形的同時，也會給材料的組織和性能帶來但在塑性變形的同時，也會給材料的組織和性能帶來某些不利的影響，為了消除塑性變形某些不利的影響，為了消除塑性變形(冷加工冷加工)這些不這些不利的影響，在加工之后或加工過程中，通常還對材料利的影響，在加工之后或加工過程中，通常還對材料進(jìn)行加熱，

3、使其內(nèi)部發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程。所以，進(jìn)行加熱，使其內(nèi)部發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶過程。所以，塑性變形和再結(jié)晶是材料研究中的重要問題。塑性變形和再結(jié)晶是材料研究中的重要問題。 第一節(jié)第一節(jié) 變形概述變形概述 名詞概念名詞概念 變形過程變形過程 彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 塑性變形的方式塑性變形的方式 變形過程中的名詞概念變形過程中的名詞概念變形：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。變形：物體在外力的作用下，其形狀和尺寸的改變。應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面單位面積上的相互作用力。同截面垂直的稱為同截面垂直的稱為“正應(yīng)力正應(yīng)力”或或“法向應(yīng)力法向應(yīng)力”，同，

4、同截面相切的稱為截面相切的稱為“剪應(yīng)力剪應(yīng)力”或或“切應(yīng)力切應(yīng)力”。應(yīng)變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。物體內(nèi)部應(yīng)變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。物體內(nèi)部某處的線段在變形后長度的改變值同線段原長之比某處的線段在變形后長度的改變值同線段原長之比值稱為值稱為“線應(yīng)變線應(yīng)變”；物體內(nèi)兩互相垂直的平面在變；物體內(nèi)兩互相垂直的平面在變形后夾角的改變值稱為形后夾角的改變值稱為“剪應(yīng)變剪應(yīng)變”或或“角應(yīng)變角應(yīng)變”；變形后物體內(nèi)任一微小單元體體積的改變同原單位變形后物體內(nèi)任一微小單元體體積的改變同原單位體積之比值稱為體積之比值稱為“體積應(yīng)變體積應(yīng)變”。變形過程變形過程 低碳鋼的拉伸曲線如低碳鋼的拉伸曲線如圖

5、所示。圖所示。 在應(yīng)力低于彈性極限在應(yīng)力低于彈性極限e e時，材料發(fā)生的時，材料發(fā)生的變形為彈性變形；應(yīng)變形為彈性變形；應(yīng)力在力在e e到到b b之間將之間將發(fā)生的變形為均勻塑發(fā)生的變形為均勻塑性變形；在性變形；在b b之后之后將發(fā)生頸縮；在將發(fā)生頸縮；在K K點點發(fā)生斷裂。發(fā)生斷裂。 彈性變形彈性變形 定義：變形是可逆的，在外力去除后它便可以完全定義：變形是可逆的，在外力去除后它便可以完全恢復(fù)，變形消失。恢復(fù)，變形消失。 特點：服從虎克定律，及應(yīng)力與應(yīng)變成正比特點：服從虎克定律，及應(yīng)力與應(yīng)變成正比比例系數(shù)比例系數(shù)E稱為彈性模量稱為彈性模量G G稱為切變模量，它反映材稱為切變模量，它反映材料對

6、彈性變形的抗力，代表材料的料對彈性變形的抗力，代表材料的“剛度剛度” 。實質(zhì)：實質(zhì)： 彈性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)彈性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子間距就偏離了平衡位置，但未超過其原子間部原子間距就偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結(jié)合力。晶體材料反應(yīng)為晶格發(fā)生了伸長的結(jié)合力。晶體材料反應(yīng)為晶格發(fā)生了伸長( (縮短縮短) )或歪扭。原子的相鄰關(guān)系還未發(fā)生改變，故外力去或歪扭。原子的相鄰關(guān)系還未發(fā)生改變，故外力去除后，原子間結(jié)合力便可以使變形完全恢復(fù)。除后，原子間結(jié)合力便可以使變形完全恢復(fù)。 塑性變形塑性變形 定義：不能恢復(fù)的永久性變形叫塑性變形。當(dāng)應(yīng)力定義：不能恢復(fù)的永久性

7、變形叫塑性變形。當(dāng)應(yīng)力大于彈性極限時，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還大于彈性極限時，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還發(fā)生塑性變形，即在外力去除后，其變形不能得到發(fā)生塑性變形，即在外力去除后，其變形不能得到完全的恢復(fù)，而具有殘留變形或永久變形。完全的恢復(fù)，而具有殘留變形或永久變形。塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸塑性：是指材料能發(fā)生塑性變形的量或能力，用伸長率長率( (%)%)或斷面減縮率或斷面減縮率( (%)%)表示。表示。 實質(zhì)：塑性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)實質(zhì)：塑性變形的實質(zhì)是在應(yīng)力的作用下，材料內(nèi)部原子相鄰關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變，故外力去除后，原部原子相鄰關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變，故外

8、力去除后，原子回到另一平衡位置，物體將留下永久變形。子回到另一平衡位置，物體將留下永久變形。 塑性變形過程屈服塑性變形過程屈服 屈服：材料開始發(fā)生塑性變形。屈服：材料開始發(fā)生塑性變形。 屈服現(xiàn)象：即使外力不再增加，試樣也會繼續(xù)變形，屈服現(xiàn)象：即使外力不再增加，試樣也會繼續(xù)變形，這種變形屬于塑性變形，在拉伸曲線上會出現(xiàn)鋸齒這種變形屬于塑性變形，在拉伸曲線上會出現(xiàn)鋸齒狀的平臺。這是部分材料所具有的特征。狀的平臺。這是部分材料所具有的特征。 屈服強度：表示材料對開始發(fā)生微量塑性變形的抗屈服強度：表示材料對開始發(fā)生微量塑性變形的抗力，也稱為屈服極限，用力，也稱為屈服極限，用s s表示。對具有屈服現(xiàn)象表

9、示。對具有屈服現(xiàn)象的材料用屈服現(xiàn)象發(fā)生時對應(yīng)的應(yīng)力表示；對屈服的材料用屈服現(xiàn)象發(fā)生時對應(yīng)的應(yīng)力表示；對屈服現(xiàn)象不明顯的材料，則以所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變答現(xiàn)象不明顯的材料，則以所產(chǎn)生的塑性應(yīng)變答0.2%0.2%時的應(yīng)力值表示。時的應(yīng)力值表示。 塑性變形過程均勻變形塑性變形過程均勻變形 均勻變形：在屈服后的變形階段，試樣整體均勻變形：在屈服后的變形階段，試樣整體進(jìn)行均勻的塑性變形。如果不再增加外力，進(jìn)行均勻的塑性變形。如果不再增加外力，材料的變形將不能繼續(xù)下去。材料的變形將不能繼續(xù)下去。 原因：維持材料均勻變形的原因是材料發(fā)生原因：維持材料均勻變形的原因是材料發(fā)生了加工硬化。了加工硬化。 已經(jīng)發(fā)生變形處

