第五章材料的形變和再結(jié)晶-

1、第五章第五章 材料的形變和再結(jié)晶材料的形變和再結(jié)晶5、材料的形變和再結(jié)晶、材料的形變和再結(jié)晶 5.1彈性和黏彈性 5.2晶體的塑性變形 5.3回復(fù)和再結(jié)晶 5.4熱變形和動(dòng)態(tài)回復(fù)、再結(jié)晶 5.5陶瓷材料的變形特點(diǎn) 5.6高聚物的變形特點(diǎn)5(1)材料的塑性變形 外力材料彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形材料不同，彈，塑性變形性質(zhì)區(qū)別很大材料不同，彈，塑性變形性質(zhì)區(qū)別很大塑性變形對(duì)鍛，軋，拉，擠有重要作用，塑性變形對(duì)鍛，軋，拉，擠有重要作用，而在熱處理、鑄造中應(yīng)盡量避免而在熱處理、鑄造中應(yīng)盡量避免塑性變形外形尺寸外形尺寸內(nèi)部組織性能的變化內(nèi)部組織性能的變化應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)力、應(yīng)變1.應(yīng)力：應(yīng)力是反映物體

2、一點(diǎn)處受力程度的力學(xué)量。 = P/A= P/A0 0 P P為載荷為載荷 A A0 0原始試樣的截面積原始試樣的截面積 2.應(yīng)變：又稱“相對(duì)變形”。物體由于外因使它的幾何形狀和尺寸發(fā)生相對(duì)改變的物理量。 = = （L LLoLo）/ Lo / Lo L L、LoLo變形后和變形前試樣的長(zhǎng)度變形后和變形前試樣的長(zhǎng)度 工程上應(yīng)用的構(gòu)件滿足的要求工程上應(yīng)用的構(gòu)件滿足的要求 1、強(qiáng)度要求：強(qiáng)度要求是指構(gòu)件應(yīng)有足夠抵抗破壞的能力。 2、剛度要求：剛度要求是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗變形的能力。 3、穩(wěn)定性要求：穩(wěn)定性要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠保持原有平衡形態(tài)的能力。一、概述材料在靜載下的力學(xué)行為一、概述材料在靜載

3、下的力學(xué)行為金屬的應(yīng)力金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 金屬在外力作用下一般經(jīng)金屬在外力作用下一般經(jīng)歷三個(gè)階段。歷三個(gè)階段。 彈性變形彈性變形(elastic deformation)(elastic deformation)、彈塑性變形彈塑性變形(plasticdeformation(plasticdeformation) )斷裂斷裂（fracturefracture）圖中圖中e e （彈性極限），（彈性極限），s s（屈服強(qiáng)度），（屈服強(qiáng)度），b b （抗拉強(qiáng)度）抗拉強(qiáng)度）是工程上具有重要意義的強(qiáng)度指標(biāo)。是工程上具有重要意義的強(qiáng)度指標(biāo)。5.1彈性和黏彈性彈性和黏彈性 5.1.1彈性變形的本質(zhì) 5

4、.1.2彈性變形的特征和彈性模量 5.1.3彈性的不完整性 5.1.4黏彈性5.1彈性和黏彈性彈性和黏彈性 從材料力學(xué)中得知，材料受力時(shí)總是先發(fā)生彈性變形，即彈性變形是塑性變形的先行階段，而且在塑性變形中還伴隨著一定的彈性變形。5.1.1彈性變形的本質(zhì)彈性變形的本質(zhì)本質(zhì)：可以從原子之本質(zhì)：可以從原子之間的結(jié)合力來(lái)解釋間的結(jié)合力來(lái)解釋r=r0原子處于平衡位原子處于平衡位置，位能置，位能U=Umin F=0最穩(wěn)定最穩(wěn)定rr0即偏離平衡位置即偏離平衡位置 F0吸引力吸引力F0排斥力排斥力力圖使原子回到平衡力圖使原子回到平衡位置變形消失位置變形消失5.1.2彈性變形的特征和彈性模量彈性變形的特征和彈性

5、模量 (1)理想的彈性變形是可逆變形，加載時(shí)變理想的彈性變形是可逆變形，加載時(shí)變形，卸載時(shí)變形消失并恢復(fù)原狀。形，卸載時(shí)變形消失并恢復(fù)原狀。 (2)金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加載或卸載時(shí)，只要在彈性變形范圍內(nèi)，服載或卸載時(shí)，只要在彈性變形范圍內(nèi)，服從虎克從虎克(Hooke)定律定律:(3) 彈性變形量隨材料的不同而異。彈性變形量隨材料的不同而異。G切應(yīng)力作用下：正應(yīng)力作用下：E彈性模量彈性模量(E)(E) (1)(1)彈性模量彈性模量：E E代表著使原子離開(kāi)平衡位代表著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力置的難易程度，是表征晶體中原子間

6、結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。強(qiáng)弱的物理量。 (2) E(2) E是組織不敏感參數(shù)。是組織不敏感參數(shù)。 (3) (3) 對(duì)晶體而言，對(duì)晶體而言，E E是各向異性的。在單是各向異性的。在單晶體中，沿原子密排面晶體中，沿原子密排面E E最高，沿原子排列最高，沿原子排列最疏的晶向最疏的晶向E E最低。多晶體中，最低。多晶體中，E E各向同性。各向同性。 (4) (4) 工程上，工程上，E E是材料剛度的度量。是材料剛度的度量。 在外力相同的情況下，材料的在外力相同的情況下，材料的E愈大，剛度愈大，材愈大，剛度愈大，材料發(fā)生的彈性變形量就愈小，如鋼的料發(fā)生的彈性變形量就愈小，如鋼的E為鋁的為鋁的3倍，因此鋼倍，

7、因此鋼的彈性變形只是鋁的的彈性變形只是鋁的1/3。壓縮模量壓縮模量或體彈性模量或體彈性模量K)1 (30EVPVKG切應(yīng)力作用下：正應(yīng)力作用下：E)1 (2EG為材料泊松比，為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能表示側(cè)向收縮能力。一般金屬材力。一般金屬材料的泊松比在料的泊松比在0.25 0.350.25 0.35之之間，高分子材料間，高分子材料則相對(duì)較大些。則相對(duì)較大些。5.1.3彈性的不完整性彈性的不完整性 上面討論的彈性變形，通常把物體看作上面討論的彈性變形，通常把物體看作理想彈性體來(lái)處理。但是，多數(shù)工程上應(yīng)理想彈性體來(lái)處理。但是，多數(shù)工程上應(yīng)用的材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩用的材料為多晶體甚至

8、為非晶態(tài)或者是兩者皆有的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺者皆有的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺陷，彈性變形時(shí)，可能出現(xiàn)加載線與卸載陷，彈性變形時(shí)，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化線不重合、應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化等有別于理想彈性變形特點(diǎn)的現(xiàn)象，稱之等有別于理想彈性變形特點(diǎn)的現(xiàn)象，稱之為為彈性的不完整性彈性的不完整性。 彈性的不完整性 彈性的不完整性包括：彈性的不完整性包括： a. 包申格效應(yīng)包申格效應(yīng) b. 彈性后效彈性后效 c. 彈性滯后彈性滯后 d. 循環(huán)韌性循環(huán)韌性1.包申格效應(yīng)包申格效應(yīng) 包申格效應(yīng)：包申格效應(yīng)：材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形

9、性變形(小于小于4%)，而后同向加載則，而后同向加載則e升高，升高，反向加載則反向加載則e下降。此現(xiàn)象稱之為下降。此現(xiàn)象稱之為包申格效包申格效應(yīng)。應(yīng)。 2.彈性后效彈性后效 彈性后效或滯彈性：彈性后效或滯彈性：一些實(shí)際晶體，在加一些實(shí)際晶體，在加載或卸載時(shí)，應(yīng)變不是瞬時(shí)達(dá)到其平衡值，載或卸載時(shí)，應(yīng)變不是瞬時(shí)達(dá)到其平衡值，而是通過(guò)一種弛豫過(guò)程來(lái)完成其變化的。而是通過(guò)一種弛豫過(guò)程來(lái)完成其變化的。這種在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加這種在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象稱為彈性后效應(yīng)力，并和時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象稱為彈性后效或滯彈性?；驕椥?。 Oa為彈性應(yīng)變，為彈性應(yīng)變， a b逐漸

10、產(chǎn)生的彈逐漸產(chǎn)生的彈性應(yīng)變，稱為滯彈性應(yīng)變，稱為滯彈性應(yīng)變性應(yīng)變; bc=Oa，瞬間消失，瞬間消失的彈性應(yīng)變的彈性應(yīng)變; cd=a b滯彈性應(yīng)滯彈性應(yīng)變。變。彈性后效示意圖 彈性后效速率與材料成分、組織有關(guān)，也與試驗(yàn)條件有關(guān)。彈性后效速率與材料成分、組織有關(guān)，也與試驗(yàn)條件有關(guān)。組織愈不均勻、溫度升高、切應(yīng)力愈大，彈性后效愈明顯。組織愈不均勻、溫度升高、切應(yīng)力愈大，彈性后效愈明顯。3.彈性滯后 由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在式中由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在式中曲線上使加載曲線上使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱之彈性線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱之彈性滯后，如圖滯后，如圖5. 4所示。所示。5.

11、1.4 5.1.4 黏彈性黏彈性 粘性流動(dòng)：是指非晶態(tài)固體和液體在很粘性流動(dòng)：是指非晶態(tài)固體和液體在很小外力作用下便會(huì)發(fā)生沒(méi)有確定形狀的小外力作用下便會(huì)發(fā)生沒(méi)有確定形狀的流變，并且在外力去除后，形變不能回流變，并且在外力去除后，形變不能回復(fù)。復(fù)。變形形式除了彈性變形、塑性變形外還變形形式除了彈性變形、塑性變形外還有一種粘性流動(dòng)。有一種粘性流動(dòng)。 存黏性流動(dòng)滿足牛頓粘性流動(dòng)定律： =d/dt 為應(yīng)力，d/dt為應(yīng)變速率; 稱為黏度系數(shù)，反映了流體的內(nèi)摩擦力，即流體流動(dòng)的難易程度，其單位為Pas黏黏彈性兩種模型彈性兩種模型1 1、MaxwellMaxwell模型模型對(duì)解釋?xiě)?yīng)力松弛非常有用對(duì)解釋?xiě)?yīng)力

12、松弛非常有用2 2、VoigtVoigt模型模型可用來(lái)描述蠕變回復(fù)、彈性后效、可用來(lái)描述蠕變回復(fù)、彈性后效、彈性記憶彈性記憶 1. 黏彈性具有彈性和黏性變形兩方面黏彈性具有彈性和黏性變形兩方面的特征，它是高分子材料的重要力學(xué)的特征，它是高分子材料的重要力學(xué)性能之一。其特點(diǎn)是應(yīng)變落后于應(yīng)力。性能之一。其特點(diǎn)是應(yīng)變落后于應(yīng)力。當(dāng)加上周期應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力一應(yīng)變曲線當(dāng)加上周期應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力一應(yīng)變曲線就構(gòu)成回線，所包含的面積即為應(yīng)力就構(gòu)成回線，所包含的面積即為應(yīng)力循環(huán)一周所損耗的能量，即內(nèi)耗。循環(huán)一周所損耗的能量，即內(nèi)耗。5.2晶體的塑性變形晶體的塑性變形應(yīng)力超過(guò)彈性極限，材料發(fā)生塑性應(yīng)力超過(guò)彈性極限，材料發(fā)