10、的強度提高，已經(jīng)發(fā)生變形處的強度提高，進(jìn)一步變形困難，即變形要在更大的應(yīng)力作進(jìn)一步變形困難，即變形要在更大的應(yīng)力作用下才能進(jìn)行。下一步的變形發(fā)生在未變形用下才能進(jìn)行。下一步的變形發(fā)生在未變形或變形相對較小的位置，達(dá)到同樣變形后，或變形相對較小的位置，達(dá)到同樣變形后，在更大的應(yīng)力作用下發(fā)生變形。在更大的應(yīng)力作用下發(fā)生變形。塑性變形過程頸縮塑性變形過程頸縮 頸縮：試樣將開始發(fā)生不均勻的塑性變形，頸縮：試樣將開始發(fā)生不均勻的塑性變形，產(chǎn)生了頸縮，即塑性變形集中在一局部區(qū)域產(chǎn)生了頸縮，即塑性變形集中在一局部區(qū)域進(jìn)行。進(jìn)行。 特點：頸縮發(fā)生后，宏觀表現(xiàn)為外力在下降，特點：頸縮發(fā)生后，宏觀表現(xiàn)為外力在下降

11、，工程應(yīng)力在減小，但頸縮區(qū)的材料承受的真工程應(yīng)力在減小，但頸縮區(qū)的材料承受的真實應(yīng)力依然在上升。實應(yīng)力依然在上升。 極限強度：材料開始發(fā)生頸縮時對應(yīng)的工程極限強度：材料開始發(fā)生頸縮時對應(yīng)的工程應(yīng)力應(yīng)力b b ，這時試樣出現(xiàn)失穩(wěn)，頸縮真實應(yīng)，這時試樣出現(xiàn)失穩(wěn)，頸縮真實應(yīng)力依然在上升，但能承受的總外力在下降。力依然在上升，但能承受的總外力在下降。塑性變形過程斷裂塑性變形過程斷裂 斷裂：變形量大至斷裂：變形量大至K K點，試樣發(fā)生斷裂。點，試樣發(fā)生斷裂。實質(zhì)：斷裂的實質(zhì)原子間承受的力超出最大吸引力，實質(zhì)：斷裂的實質(zhì)原子間承受的力超出最大吸引力，原子間的結(jié)合破壞而分離。原子間的結(jié)合破壞而分離。韌性斷裂

12、：在斷裂前有明顯塑性變形后發(fā)生的斷裂韌性斷裂：在斷裂前有明顯塑性變形后發(fā)生的斷裂叫叫“韌性斷裂韌性斷裂”。在晶體構(gòu)成的材料中，內(nèi)部的晶。在晶體構(gòu)成的材料中，內(nèi)部的晶粒都被拉長成為細(xì)條狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。粒都被拉長成為細(xì)條狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。 脆性斷裂：斷裂前因并未經(jīng)過明顯塑性變形，故其脆性斷裂：斷裂前因并未經(jīng)過明顯塑性變形，故其斷口常具有閃爍的光澤，這種斷裂叫斷口常具有閃爍的光澤，這種斷裂叫“脆性斷裂脆性斷裂”。脆性斷裂可沿晶界發(fā)生，稱為脆性斷裂可沿晶界發(fā)生，稱為“晶間斷裂晶間斷裂”，斷口，斷口凹凸不平；脆性斷裂也可穿過各個晶粒發(fā)生，稱為凹凸不平；脆性斷裂也可穿過各個晶粒發(fā)生，

13、稱為“穿間斷裂穿間斷裂”，斷口比較平坦。，斷口比較平坦。 塑性變形的方式塑性變形的方式材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，依材料材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，依材料的性質(zhì)、外界環(huán)境和受力方式不同，進(jìn)行塑性的性質(zhì)、外界環(huán)境和受力方式不同，進(jìn)行塑性變形的方式也不相同，通常發(fā)生塑性變形的方變形的方式也不相同，通常發(fā)生塑性變形的方式有：式有：滑移、孿生、蠕變、流動滑移、孿生、蠕變、流動。其中滑移是晶體材料塑性變形的基本方式。其中滑移是晶體材料塑性變形的基本方式。而非晶體材料原子為無規(guī)則堆積，像液體一樣而非晶體材料原子為無規(guī)則堆積，像液體一樣只能以流動方式來進(jìn)行，衡量變形的難易程度只能以流動方式來進(jìn)行，衡量變

14、形的難易程度的參數(shù)為粘度。在重力作用下能發(fā)生流動的為的參數(shù)為粘度。在重力作用下能發(fā)生流動的為液體，可以維持自己形狀的位固體、液體，可以維持自己形狀的位固體、第二節(jié)第二節(jié) 單晶體的滑移單晶體的滑移 滑移概念滑移概念 過程說明過程說明 滑移系滑移系 施密特定律施密特定律 臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力 滑移變形的主要特點滑移變形的主要特點 滑移概念滑移概念 滑移：滑移：滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著一定滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面的晶面( (滑移面滑移面) )的一定方向的一定方向( (滑移方向滑移方向) )相對于晶體的相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動另一部分發(fā)生的相對滑動 滑移

15、滑移過程說明過程說明 在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進(jìn)一在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進(jìn)一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一新步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復(fù)到原來的形狀，而保留永久的平衡位置，晶體不能恢復(fù)到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。 作用在晶格上的正應(yīng)力只能使晶格的距離加大，不作用在晶格上的正應(yīng)力只能使晶格的距離加大，不能使原子從一個平衡位置移動到另一平衡位置，不能產(chǎn)能使原子

16、從一個平衡位置移動到另一平衡位置，不能產(chǎn)生塑性變形；正應(yīng)力達(dá)到破壞原子間的吸引力，晶格分生塑性變形；正應(yīng)力達(dá)到破壞原子間的吸引力，晶格分離，材料則出現(xiàn)斷裂。離，材料則出現(xiàn)斷裂。 材料在正應(yīng)力作用下，在應(yīng)力方向雖然不能發(fā)生塑材料在正應(yīng)力作用下，在應(yīng)力方向雖然不能發(fā)生塑性變形，但應(yīng)力的分解在另一方向就有切應(yīng)力，可使晶性變形，但應(yīng)力的分解在另一方向就有切應(yīng)力，可使晶格沿另外的方向上發(fā)生滑移。格沿另外的方向上發(fā)生滑移。 滑移滑移系系 滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面，通常為晶體的最密排滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面，通常為晶體的最密排晶面；晶面； 滑移滑動的方向稱為滑移方向，通常也為晶體的最滑移滑動的方向稱為滑移方