13、生塑性變形，即產(chǎn)生不可逆的永久變形變形，即產(chǎn)生不可逆的永久變形。5.2.1單晶體的塑性變形 常溫、低溫下塑性變形的主要方式：滑移、常溫、低溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。孿生、扭折。 高溫形變主要方式：擴(kuò)散性變形、晶界滑高溫形變主要方式：擴(kuò)散性變形、晶界滑動(dòng)和移動(dòng)等。動(dòng)和移動(dòng)等。1 1、滑移、滑移a.a.滑移線和滑移帶滑移線和滑移帶b.b.滑移系滑移系 塑性變形時(shí)位錯(cuò)只沿著一定的晶面和晶向運(yùn)動(dòng)，塑性變形時(shí)位錯(cuò)只沿著一定的晶面和晶向運(yùn)動(dòng)，這些晶面和晶向分別稱為這些晶面和晶向分別稱為“滑移面滑移面”和和“滑移方滑移方向向”。 滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最滑移面和滑移方向往往

14、是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。密的晶面和晶向。包括滑移面、滑移方向包括滑移面、滑移方向原因：原因： 密排面間距最大，點(diǎn)陣阻力最小密排面間距最大，點(diǎn)陣阻力最小; ; 密排方向上的原子間距最短，即位錯(cuò)密排方向上的原子間距最短，即位錯(cuò)b b最小。最小?；葡担阂粋€(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方滑移系：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方 向合起來(lái)叫做一個(gè)滑移系。向合起來(lái)叫做一個(gè)滑移系。 在其他條件相同時(shí)，晶體中的滑移系愈多，在其他條件相同時(shí)，晶體中的滑移系愈多，滑移過(guò)程可能采取的空間取向便愈多，滑移容易滑移過(guò)程可能采取的空間取向便愈多，滑移容易進(jìn)行，它的塑性便愈好。進(jìn)行，它的塑性便愈好。例：例：fcc

15、fcc滑移系滑移系 滑移方向滑移方向，滑移面一般為，滑移面一般為111111面心立方結(jié)面心立方結(jié)構(gòu)共有四個(gè)不同的構(gòu)共有四個(gè)不同的111111晶面，每個(gè)滑移面上晶面，每個(gè)滑移面上有三個(gè)有三個(gè)晶向，故共有晶向，故共有4 43=123=12個(gè)滑移系。個(gè)滑移系。體心立方體心立方:6:6個(gè)面?zhèn)€面2 2個(gè)方向個(gè)方向+ + 112121+ 123241112121+ 123241 =48 =48面心立方面心立方:4:4個(gè)面?zhèn)€面3 3個(gè)方向個(gè)方向1212密排六方密排六方:1:1個(gè)面?zhèn)€面3 3個(gè)方向個(gè)方向3 3滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明顯！滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更

16、明顯！C.C.滑移的臨界分切應(yīng)力滑移的臨界分切應(yīng)力 晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行的，但其晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行的，但其中許多滑移系并非同時(shí)參與滑移，而只有當(dāng)外力中許多滑移系并非同時(shí)參與滑移，而只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到一定臨界值時(shí)，在某一滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到一定臨界值時(shí)，該滑稱系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為該滑稱系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為滑移的滑移的臨界分切應(yīng)力。臨界分切應(yīng)力。分切應(yīng)力分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力滑移開(kāi)始的條件滑移開(kāi)始的條件 c c s scoscos coscos 1. 1. c c取決于金屬的本性，取決于金屬的本性，不受不受 ，

17、的影響；的影響；2. 2. ， 4545 時(shí)，時(shí)， s s最小，最易滑移；最小，最易滑移； 3. 3. 或或 9090 時(shí)，時(shí)， s s ；4. 4. 取向因子：取向因子：coscos coscos 硬取向：值小硬取向：值小 軟取向：值大。軟取向：值大。圖圖5.9鎂晶體拉伸的屈服應(yīng)力與鎂晶體拉伸的屈服應(yīng)力與晶體取向的關(guān)系晶體取向的關(guān)系 滑移的臨界分切應(yīng)力是一個(gè)真實(shí)反映單晶體滑移的臨界分切應(yīng)力是一個(gè)真實(shí)反映單晶體受力起始屈服的物理量。其數(shù)值與晶體的類型、受力起始屈服的物理量。其數(shù)值與晶體的類型、純度，以及溫度等因素有關(guān)，還與該晶體的加工純度，以及溫度等因素有關(guān)，還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速

18、度，以及滑移系類型等因素和處理狀態(tài)、變形速度，以及滑移系類型等因素有關(guān)有關(guān)。d.滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng) 單晶體滑移時(shí)，除滑移面發(fā)生單晶體滑移時(shí)，除滑移面發(fā)生相對(duì)位移相對(duì)位移外，外，往往伴隨著往往伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于只有一組滑移面的，對(duì)于只有一組滑移面的hcphcp，這種現(xiàn)象尤為明顯。，這種現(xiàn)象尤為明顯。 晶體受壓變形時(shí)也要發(fā)生晶面轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)晶體受壓變形時(shí)也要發(fā)生晶面轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果是使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直的結(jié)果是使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直e.多系滑移 多系滑移對(duì)于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在多系滑移對(duì)于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利的滑