17、向，通常也為晶體的最密排方向；密排方向； 一種滑移面和該面上的一個滑移方向構(gòu)成一個可以一種滑移面和該面上的一個滑移方向構(gòu)成一個可以滑移的方式稱為滑移的方式稱為“滑移系滑移系”。 典型晶格的滑移典型晶格的滑移系系FCCFCC滑移滑移系對性能的影響系對性能的影響 晶體中滑移系愈多，晶體發(fā)生滑移的可能性便愈大，晶體中滑移系愈多，晶體發(fā)生滑移的可能性便愈大，材料的塑性愈好，并且，其中一個滑移面上存在的材料的塑性愈好，并且，其中一個滑移面上存在的滑移方向數(shù)目比滑移面數(shù)目的作用更大。滑移方向數(shù)目比滑移面數(shù)目的作用更大。 在金屬材料中，具有體心立方晶格的鐵與具有面心在金屬材料中，具有體心立方晶格的鐵與具有面

18、心立方晶格的銅及鋁，雖然它們都具有立方晶格的銅及鋁，雖然它們都具有12個滑移系，個滑移系，但鐵的塑性不如銅及鋁，而具有密排六方晶格的鎂但鐵的塑性不如銅及鋁，而具有密排六方晶格的鎂及鋅等，因其滑移系僅有及鋅等，因其滑移系僅有3個，故其塑性遠(yuǎn)較具有立個，故其塑性遠(yuǎn)較具有立方晶格的金屬差。方晶格的金屬差。 施密特定律施密特定律 直接推動滑移的是在直接推動滑移的是在滑移方向上的分切應(yīng)力?；品较蛏系姆智袘?yīng)力。在同一外加應(yīng)力作用下，在同一外加應(yīng)力作用下，不同的滑移系因自己的取不同的滑移系因自己的取向不同，對應(yīng)的分切應(yīng)力向不同，對應(yīng)的分切應(yīng)力也不相同。也不相同。 圖示一單晶體單向拉圖示一單晶體單向拉伸，滑

19、移面法線方向與外伸，滑移面法線方向與外力的夾角為力的夾角為，滑移方向，滑移方向和拉力軸的夾角為和拉力軸的夾角為，注，注意到滑移方向、拉力軸和意到滑移方向、拉力軸和滑移面的法線三者一般不滑移面的法線三者一般不在一平面，即在一平面，即 +900 。施密特定律施密特定律 滑移方向上的分切應(yīng)力為：滑移方向上的分切應(yīng)力為： 其中其中稱為取向因子或施密特因稱為取向因子或施密特因子。當(dāng)子。當(dāng)+= 90+= 900 0，取向因，取向因子有最大值子有最大值0.50.5。 施密特定律施密特定律 滑移方向上的分切應(yīng)力為：滑移方向上的分切應(yīng)力為： 稱為施密特定律，稱為施密特定律，c c是一是一常數(shù)，但材料的屈服強度常

20、數(shù)，但材料的屈服強度s s則隨拉力軸相對于晶體則隨拉力軸相對于晶體的取向不同而不同，即晶的取向不同而不同，即晶體材料存在各向異性。體材料存在各向異性。 臨界分切應(yīng)力與首開滑移系臨界分切應(yīng)力與首開滑移系 臨界分切應(yīng)力：臨界分切應(yīng)力：當(dāng)外力在某個滑移面的滑移方向上的當(dāng)外力在某個滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，這個滑移系開始出現(xiàn)滑分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，這個滑移系開始出現(xiàn)滑移，材料開始發(fā)生塑性變形，這個切應(yīng)力值叫臨界分移，材料開始發(fā)生塑性變形，這個切應(yīng)力值叫臨界分切應(yīng)力，它是決定材料強度的直接因素。切應(yīng)力，它是決定材料強度的直接因素。首開滑移系首開滑移系: : 在某一外力作用下，取向

21、因子最大的滑在某一外力作用下，取向因子最大的滑移系將有最大的分切應(yīng)力，外力加大，它將首先達(dá)到移系將有最大的分切應(yīng)力，外力加大，它將首先達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子最大臨界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子最大的滑移系稱為的滑移系稱為這個外力下這個外力下的首開滑移系。的首開滑移系。等效滑移系等效滑移系: : 在某一外力作用下，取向因子相同的滑在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系將有相同分切應(yīng)力，外力加大，它將同時達(dá)到臨移系將有相同分切應(yīng)力，外力加大，它將同時達(dá)到臨界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子相同滑界分切應(yīng)力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子相同滑移系稱為移系稱為這

22、個外力下這個外力下的等效滑移系。的等效滑移系。 滑移變形的主要特點滑移變形的主要特點 滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生?；浦荒茉谇袘?yīng)力的作用下發(fā)生。 滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。這是因為只有在最密晶面之間的面間發(fā)生。這是因為只有在最密晶面之間的面間距最大，原子面之間的結(jié)合力最弱，沿最密距最大，原子面之間的結(jié)合力最弱，沿最密晶向滑移的步長最小，因此這種滑移所需要晶向滑移的步長最小，因此這種滑移所需要的外加切應(yīng)力最小。的外加切應(yīng)力最小。 滑移時晶體的一部分相對于另一部分沿滑移滑移時晶體的一部分相對于另一部分沿滑移方向的距離為原子間距的整數(shù)倍，滑移

23、的結(jié)方向的距離為原子間距的整數(shù)倍，滑移的結(jié)果會在晶體的表面上造成臺階。果會在晶體的表面上造成臺階。 滑移的同時必然伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動?；频耐瑫r必然伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動。 滑移變形的主要特點滑移變形的主要特點 滑移變形在晶體表面形成的滑移線滑移變形在晶體表面形成的滑移線滑移時晶體的轉(zhuǎn)動滑移時晶體的轉(zhuǎn)動 當(dāng)外力作用于單晶體當(dāng)外力作用于單晶體試樣上時，它在某些相鄰試樣上時，它在某些相鄰層晶面上所分解的切應(yīng)力層晶面上所分解的切應(yīng)力使晶體發(fā)生滑移，而正應(yīng)使晶體發(fā)生滑移，而正應(yīng)力和垂直滑移方向的另一力和垂直滑移方向的另一分切應(yīng)力因滑移錯開組成分切應(yīng)力因滑移錯開組成一力偶，使晶體在滑移的一力偶，使晶體在滑移的同

24、時向外力方向發(fā)生轉(zhuǎn)動。同時向外力方向發(fā)生轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)動的趨勢為滑移面趨于轉(zhuǎn)動的趨勢為滑移面趨于平行拉力方向，滑移方向平行拉力方向，滑移方向也趨于平行拉力方向。也趨于平行拉力方向。第三節(jié)第三節(jié) 滑移的位錯理論分析滑移的位錯理論分析 滑移的實質(zhì)是位錯的運動滑移的實質(zhì)是位錯的運動 位錯的增殖位錯的增殖 位錯的交割位錯的交割 位錯的塞積位錯的塞積 加工硬化加工硬化 滑移的實質(zhì)是位錯的運動滑移的實質(zhì)是位錯的運動 大量的理論研究證明，滑移原來是由于滑移面上大量的理論研究證明，滑移原來是由于滑移面上的位錯運動而造成的。圖示例子表示一刃型位錯在切的位錯運動而造成的。圖示例子表示一刃型位錯在切應(yīng)力的作用下在滑移面