19、移系取向最有利的滑移系( (其分切應(yīng)力最大其分切應(yīng)力最大) )中進(jìn)行，但中進(jìn)行，但由于變形時(shí)晶面轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，另一組滑移面上的分由于變形時(shí)晶面轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，另一組滑移面上的分切應(yīng)力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以切應(yīng)力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上，于是晶體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上同時(shí)進(jìn)行或交替地進(jìn)行，從而產(chǎn)生多系滑移。對(duì)上同時(shí)進(jìn)行或交替地進(jìn)行，從而產(chǎn)生多系滑移。對(duì)于具有較多滑移系的晶體而言，除多系滑移外，還于具有較多滑移系的晶體而言，除多系滑移外，還常可發(fā)現(xiàn)交滑移現(xiàn)象。?？砂l(fā)現(xiàn)交滑移現(xiàn)象。 在多系滑移的情況下，會(huì)因不同滑移系的

20、位錯(cuò)相互在多系滑移的情況下，會(huì)因不同滑移系的位錯(cuò)相互交截而給位錯(cuò)的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)困難，這也是一種重交截而給位錯(cuò)的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)困難，這也是一種重要的強(qiáng)化機(jī)制。要的強(qiáng)化機(jī)制。 實(shí)際測(cè)得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論計(jì)算實(shí)際測(cè)得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論計(jì)算值低值低3 -43 -4個(gè)數(shù)量級(jí)，表明晶體滑移并是借助位錯(cuò)個(gè)數(shù)量級(jí)，表明晶體滑移并是借助位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)行的在滑移面上運(yùn)動(dòng)來(lái)逐步地進(jìn)行的. . 通常，當(dāng)移動(dòng)到晶體外表面時(shí)，晶體沿其滑移面通常，當(dāng)移動(dòng)到晶體外表面時(shí)，晶體沿其滑移面產(chǎn)生了位移量為一個(gè)產(chǎn)生了位移量為一個(gè)b b的滑移，而大量的的滑移，而大量的(n(n個(gè)個(gè)) )位位錯(cuò)沿著同一

21、滑移面移到晶體表面就形成了顯微觀錯(cuò)沿著同一滑移面移到晶體表面就形成了顯微觀察到的滑移帶察到的滑移帶. .f.滑移的位錯(cuò)機(jī)制滑移的位錯(cuò)機(jī)制f.f.滑移的位錯(cuò)機(jī)制滑移的位錯(cuò)機(jī)制位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自點(diǎn)陣阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自點(diǎn)陣阻力。它相當(dāng)于簡(jiǎn)單立方晶體中使一刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的它相當(dāng)于簡(jiǎn)單立方晶體中使一刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需的臨界分切應(yīng)力。臨界分切應(yīng)力。d d為面間距為面間距;b;b為原子間距為原子間距; ; 為泊松為泊松比比; ;而而W=d/1-W=d/1-代表位錯(cuò)的寬度。代表位錯(cuò)的寬度。派派納力納力2.2.孿生孿生a.孿生變形過(guò)程孿生變形過(guò)程孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定晶面孿生：

22、在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定晶面（孿晶面）和一定的晶相（孿生方向）相對(duì)于另一（孿晶面）和一定的晶相（孿生方向）相對(duì)于另一部分做均勻的切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系部分做均勻的切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系. . b. b.孿生的特點(diǎn)：孿生的特點(diǎn)： (1)(1)孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多。孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多。孿生變形通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中孿生變形通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)。區(qū)。 (2)(2)孿生是一種均勻切變。孿生是一種均勻切變。 (3)(3)孿晶的兩部分晶體形成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系。孿晶的兩部分晶體形成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系。 孿生變形與

23、滑移變形的特點(diǎn)對(duì)比孿生變形與滑移變形的特點(diǎn)對(duì)比 滑移滑移孿生孿生相同點(diǎn)相同點(diǎn)1 1 切變；切變；2 2 沿一定晶面、晶向進(jìn)行；沿一定晶面、晶向進(jìn)行；3 3 不改變結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)不不同同點(diǎn)點(diǎn) 晶體位向晶體位向不改變不改變改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系位移量位移量滑移方向上原子間距滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間小于孿生方向上的原子間距，較小。距，較小。對(duì)塑變貢獻(xiàn)對(duì)塑變貢獻(xiàn)很大，總變形量大。很大，總變形量大。有限，總變形量小。有限，總變形量小。變形應(yīng)力變形應(yīng)力較小的臨界分切應(yīng)力較小的臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移變形條

24、件變形條件一般先發(fā)生滑移一般先發(fā)生滑移滑移困難時(shí)發(fā)生滑移困難時(shí)發(fā)生變形機(jī)制變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果C.C.孿晶的形成：孿晶的形成： 三種主要方式三種主要方式: :變形孿晶變形孿晶: :通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱為通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱為“機(jī)械孿晶機(jī)械孿晶”，它的特征通常呈透鏡狀或片狀，它的特征通常呈透鏡狀或片狀; ;生長(zhǎng)孿晶生長(zhǎng)孿晶: :它包括晶體自氣態(tài)它包括晶體自氣態(tài)( (如氣相沉積如氣相沉積) )、液態(tài)、液態(tài)( (液相凝固液相凝固) )或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶; ; 退火孿晶退火孿晶: :是變形金屬在其

25、再結(jié)晶退火過(guò)程中形成是變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成的孿晶，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個(gè)的孿晶，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個(gè)晶粒。晶粒。MgMg晶體晶體孿生孿生 c c 4.9-34.3 MPa4.9-34.3 MPa滑移滑移 c c 0.49 MPa0.49 MPaZnZn單晶中單晶中形核形核1010-1 -1 G G長(zhǎng)大長(zhǎng)大1010-4 -4 G G變形孿晶變形孿晶形核形核長(zhǎng)大長(zhǎng)大需較大臨界切應(yīng)力需較大臨界切應(yīng)力需較小臨界切應(yīng)力需較小臨界切應(yīng)力密排六方金屬密排六方金屬(Cd,Zn,Mg(Cd,Zn,Mg等等) )容易出現(xiàn)孿生變形容易出現(xiàn)孿生變形; ;體心立方金屬，當(dāng)形變溫

26、度較低、形變速度極快或體心立方金屬，當(dāng)形變溫度較低、形變速度極快或由于其他原因的限制使滑移過(guò)程難以進(jìn)行時(shí)，也會(huì)由于其他原因的限制使滑移過(guò)程難以進(jìn)行時(shí)，也會(huì)通過(guò)孿生的方式進(jìn)行塑性變形。孿生面為通過(guò)孿生的方式進(jìn)行塑性變形。孿生面為l12l12，孿，孿生方向?yàn)樯较驗(yàn)?面心立方金屬易于滑移，所以孿生很難發(fā)生，常見(jiàn)面心立方金屬易于滑移，所以孿生很難發(fā)生，常見(jiàn)的是退火孿晶，只有在極低溫度的是退火孿晶，只有在極低溫度(4-(4-78K)78K)下才會(huì)產(chǎn)生下才會(huì)產(chǎn)生孿生。孿生面為孿生。孿生面為111111，孿生方向?yàn)椋瑢\生方向?yàn)?。d.孿生的位錯(cuò)機(jī)制孿生的位錯(cuò)機(jī)制 孿生變形時(shí)，整個(gè)孿晶各層晶面的相對(duì)位移是借助

27、孿生變形時(shí)，整個(gè)孿晶各層晶面的相對(duì)位移是借助一個(gè)肖克利不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成的。一個(gè)肖克利不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成的。孿晶可通過(guò)位錯(cuò)增值的極軸機(jī)制形成孿晶可通過(guò)位錯(cuò)增值的極軸機(jī)制形成OA,OBOA,OB屬于固定位錯(cuò)屬于固定位錯(cuò), , OCOC為掃動(dòng)位錯(cuò)為掃動(dòng)位錯(cuò)若若OCOC為一個(gè)不全位錯(cuò)，為一個(gè)不全位錯(cuò)，那么，掃動(dòng)面是螺旋面。那么，掃動(dòng)面是螺旋面。掃動(dòng)位錯(cuò)每旋轉(zhuǎn)一周，掃動(dòng)位錯(cuò)每旋轉(zhuǎn)一周，晶體便產(chǎn)生一個(gè)單原子晶體便產(chǎn)生一個(gè)單原子層的孿晶，同時(shí)層的孿晶，同時(shí)OCOC也攀也攀移一個(gè)原子間距而上升移一個(gè)原子間距而上升到相鄰的晶面上。到相鄰的晶面上。掃動(dòng)位錯(cuò)如此不斷的掃動(dòng)，就使位錯(cuò)線掃動(dòng)位錯(cuò)如此不斷的掃動(dòng)，就使位

28、錯(cuò)線OCOC和結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)O O不斷地上不斷地上升也就相當(dāng)于每個(gè)面都有一個(gè)不全位錯(cuò)在掃動(dòng)，于是會(huì)在晶升也就相當(dāng)于每個(gè)面都有一個(gè)不全位錯(cuò)在掃動(dòng)，于是會(huì)在晶體中一個(gè)相當(dāng)寬的區(qū)域內(nèi)造成均勻切變，即在晶體中形成變體中一個(gè)相當(dāng)寬的區(qū)域內(nèi)造成均勻切變，即在晶體中形成變形孿晶形孿晶3.扭折 對(duì)于既不能進(jìn)行滑移也不能進(jìn)對(duì)于既不能進(jìn)行滑移也不能進(jìn)行孿生的地方，晶體將通過(guò)其行孿生的地方，晶體將通過(guò)其他方式如扭折進(jìn)行塑性變形。他方式如扭折進(jìn)行塑性變形。 滑移面上的分切應(yīng)力為零，晶滑移面上的分切應(yīng)力為零，晶體不能作滑移變形體不能作滑移變形; ;若此時(shí)孿生若此時(shí)孿生過(guò)程阻力也很大，如繼續(xù)增大過(guò)程阻力也很大，如繼續(xù)增大壓力

29、，則為了使晶體的形狀與壓力，則為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎臨界值時(shí)晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，這種變形方式稱為扭折，曲，這種變形方式稱為扭折，變形區(qū)域則稱為扭折帶。變形區(qū)域則稱為扭折帶。 扭折帶還會(huì)伴隨著形成孿晶而出現(xiàn)。在晶體作孿扭折帶還會(huì)伴隨著形成孿晶而出現(xiàn)。在晶體作孿生變形時(shí)，由于孿晶區(qū)域的切變位移，迫使與之接生變形時(shí)，由于孿晶區(qū)域的切變位移，迫使與之接壤的周圍晶體產(chǎn)生甚大的應(yīng)變，為了消除這種影響壤的周圍晶體產(chǎn)生甚大的應(yīng)變，為了消除這種影響來(lái)適應(yīng)其約束條件，在接壤區(qū)往往形成扭折帶以實(shí)來(lái)適應(yīng)其約束條件，在接壤區(qū)往往形成扭折帶以實(shí)現(xiàn)