25、上的運動過程，通過一根位錯應(yīng)力的作用下在滑移面上的運動過程，通過一根位錯從滑移面的一側(cè)運動到另一側(cè)便造成一個原子間距的從滑移面的一側(cè)運動到另一側(cè)便造成一個原子間距的滑移。滑移。 滑移的實質(zhì)是位錯的運動滑移的實質(zhì)是位錯的運動 對應(yīng)于位錯運動，在滑對應(yīng)于位錯運動，在滑移的過程中，只需要位錯中移的過程中，只需要位錯中心上面的兩列原子（實際為心上面的兩列原子（實際為兩個半原子面兩個半原子面）向右作微量向右作微量的位移，位錯中心下面的一的位移，位錯中心下面的一列原子向左作微量的位移，列原子向左作微量的位移，位錯中心便會發(fā)生一個原子位錯中心便會發(fā)生一個原子間距的右移。由此可見，通間距的右移。由此可見，通過

26、位錯運動方式的滑移，并不需要整個晶體上半部的原過位錯運動方式的滑移，并不需要整個晶體上半部的原子相對于其下半部一起位移，而僅需位錯中心附近的極子相對于其下半部一起位移，而僅需位錯中心附近的極少量的原子作微量的位移即可，所以它所需要的臨界切少量的原子作微量的位移即可，所以它所需要的臨界切應(yīng)力便遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體剛性滑移。應(yīng)力便遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體剛性滑移。 滑移的實質(zhì)是位錯的運動滑移的實質(zhì)是位錯的運動 位錯的滑移面就是晶體的滑移面，柏氏矢量的位錯的滑移面就是晶體的滑移面，柏氏矢量的方向就是晶體的滑移方向。為了使位錯的能量較低，方向就是晶體的滑移方向。為了使位錯的能量較低，在結(jié)構(gòu)容許的條件下，盡量減小柏氏矢量，

27、所以原子在結(jié)構(gòu)容許的條件下，盡量減小柏氏矢量，所以原子的密排方向就成為了位錯的柏氏矢量的方向。的密排方向就成為了位錯的柏氏矢量的方向。 位錯的增殖位錯的增殖 塑性變形的過程中，盡管位錯移出晶體產(chǎn)塑性變形的過程中，盡管位錯移出晶體產(chǎn)生滑移臺階，但位錯的數(shù)量生滑移臺階，但位錯的數(shù)量( (位錯密度位錯密度) )卻在不卻在不斷的增加，這是因為在外應(yīng)力作用下發(fā)生塑性斷的增加，這是因為在外應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形時位錯會發(fā)生增殖。變形時位錯會發(fā)生增殖。 例如例如位錯的增殖位錯的增殖 利用利用Fnak-ReadFnak-Read源說明增殖的過程。若滑移面上源說明增殖的過程。若滑移面上有一段位錯，有一段位錯，C

28、DCD兩點釘住不可滑移，在外力作用下位兩點釘住不可滑移，在外力作用下位錯應(yīng)向右移動，這段位錯將彎曲、擴(kuò)張，相遇為異號錯應(yīng)向右移動，這段位錯將彎曲、擴(kuò)張，相遇為異號位錯相消，產(chǎn)生一位錯環(huán)，內(nèi)部位錯相消，產(chǎn)生一位錯環(huán)，內(nèi)部CDCD段還存在。反復(fù)可段還存在。反復(fù)可生成一系列的位錯環(huán)，擴(kuò)展到晶體外的產(chǎn)生滑移臺階生成一系列的位錯環(huán)，擴(kuò)展到晶體外的產(chǎn)生滑移臺階可為柏氏矢量的整數(shù)倍?？蔀榘厥鲜噶康恼麛?shù)倍。 位錯的交割位錯的交割 不在同一個滑移面不在同一個滑移面上的兩位錯運動的過程上的兩位錯運動的過程中可發(fā)生交割。圖示例中可發(fā)生交割。圖示例子表示如果位錯子表示如果位錯ABAB向下向下運動掃過位錯運動掃過位錯C

29、DCD，由于，由于掃過區(qū)間的晶體兩邊發(fā)掃過區(qū)間的晶體兩邊發(fā)生了柏氏矢量大小的滑生了柏氏矢量大小的滑移，在位錯移，在位錯CDCD上產(chǎn)生了上產(chǎn)生了EFEF轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折，EFEF長度為長度為ABAB的的柏氏矢量，柏氏矢量，EFEF位錯的柏位錯的柏氏矢量不發(fā)生變化，位氏矢量不發(fā)生變化，位錯的性質(zhì)和原來可能不錯的性質(zhì)和原來可能不一樣。一樣。位錯的交割位錯的交割 若若 ABAB為為一個源發(fā)出一個源發(fā)出的一批的一批位錯，位錯，EFEF則為則為多多倍倍長。如果長。如果CDCD為如圖的為如圖的刃刃位錯位錯，ABAB上也留下一上也留下一轉(zhuǎn)折。轉(zhuǎn)折的性質(zhì)轉(zhuǎn)折。轉(zhuǎn)折的性質(zhì)不一不一樣，有的在位錯的線張樣，有的在位錯的線張

30、力作用下可消失，力作用下可消失，或以或以相同滑移方向一起滑移相同滑移方向一起滑移的稱為扭折；的稱為扭折；有的不僅有的不僅不能消失，而且滑移面不能消失，而且滑移面也不同而不能一起運動，也不同而不能一起運動，這種稱為割階。割階成這種稱為割階。割階成為為位錯運動的阻礙。位錯運動的阻礙。 位錯的塞積位錯的塞積 位錯運動時，在其位錯運動時，在其前沿如果有障礙前沿如果有障礙( (如晶界、如晶界、不可變形的硬質(zhì)點不可變形的硬質(zhì)點)，就停留不能前進(jìn)，若同就停留不能前進(jìn)，若同一位錯源不斷產(chǎn)生一系一位錯源不斷產(chǎn)生一系列位錯源源而來，在此列位錯源源而來，在此將產(chǎn)生塞積。將產(chǎn)生塞積。 位錯的塞積在該處產(chǎn)生大的應(yīng)力，可

31、能帶來的位錯的塞積在該處產(chǎn)生大的應(yīng)力，可能帶來的后果有：后果有：螺位錯可改變滑移面而發(fā)生交滑移；螺位錯可改變滑移面而發(fā)生交滑移；晶界處的應(yīng)力可能迫使相鄰晶粒中的位錯運動來松晶界處的應(yīng)力可能迫使相鄰晶粒中的位錯運動來松弛應(yīng)力；弛應(yīng)力；無發(fā)松弛就有可能在此處造成裂紋。無發(fā)松弛就有可能在此處造成裂紋。 加工硬化加工硬化 材料在變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、材料在變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。這種加工硬化的韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。這種加工硬化的作用在拉伸時的應(yīng)力作用在拉伸時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中可看出，材料屈服應(yīng)變曲線中可看出，材料屈服后要繼續(xù)變形只有不

32、斷增加外力。后要繼續(xù)變形只有不斷增加外力。原因原因：塑性變形是通過位錯的運動來實現(xiàn)的，位錯運動一旦：塑性變形是通過位錯的運動來實現(xiàn)的，位錯運動一旦受阻，塑性變形就難以進(jìn)行，要繼續(xù)進(jìn)行變形只有增加外力。受阻，塑性變形就難以進(jìn)行，要繼續(xù)進(jìn)行變形只有增加外力。分析分析：變形過程中，位錯沿滑移面運動，各種位錯會頻繁相：變形過程中，位錯沿滑移面運動，各種位錯會頻繁相遇，發(fā)生一系列復(fù)雜的交割作用，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)等等現(xiàn)象，遇，發(fā)生一系列復(fù)雜的交割作用，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)等等現(xiàn)象，使位錯的運動受阻，位錯源不斷發(fā)出的位錯不能順利地移出晶使位錯的運動受阻，位錯源不斷發(fā)出的位錯不能順利地移出晶體，發(fā)生位錯地塞積，造成位

33、錯密度的逐漸增大。變形量越大，體，發(fā)生位錯地塞積，造成位錯密度的逐漸增大。變形量越大，位錯密度就越大，變形的抗力也越就大。隨著位錯密度的升高，位錯密度就越大，變形的抗力也越就大。隨著位錯密度的升高，位錯之間的平均距離減小，它們之間的相互干擾和交互作用進(jìn)位錯之間的平均距離減小，它們之間的相互干擾和交互作用進(jìn)一步增強，因而強度和硬度也就越來越大。一步增強，因而強度和硬度也就越來越大。返回新語絲 學(xué)校建筑抗震設(shè)防不足誰之過？ 對于早期建設(shè)的教學(xué)樓，多數(shù)采用預(yù)制板，砌體中沒有配筋，也沒有圈梁和 構(gòu)造柱。完全不符合我國現(xiàn)行的建筑抗震規(guī)范要求。預(yù)制板往往采用經(jīng)過冷拔處 理的鋼絲，雖然強度大，但是延性差。其

34、斷裂呈脆性斷裂，這樣的房子，往往在 地震來臨的數(shù)秒時間就轟然倒塌，根本沒有逃生時間。為什么這樣不符合當(dāng)?shù)乜?震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)樓沒有及時加固？實際上，這樣說其實要求確實太高了一點， 因為目前我國還有一部分學(xué)校，教學(xué)用房還是危房甚至連遮風(fēng)避雨都無法做到， 談何抗震設(shè)防？ 第四節(jié)第四節(jié) 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 晶界和晶粒位向的影響晶界和晶粒位向的影響變形的傳遞變形的傳遞 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào) 多晶體的塑性變形過程多晶體的塑性變形過程 塑性變形過程的不均勻性塑性變形過程的不均勻性晶粒的位向同時也在發(fā)生轉(zhuǎn)動晶粒的位向同時也在發(fā)生轉(zhuǎn)動 晶粒大小對材料強度與塑性的影響晶粒大小對材料強度與塑性的影響

35、強度強度 塑性塑性 變形的傳遞變形的傳遞當(dāng)一個晶粒在某一滑移系發(fā)生滑當(dāng)一個晶粒在某一滑移系發(fā)生滑移動作，即位錯發(fā)生運動，位錯遇到晶移動作，即位錯發(fā)生運動，位錯遇到晶界時，由于各個晶粒的位向不同，不能界時，由于各個晶粒的位向不同，不能直接從一個晶粒移動到另一晶粒，便塞直接從一個晶粒移動到另一晶粒，便塞積起來；加之晶界處的雜質(zhì)原子也往往積起來；加之晶界處的雜質(zhì)原子也往往較多，增大其晶格畸變，在滑移時位錯較多，增大其晶格畸變，在滑移時位錯運動的阻力較大，難以發(fā)生變形，可見運動的阻力較大，難以發(fā)生變形，可見晶界的存在可以提高材料的強度。晶界的存在可以提高材料的強度。位錯在晶界處的塞積產(chǎn)生了大的應(yīng)力集中

36、，當(dāng)應(yīng)位錯在晶界處的塞積產(chǎn)生了大的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中能使相鄰晶粒的位錯源開動，相鄰取向不利的力集中能使相鄰晶粒的位錯源開動，相鄰取向不利的晶粒也能開始變形，相鄰晶粒的變形也使位錯塞積產(chǎn)晶粒也能開始變形，相鄰晶粒的變形也使位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力集中得以松弛，原來變形的晶粒可以進(jìn)一步生的應(yīng)力集中得以松弛，原來變形的晶粒可以進(jìn)一步的變形，這就是滑移的傳播過程。的變形，這就是滑移的傳播過程。 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào)多晶體的變形中要保持晶多晶體的變形中要保持晶界處的連續(xù)性，即晶界處的原界處的連續(xù)性，即晶界處的原子既不能堆積也不能出現(xiàn)空隙子既不能堆積也不能出現(xiàn)空隙或裂縫，晶界兩邊的變形需要或裂縫，晶界兩邊的變

37、形需要達(dá)到互相協(xié)調(diào)。達(dá)到互相協(xié)調(diào)。 晶界兩邊的晶粒取向不一樣，靠單一的滑移系的晶界兩邊的晶粒取向不一樣，靠單一的滑移系的動作將不能保證這種協(xié)調(diào)，為了適應(yīng)變形協(xié)調(diào)，不僅動作將不能保證這種協(xié)調(diào)，為了適應(yīng)變形協(xié)調(diào)，不僅要求鄰近晶粒的晶界附近區(qū)域有幾個滑移系動作，就要求鄰近晶粒的晶界附近區(qū)域有幾個滑移系動作，就是已變形的晶粒自身，除了變形的主滑移系統(tǒng)外，在是已變形的晶粒自身，除了變形的主滑移系統(tǒng)外，在晶界附近也要有幾個滑移系統(tǒng)同時動作。晶界附近也要有幾個滑移系統(tǒng)同時動作。 變形的協(xié)調(diào)變形的協(xié)調(diào)為了滿足變形協(xié)調(diào)，理論為了滿足變形協(xié)調(diào)，理論計算本應(yīng)有計算本應(yīng)有6 6個獨立的滑移系，個獨立的滑移系，以保證以