30、過(guò)渡?，F(xiàn)過(guò)渡。5.2.25.2.2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 多晶體的變形既需多晶體的變形既需克服晶界的阻礙克服晶界的阻礙，又要求各，又要求各晶粒的變形晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合相互協(xié)調(diào)與配合，故多晶體的塑性，故多晶體的塑性變形較為復(fù)雜。變形較為復(fù)雜。a.晶粒取向的影響晶粒取向的影響 晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懕憩F(xiàn)在各晶粒變形過(guò)程晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懕憩F(xiàn)在各晶粒變形過(guò)程中的中的相互制約和協(xié)調(diào)性。相互制約和協(xié)調(diào)性。 由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)

31、生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。力提高。一個(gè)多晶體要求具備有一個(gè)多晶體要求具備有5 5個(gè)獨(dú)立的滑移系來(lái)滿足各個(gè)獨(dú)立的滑移系來(lái)滿足各晶粒變形時(shí)相互協(xié)調(diào)才能滑移晶粒變形時(shí)相互協(xié)調(diào)才能滑移任意變形均可用六個(gè)任意變形均可用六個(gè)xxxxyyyyzzzzxyxy yzyzyzyz分量分量來(lái)表示，但塑性變形時(shí)只有來(lái)表示，但塑性變形時(shí)只有5 5個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量。個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變

32、分量。每個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量由一個(gè)獨(dú)立的滑移系來(lái)產(chǎn)生。每個(gè)獨(dú)立的應(yīng)變分量由一個(gè)獨(dú)立的滑移系來(lái)產(chǎn)生。fcc,bccfcc,bcc滑移系多滑移系多塑性好塑性好; ; hcp hcp滑移系少滑移系少塑性差塑性差2.2.晶界的作用晶界的作用（1 1）晶界的特點(diǎn)：）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重。晶界原子排列不規(guī)則；點(diǎn)陣畸變嚴(yán)重。晶界兩側(cè)晶粒取向不同，滑移面和滑移方向不一致。兩側(cè)晶粒取向不同，滑移面和滑移方向不一致。（2 2）晶界對(duì)變形的影響）晶界對(duì)變形的影響: :滑移、孿生多終止于晶界滑移、孿生多終止于晶界, ,極少穿極少穿過(guò)。因此，對(duì)多晶體而言，外加應(yīng)力必須大至足以激發(fā)過(guò)。因此，對(duì)多晶體而言，

33、外加應(yīng)力必須大至足以激發(fā)大量晶粒中的位錯(cuò)源動(dòng)作，產(chǎn)生滑移，才能覺(jué)察到宏觀大量晶粒中的位錯(cuò)源動(dòng)作，產(chǎn)生滑移，才能覺(jué)察到宏觀的塑性變形。的塑性變形。在變形過(guò)程中位錯(cuò)難以通過(guò)晶界被堵塞在晶界附近，在變形過(guò)程中位錯(cuò)難以通過(guò)晶界被堵塞在晶界附近，這種在晶界附近產(chǎn)生的位錯(cuò)塞積群會(huì)對(duì)晶內(nèi)的位錯(cuò)這種在晶界附近產(chǎn)生的位錯(cuò)塞積群會(huì)對(duì)晶內(nèi)的位錯(cuò)源產(chǎn)生一反作用力。此反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目源產(chǎn)生一反作用力。此反作用力隨位錯(cuò)塞積的數(shù)目n n而增大而增大：當(dāng)當(dāng)n n增加到某一值時(shí)，增加到某一值時(shí)，位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)，位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)，晶體顯著強(qiáng)化。晶體顯著強(qiáng)化。晶粒的大小晶粒的大小晶界數(shù)量晶界數(shù)量晶體的強(qiáng)度晶體的強(qiáng)度霍爾霍爾-

34、 -佩奇公式佩奇公式 s s= = 0 0+kd+kd-1/2-1/2 一般在室溫使用一般在室溫使用的結(jié)構(gòu)材料都希望獲的結(jié)構(gòu)材料都希望獲得細(xì)小而均勻的晶粒。得細(xì)小而均勻的晶粒。因?yàn)榧?xì)晶粒不僅使材因?yàn)榧?xì)晶粒不僅使材料具有較高的強(qiáng)度、料具有較高的強(qiáng)度、硬度，而且也使它具硬度，而且也使它具有良好的塑性和韌性，有良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力即具有良好的綜合力學(xué)性能。學(xué)性能。晶界晶界=晶內(nèi)晶內(nèi)高溫時(shí)：高溫時(shí)：晶界強(qiáng)度降低。晶界強(qiáng)度降低。對(duì)變形的阻力減弱對(duì)變形的阻力減弱晶界會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)晶界會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致擴(kuò)散蠕變導(dǎo)致擴(kuò)散蠕變5 .2.3 5 .2.3 合金的塑性變形合金的塑性變形1.1.單相固

35、溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固固溶強(qiáng)化溶強(qiáng)化作用，提高了塑性變形的阻力，此外，有作用，提高了塑性變形的阻力，此外，有些固溶體會(huì)出現(xiàn)明顯的些固溶體會(huì)出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)和和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象. .a.a.固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱韌性下降，稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。b.屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時(shí)效屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時(shí)效c.c.應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效 當(dāng)退火狀態(tài)低碳鋼拉伸到超當(dāng)退火狀態(tài)低碳鋼拉伸到超過(guò)屈服點(diǎn)發(fā)生少量塑性變形過(guò)屈服點(diǎn)