38、保證6 6個獨立的應(yīng)變分量使晶個獨立的應(yīng)變分量使晶粒的形狀自由變化，在體積不粒的形狀自由變化，在體積不變的情況下，變的情況下， 有有實際只有實際只有5 5個變量是獨立的。個變量是獨立的。 對面心和體心立方金屬，是容易滿足這個變形協(xié)對面心和體心立方金屬，是容易滿足這個變形協(xié)調(diào)條件的，但對密排六方金屬，由于滑移系一般只有調(diào)條件的，但對密排六方金屬，由于滑移系一般只有三個，為了實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，有兩種方式：一種是在晶三個，為了實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，有兩種方式：一種是在晶界附近區(qū)域，除了有基面滑移外，可能有柱面或棱錐界附近區(qū)域，除了有基面滑移外，可能有柱面或棱錐面等較難滑移的晶面作為滑移面；另一種則是產(chǎn)生孿面等較

39、難滑移的晶面作為滑移面；另一種則是產(chǎn)生孿晶變形，孿晶和滑移結(jié)合起來，連續(xù)地進(jìn)行變形。晶變形，孿晶和滑移結(jié)合起來，連續(xù)地進(jìn)行變形。 至少應(yīng)有至少應(yīng)有5 5個個獨立的滑移系才獨立的滑移系才能協(xié)調(diào)多晶體的能協(xié)調(diào)多晶體的塑性變形。塑性變形。塑性變形過程的不均勻性塑性變形過程的不均勻性在多晶體金屬中，由于每個晶粒的晶格位向都不在多晶體金屬中，由于每個晶粒的晶格位向都不同，其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在在同一同，其滑移面和滑移方向的分布便不同，故在在同一外力作用下，每個晶粒中不同滑移面和滑移方向上所外力作用下，每個晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切應(yīng)力便不同。凡滑移面和滑移方向處于或接受的分切應(yīng)

40、力便不同。凡滑移面和滑移方向處于或接近于與外力成近于與外力成4545度，即度，即施密特因子較大施密特因子較大( (接近接近1/2)1/2)，必，必將將首先發(fā)生滑移變形首先發(fā)生滑移變形，通常稱這種位向的晶粒為處于，通常稱這種位向的晶粒為處于“軟位向軟位向”；而滑移面或滑移方向處于或接近于與外；而滑移面或滑移方向處于或接近于與外力相平行或垂直，即施密特因子較小力相平行或垂直，即施密特因子較小( (接近接近0)0)的晶粒則的晶粒則處于處于“硬位向硬位向”，它們所受的分切應(yīng)力將較小，較難，它們所受的分切應(yīng)力將較小，較難發(fā)生滑移。由此可見，由于多晶體金屬中每個晶粒所發(fā)生滑移。由此可見，由于多晶體金屬中每

41、個晶粒所取的位向不同，金屬的塑性變形將會在不同晶粒中逐取的位向不同，金屬的塑性變形將會在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個不均勻的塑性變形過程。批發(fā)生，是個不均勻的塑性變形過程。 晶粒的位向的影響作用晶粒的位向的影響作用分批滑移分批滑移：多晶體材料在外力作用下，當(dāng)首批處于軟：多晶體材料在外力作用下，當(dāng)首批處于軟位向的晶粒發(fā)生滑移時，由于晶界的影響及其周圍處位向的晶粒發(fā)生滑移時，由于晶界的影響及其周圍處于硬位向的晶粒尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相于硬位向的晶粒尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應(yīng)，便會在首批晶粒的晶界附近造成位錯堆積，隨適應(yīng)，便會在首批晶粒的晶界附近造成位錯堆積，隨著外力增大至應(yīng)力集中達(dá)

42、到一定程度，形變才會越過著外力增大至應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，形變才會越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。晶界，傳遞到另一批晶粒中。晶粒的轉(zhuǎn)動晶粒的轉(zhuǎn)動：隨著滑移的發(fā)生，伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動會使：隨著滑移的發(fā)生，伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動會使其位向同時也在變化，有的位向在硬化，有的位向在其位向同時也在變化，有的位向在硬化，有的位向在軟化，軟位向的晶粒開始滑移變形。所以，多晶體的軟化，軟位向的晶粒開始滑移變形。所以，多晶體的塑性變形是一批批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始塑性變形是一批批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴(kuò)大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比逐步擴(kuò)大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形，變形

43、過程要比單晶體中復(fù)雜得多。較均勻的變形，變形過程要比單晶體中復(fù)雜得多。 晶粒大小對材料強度的影響晶粒大小對材料強度的影響材料的塑性變形抗力，不僅與其原子間的結(jié)合力材料的塑性變形抗力，不僅與其原子間的結(jié)合力有關(guān)，而且還與材料的晶粒度有關(guān)，即材料的晶粒愈有關(guān)，而且還與材料的晶粒度有關(guān)，即材料的晶粒愈細(xì)，材料的強度愈高。因為材料晶粒愈細(xì)，晶界總面細(xì)，材料的強度愈高。因為材料晶粒愈細(xì)，晶界總面積愈大，晶界對變形的阻礙作用愈明顯，對塑性變形積愈大，晶界對變形的阻礙作用愈明顯，對塑性變形的抗力也便愈大。的抗力也便愈大。 對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強度

44、和晶粒大小有以下關(guān)系：度和晶粒大小有以下關(guān)系： 式中的式中的d d為晶粒的平均直徑，為晶粒的平均直徑，k k為比例常數(shù)。這是個經(jīng)為比例常數(shù)。這是個經(jīng)驗公式，但又表達(dá)了一個普遍規(guī)律。該公式常稱為霍驗公式，但又表達(dá)了一個普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾爾- -佩奇佩奇(Hall-Petch)(Hall-Petch)關(guān)系。關(guān)系。 晶粒大小對材料塑性的影響晶粒大小對材料塑性的影響 效果效果：塑性材料的晶粒愈細(xì)，不僅強度愈高，而且：塑性材料的晶粒愈細(xì)，不僅強度愈高，而且塑性與韌性也較高。塑性與韌性也較高。原因原因：因為晶粒愈細(xì)，單位體積中晶粒數(shù)量便愈多，：因為晶粒愈細(xì)，單位體積中晶粒數(shù)量便愈多，變形時同樣的形

45、變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，變形時同樣的形變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，晶粒轉(zhuǎn)動的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻晶粒轉(zhuǎn)動的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的應(yīng)力集中，而引起裂紋的的變形，不致造成局部的應(yīng)力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。意義意義：所以在工業(yè)上通過各種方法：所以在工業(yè)上通過各種方法( (凝固、壓力加工、凝固、壓力加工、熱處理熱處理) )使材料獲得細(xì)而均勻的晶粒，使目前提高材使材料獲得細(xì)而均勻的晶粒，使目前提高材料

46、力學(xué)性能的有效途徑之一。料力學(xué)性能的有效途徑之一。 第五節(jié)第五節(jié) 其他塑性變形方式其他塑性變形方式 孿生孿生 蠕變?nèi)渥?粘滯性流動粘滯性流動在切應(yīng)力作用下的變形在切應(yīng)力作用下的變形孿生變形孿生變形孿晶孿晶：晶體的一部分相對于一定的晶面：晶體的一部分相對于一定的晶面( (孿生面孿生面) )，沿，沿著一定的方向著一定的方向( (孿生方向?qū)\生方向) )發(fā)生切變，形成對稱的晶格發(fā)生切變，形成對稱的晶格排列，發(fā)生切變部分叫做孿生帶，或簡稱為孿晶。切排列，發(fā)生切變部分叫做孿生帶，或簡稱為孿晶。切變部分和未切變部分呈鏡面對稱，對稱面為孿生面。變部分和未切變部分呈鏡面對稱，對稱面為孿生面。孿生孿生：在外力作用

47、下，以切變生成孿晶而發(fā)生塑性變：在外力作用下，以切變生成孿晶而發(fā)生塑性變形方式稱為形方式稱為“孿生孿生”。產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件：孿生僅在滑移困難時才會發(fā)生。一般孿生：孿生僅在滑移困難時才會發(fā)生。一般孿生出現(xiàn)在滑移系很少的晶體結(jié)構(gòu)的材料中出現(xiàn)在滑移系很少的晶體結(jié)構(gòu)的材料中(如密排六方晶如密排六方晶格金屬格金屬)；此外在某些容易發(fā)生滑移的晶格材料僅在較；此外在某些容易發(fā)生滑移的晶格材料僅在較低溫度或受沖擊時因來不及滑移又有較大的應(yīng)力作用低溫度或受沖擊時因來不及滑移又有較大的應(yīng)力作用時才可能產(chǎn)生孿生。時才可能產(chǎn)生孿生。 孿生變形孿生變形面心立方孿生變形發(fā)生時原子的遷移與晶格對稱圖面心立方孿生變形發(fā)生時原

48、子的遷移與晶格對稱圖孿生變形特點孿生變形特點 在孿晶帶中，每層原子面對于相鄰原子面的移動量在孿晶帶中，每層原子面對于相鄰原子面的移動量都相同，其移動量不是原子間距的整倍數(shù)都相同，其移動量不是原子間距的整倍數(shù)(一般為原一般為原子間距的分?jǐn)?shù)子間距的分?jǐn)?shù))，但它們在孿生后各自移動的距離和，但它們在孿生后各自移動的距離和離孿生面的距離成正比。離孿生面的距離成正比。 孿生帶的晶格位向發(fā)生了變化，抗腐蝕性和光學(xué)反孿生帶的晶格位向發(fā)生了變化，抗腐蝕性和光學(xué)反射性也也將有差異，拋光腐蝕后在顯微鏡下可見到射性也也將有差異，拋光腐蝕后在顯微鏡下可見到孿晶組織。孿晶組織。 孿生變形在晶體表面可形成浮凸。孿生變形在晶

49、體表面可形成浮凸。 孿生是在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，但產(chǎn)生孿生所需要孿生是在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，但產(chǎn)生孿生所需要的切應(yīng)力比滑移要大得多。的切應(yīng)力比滑移要大得多。 孿生變形特點孿生變形特點 孿生變形得速度很快，接近于聲速。孿生變形得速度很快，接近于聲速。 孿生變形會在周圍得晶格中引起很大得畸變，因此孿生變形會在周圍得晶格中引起很大得畸變，因此所產(chǎn)生的塑性變形總量不大，一般不超過所產(chǎn)生的塑性變形總量不大，一般不超過10%。 孿生對變形的作用另一方面還表現(xiàn)在生成的孿生改孿生對變形的作用另一方面還表現(xiàn)在生成的孿生改變了晶體的位向而幫助滑移。變了晶體的位向而幫助滑移。 在外力作用下以孿生方式生成的孿在外力作

50、用下以孿生方式生成的孿晶晶稱為變形孿晶稱為變形孿晶變形孿晶：變形孿晶：變形孿晶組織形貌變形孿晶組織形貌鋅中的孿晶鋅中的孿晶 滑移與孿生在晶體表面變化滑移與孿生在晶體表面變化蠕變?nèi)渥?蠕變?nèi)渥儯核^蠕變是指材料在高溫下：所謂蠕變是指材料在高溫下(高于高于0.3Tm)的變形不僅與應(yīng)力有關(guān)，而且和應(yīng)力作用的時的變形不僅與應(yīng)力有關(guān)，而且和應(yīng)力作用的時間有關(guān)。間有關(guān)。 蠕變過程蠕變過程：整個的蠕變過程可分為三個階段。：整個的蠕變過程可分為三個階段。由蠕變速率由蠕變速率(d/d)逐漸減慢的第一階段到恒速逐漸減慢的第一階段到恒速蠕變的第二階段。在蠕變過程后期，蠕變速率蠕變的第二階段。在蠕變過程后期，蠕變速率

51、加快直至斷裂，視為蠕變第三階段。隨著溫度加快直至斷裂，視為蠕變第三階段。隨著溫度與應(yīng)力的提高，蠕變的第二階段漸短，金屬的與應(yīng)力的提高，蠕變的第二階段漸短，金屬的蠕變很快由第一階段過渡到第三階段，使高溫蠕變很快由第一階段過渡到第三階段，使高溫下服役的零件壽命大大減少。下服役的零件壽命大大減少。 蠕變?nèi)渥?蠕變機(jī)理蠕變機(jī)理：蠕變過程是一熱激活過程，蠕變現(xiàn)：蠕變過程是一熱激活過程，蠕變現(xiàn)象可看著在應(yīng)力作用下原子流的擴(kuò)散。原子的象可看著在應(yīng)力作用下原子流的擴(kuò)散。原子的定向流動本身可造成材料的變形。借助原子的定向流動本身可造成材料的變形。借助原子的擴(kuò)散會發(fā)生位錯的攀移，位錯滑移產(chǎn)生的加工擴(kuò)散會發(fā)生位錯的

52、攀移，位錯滑移產(chǎn)生的加工硬化和由位錯攀移產(chǎn)生的高溫回復(fù)，這兩個過硬化和由位錯攀移產(chǎn)生的高溫回復(fù)，這兩個過程的速率相等，便形成了恒定的蠕變速率過程。程的速率相等，便形成了恒定的蠕變速率過程。所有影響自擴(kuò)散系數(shù)的因數(shù)均按相同的方式影所有影響自擴(kuò)散系數(shù)的因數(shù)均按相同的方式影響蠕變速率。響蠕變速率。 粘滯性流動粘滯性流動 粘滯性流動粘滯性流動：在液體狀態(tài)下，原子呈無規(guī)則排列，沒：在液體狀態(tài)下，原子呈無規(guī)則排列，沒有固定的形狀，處于可流動的狀態(tài)。液體的流動性用有固定的形狀，處于可流動的狀態(tài)。液體的流動性用黏度來度量，當(dāng)黏度大到可以維持自己的形狀時，材黏度來度量，當(dāng)黏度大到可以維持自己的形狀時，材料就處于