36、發(fā)生少量塑性變形后卸載，然后立即重新加載后卸載，然后立即重新加載拉伸，則可見(jiàn)其拉伸曲線不拉伸，則可見(jiàn)其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服點(diǎn)，此時(shí)試樣不再出現(xiàn)屈服點(diǎn)，此時(shí)試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象。發(fā)生屈服現(xiàn)象。 如果不采取上述方案，而是如果不采取上述方案，而是將預(yù)變形試樣在常溫下放置將預(yù)變形試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)幾天或經(jīng)200200短時(shí)加熱后短時(shí)加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復(fù)再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進(jìn)一步提出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進(jìn)一步提高，此現(xiàn)象通常稱為高，此現(xiàn)象通常稱為應(yīng)變時(shí)應(yīng)變時(shí)效。效。2.2.多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形 多相合金與單相固溶體合金的不同之處是除基體相外，尚多相合金與單相固溶

37、體合金的不同之處是除基體相外，尚有其他相存在。由于第二相的數(shù)量、尺寸、形狀和分布不有其他相存在。由于第二相的數(shù)量、尺寸、形狀和分布不同，它與基體相的結(jié)合狀況不一、以及第二相的形變特征同，它與基體相的結(jié)合狀況不一、以及第二相的形變特征與基體相的差異，使得多相合金的塑性變形更加復(fù)雜。與基體相的差異，使得多相合金的塑性變形更加復(fù)雜。 根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將合金分成兩大類這兩類合根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將合金分成兩大類這兩類合金的塑性變形情況和強(qiáng)化規(guī)律有所不同金的塑性變形情況和強(qiáng)化規(guī)律有所不同: : 聚合型兩相合金：聚合型兩相合金：第二相粒子與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)第二相粒子與基體晶粒尺寸屬

38、同一數(shù)量級(jí) 彌散分布型合金：彌散分布型合金：第二相粒子細(xì)小而彌散分布在基體晶粒中。第二相粒子細(xì)小而彌散分布在基體晶粒中。a.a.聚合型合金的塑性變形聚合型合金的塑性變形 當(dāng)兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)，且都為塑性相時(shí)，則合金的當(dāng)兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)，且都為塑性相時(shí)，則合金的變形能力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。假設(shè)合金變形時(shí)兩相的應(yīng)變形能力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。假設(shè)合金變形時(shí)兩相的應(yīng)變相同和應(yīng)力相同。合金在一定應(yīng)變下的平均流變應(yīng)力變相同和應(yīng)力相同。合金在一定應(yīng)變下的平均流變應(yīng)力和和一定應(yīng)力下的平均應(yīng)變一定應(yīng)力下的平均應(yīng)變可由混合律表達(dá)可由混合律表達(dá): : 事實(shí)上，不論是應(yīng)力或應(yīng)變都不可能在兩相事實(shí)上，

39、不論是應(yīng)力或應(yīng)變都不可能在兩相之間是均勻的。上述假設(shè)及其混合律只能作為第之間是均勻的。上述假設(shè)及其混合律只能作為第二相體積分?jǐn)?shù)影響的定性估算。實(shí)驗(yàn)證明，二相體積分?jǐn)?shù)影響的定性估算。實(shí)驗(yàn)證明，這類這類合金在發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較合金在發(fā)生塑性變形時(shí)，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，如果較強(qiáng)相數(shù)量較少時(shí)，則塑性變形軟的相中，如果較強(qiáng)相數(shù)量較少時(shí)，則塑性變形基本上是在較弱的相中基本上是在較弱的相中; ;只有當(dāng)?shù)诙酁檩^強(qiáng)相，只有當(dāng)?shù)诙酁檩^強(qiáng)相，且體積分?jǐn)?shù)且體積分?jǐn)?shù)大于大于30%30%時(shí)，才能起明顯的強(qiáng)化作用。時(shí)，才能起明顯的強(qiáng)化作用。 如果聚合型合金為塑性相如果聚合型合金為塑性相+ +

40、脆性相時(shí)，則合金在塑性變形過(guò)脆性相時(shí)，則合金在塑性變形過(guò)程中所表現(xiàn)的性能，不僅取決于第二相的相對(duì)數(shù)量，而且程中所表現(xiàn)的性能，不僅取決于第二相的相對(duì)數(shù)量，而且與其形狀、大小和分布密切相關(guān)。與其形狀、大小和分布密切相關(guān)。 以碳鋼中的滲碳體以碳鋼中的滲碳體(Fe(Fe3 3C C，硬而脆，硬而脆) )在鐵素體在鐵素體( (以以a-Fea-Fe為基的為基的固溶體固溶體) )基體中存在的情況為例，表中給出了滲碳體的形態(tài)基體中存在的情況為例，表中給出了滲碳體的形態(tài)與大小對(duì)碳鋼力學(xué)性能的影響。與大小對(duì)碳鋼力學(xué)性能的影響。b.b.彌散分布型合金的塑性變形彌散分布型合金的塑性變形 當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分

41、布于基體相中時(shí)，當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。第二相粒子的強(qiáng)化作用是將會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。第二相粒子的強(qiáng)化作用是通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用而表現(xiàn)出來(lái)的。通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用而表現(xiàn)出來(lái)的。 第二相粒子第二相粒子不可變形的不可變形的可變形的可變形的借助粉末冶金方法加入的借助粉末冶金方法加入的通過(guò)時(shí)效處理從過(guò)飽和固溶體中析出通過(guò)時(shí)效處理從過(guò)飽和固溶體中析出(2)(2)可變形微粒的強(qiáng)化作用可變形微粒的強(qiáng)化作用 當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r(shí)，位錯(cuò)將切過(guò)粒子當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r(shí)，位錯(cuò)將切過(guò)粒子使之隨同基體一起變形。在這種情況下，強(qiáng)化作用主使之隨同基體一起