53、固態(tài)。在固態(tài)下處于非晶態(tài)的材料可以看著料就處于固態(tài)。在固態(tài)下處于非晶態(tài)的材料可以看著是過冷的液體，在外力作用下，非晶態(tài)的材料當(dāng)能克是過冷的液體，在外力作用下，非晶態(tài)的材料當(dāng)能克服黏度的阻力時，可以象液體那樣發(fā)生流動，自己的服黏度的阻力時，可以象液體那樣發(fā)生流動，自己的形狀和尺寸發(fā)生變化，材料的性質(zhì)未發(fā)生改變，可視形狀和尺寸發(fā)生變化，材料的性質(zhì)未發(fā)生改變，可視為一種塑性變形。為一種塑性變形。 變形實例變形實例：非晶態(tài)材料處于玻璃化溫度：非晶態(tài)材料處于玻璃化溫度Tg以上可以發(fā)以上可以發(fā)生塑性變形的方式。多晶體材料的晶界滑動。生塑性變形的方式。多晶體材料的晶界滑動。 第六節(jié)第六節(jié) 塑性變形對組織塑性

54、變形對組織性能的影響性能的影響 冷變形對力學(xué)性能冷變形對力學(xué)性能 影響影響 塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 可能出現(xiàn)變形織構(gòu)可能出現(xiàn)變形織構(gòu) 殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力 冷變形對力學(xué)性能冷變形對力學(xué)性能影響影響產(chǎn)生加工硬化產(chǎn)生加工硬化：材料在變形后，強度、硬度顯著提高，：材料在變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降。而塑性、韌性明顯下降。（前面已分析）加工硬化的加工硬化的工程工程意義意義：加工硬化是強化材料的重要手段加工硬化是強化材料的重要手段，尤其是對于那些不，尤其是對于那些不能用熱處理方法強化的金屬材料。能用熱處理方法強化的金屬材料。 加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變

55、形加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形。因為金屬已變形。因為金屬已變形部分產(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在未變形或變形較少的部分產(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在未變形或變形較少的部分發(fā)展。部分發(fā)展。1.1. 加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速了模具，加速了模具的損耗，在對材料要進(jìn)行較大變形量的加工中將是不希望的，的損耗，在對材料要進(jìn)行較大變形量的加工中將是不希望的，在金屬的變形和加工過程中常常要進(jìn)行在金屬的變形和加工過程中常常要進(jìn)行“中間退火中間退火”以消除以消除這種不利影響，因而增加了能耗和成本。這種不利影響，因而增加了能耗和成本。 塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑

56、性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 晶粒變形：金屬塑性變形時，隨著外形的改變，內(nèi)晶粒變形：金屬塑性變形時，隨著外形的改變，內(nèi)部晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被部晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長拉長( (拉伸拉伸) )或壓扁或壓扁( (壓縮壓縮) )。變形的程度愈大，則晶。變形的程度愈大，則晶粒形狀的代表也愈大。粒形狀的代表也愈大。塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 晶界模糊：當(dāng)變形量很大時，晶界變得模糊晶界模糊：當(dāng)變形量很大時，晶界變得模糊不清，這是由于位錯移出晶粒在邊界造成的不清，這是由于位錯移出晶粒在邊界造成的臺階使晶界交錯，同時也進(jìn)一步降低了晶界臺階使晶界

57、交錯，同時也進(jìn)一步降低了晶界的耐腐蝕性。的耐腐蝕性。 纖維組織：在金屬變形較大時，材料中的夾纖維組織：在金屬變形較大時，材料中的夾雜物也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。雜物也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能，即產(chǎn)生一定程度的各向出不同的力學(xué)性能，即產(chǎn)生一定程度的各向異性，一般沿纖維方向的強度和塑性遠(yuǎn)大于異性，一般沿纖維方向的強度和塑性遠(yuǎn)大于垂直方向，等等。垂直方向，等等。 塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對組織和結(jié)構(gòu)的影響 亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu)形成：在金屬未變形或少量變形時，位錯密度的分：在金屬未變形

58、或少量變形時，位錯密度的分布一般是均勻的。但在大量變形之后，由于位錯的運動和交布一般是均勻的。但在大量變形之后，由于位錯的運動和交互作用，位錯不均勻分布，并使晶粒碎化成許多位向略有差互作用，位錯不均勻分布，并使晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。亞晶粒邊界上聚集大量位錯，而內(nèi)部的位錯密異的亞晶粒。亞晶粒邊界上聚集大量位錯，而內(nèi)部的位錯密度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細(xì)。度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細(xì)。整個晶粒內(nèi)部的位錯密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。整個晶粒內(nèi)部的位錯密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。 變形織構(gòu)的產(chǎn)生變形織構(gòu)的產(chǎn)生 變形織構(gòu)變形織構(gòu)：金屬

59、晶粒的取向一般是無規(guī)則的隨機(jī)排列，：金屬晶粒的取向一般是無規(guī)則的隨機(jī)排列，盡管每個晶粒有各向異性，所以宏觀性能表現(xiàn)出各向盡管每個晶粒有各向異性，所以宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。但是當(dāng)金屬經(jīng)受大量同性。但是當(dāng)金屬經(jīng)受大量(70%以上以上)的一定方向的變的一定方向的變形之后，由于晶粒的轉(zhuǎn)動造成晶粒取向趨于一致，形形之后，由于晶粒的轉(zhuǎn)動造成晶粒取向趨于一致，形成了晶體的成了晶體的“擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向”，即某一晶面在某個方向出，即某一晶面在某個方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其他方向。金屬大變形后形成的這現(xiàn)的幾率明顯高于其他方向。金屬大變形后形成的這種有序化結(jié)構(gòu)叫做變形織構(gòu)，它使金屬材料表現(xiàn)出明種有序化結(jié)構(gòu)叫做變形織

60、構(gòu)，它使金屬材料表現(xiàn)出明顯的各向異性。顯的各向異性。 形成原因形成原因：滑移塑性變形時伴隨：滑移塑性變形時伴隨晶粒的轉(zhuǎn)動，造成各晶粒的轉(zhuǎn)動，造成各晶粒的滑移面或滑移方向趨于平行外力方向。晶粒的滑移面或滑移方向趨于平行外力方向。變形織構(gòu)的類型變形織構(gòu)的類型 類型類型：一種是各晶粒的某一晶向趨于一致，稱：一種是各晶粒的某一晶向趨于一致，稱之為之為“絲織構(gòu)絲織構(gòu)”，它多出現(xiàn)在高度冷拔之后，它多出現(xiàn)在高度冷拔之后，例如低碳鋼鐵素體的例如低碳鋼鐵素體的平行于拔絲方向；另平行于拔絲方向；另一種是各晶粒的某一晶面趨于平行且此晶面上一種是各晶粒的某一晶面趨于平行且此晶面上的某一晶向趨于一致，這種織構(gòu)稱之為的某