42、變形。在這種情況下，強(qiáng)化作用主要決定于粒子本身的性質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，其強(qiáng)要決定于粒子本身的性質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，其強(qiáng)化機(jī)制甚為復(fù)雜，且因合金而異?；瘷C(jī)制甚為復(fù)雜，且因合金而異。位錯(cuò)切過(guò)粒子位錯(cuò)切過(guò)粒子新表面積新表面積總界面能總界面能位錯(cuò)切過(guò)打亂粒子滑移面上下的有序排列，產(chǎn)生反位錯(cuò)切過(guò)打亂粒子滑移面上下的有序排列，產(chǎn)生反相疇界相疇界能量能量因點(diǎn)陣或點(diǎn)陣常數(shù)不同，當(dāng)位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)在滑移因點(diǎn)陣或點(diǎn)陣常數(shù)不同，當(dāng)位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)在滑移面上引起原子錯(cuò)排，需額外作功，面上引起原子錯(cuò)排，需額外作功，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難由于粒子周圍彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生交互作用，由于粒子周圍彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生

43、交互作用，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙由于基體與粒子中的滑移面取向不一致，位錯(cuò)切過(guò)由于基體與粒子中的滑移面取向不一致，位錯(cuò)切過(guò)后會(huì)產(chǎn)生割階，割階存在會(huì)后會(huì)產(chǎn)生割階，割階存在會(huì)阻礙位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)阻礙位錯(cuò)線的運(yùn)動(dòng)。由于粒子的層錯(cuò)能與基體不同，當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)通過(guò)后，由于粒子的層錯(cuò)能與基體不同，當(dāng)擴(kuò)展位錯(cuò)通過(guò)后，其寬度會(huì)發(fā)生變化，其寬度會(huì)發(fā)生變化，引起能量升高。引起能量升高。 上述兩種機(jī)制不僅可解釋多相合金中第二相的上述兩種機(jī)制不僅可解釋多相合金中第二相的強(qiáng)化效應(yīng)，而且也可解釋多相合金的塑性。然而不強(qiáng)化效應(yīng)，而且也可解釋多相合金的塑性。然而不管那種機(jī)制均受控于粒子的本性、尺寸和分布等因管那種機(jī)制均受控于

44、粒子的本性、尺寸和分布等因素，故合理地控制這些參數(shù)，可使沉淀強(qiáng)化型合金素，故合理地控制這些參數(shù)，可使沉淀強(qiáng)化型合金和彌散強(qiáng)化型合金的強(qiáng)度和塑性在一定范圍內(nèi)進(jìn)行和彌散強(qiáng)化型合金的強(qiáng)度和塑性在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整。5.2.45.2.4塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響1.1.顯微組織的變化顯微組織的變化 當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒變得模糊不清，晶粒已當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為纖維纖維組織。組織。纖維的分布方向即是材料流變伸展的方向。纖維的分布方向即是材料流變伸展的方向。金屬材料金屬

45、材料塑性變形塑性變形晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量滑移帶孿晶帶晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量滑移帶孿晶帶原來(lái)的等軸晶沿變形方向伸長(zhǎng)原來(lái)的等軸晶沿變形方向伸長(zhǎng)纖維組織纖維組織0.2um雙相鋼的縱截面雙相鋼的縱截面雙相鋼的橫截面雙相鋼的橫截面2.2.亞結(jié)構(gòu)的變化亞結(jié)構(gòu)的變化 晶體的塑性變形是借助位錯(cuò)在應(yīng)力作用下運(yùn)晶體的塑性變形是借助位錯(cuò)在應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)和不斷增殖。隨著變形度的增大，晶體中的位動(dòng)和不斷增殖。隨著變形度的增大，晶體中的位錯(cuò)密度迅速提高，經(jīng)嚴(yán)重冷變形后，位錯(cuò)密度可錯(cuò)密度迅速提高，經(jīng)嚴(yán)重冷變形后，位錯(cuò)密度可從原先退火態(tài)的從原先退火態(tài)的10106 6一一l0l07 7cmcm-2-2增至增至10101111一一l0l0

46、1212cmcm-2-2。 胞狀亞結(jié)構(gòu)：胞狀亞結(jié)構(gòu)：變形晶粒是由許多變形晶粒是由許多“胞胞”所組成，所組成，各個(gè)胞之間有著微小的位向差，高密度纏結(jié)位錯(cuò)各個(gè)胞之間有著微小的位向差，高密度纏結(jié)位錯(cuò)主要集中在胞的周圍地帶構(gòu)成主要集中在胞的周圍地帶構(gòu)成“胞壁胞壁”，而胞內(nèi)，而胞內(nèi)位錯(cuò)密度很低。其隨變形量位錯(cuò)密度很低。其隨變形量，胞數(shù)量，胞數(shù)量，尺寸，尺寸。 變形材料胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成不僅與變形材料胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成不僅與變形程度變形程度有關(guān)。有關(guān)。而且還取決于而且還取決于材料類型材料類型。 層錯(cuò)能較高的金屬和合金層錯(cuò)能較高的金屬和合金( (如鋁、鐵等如鋁、鐵等) )，擴(kuò)展位錯(cuò)，擴(kuò)展位錯(cuò)區(qū)較窄，可通過(guò)束集而

47、發(fā)生交滑移，在變形過(guò)程中區(qū)較窄，可通過(guò)束集而發(fā)生交滑移，在變形過(guò)程中經(jīng)位錯(cuò)的增殖和交互作用，容易出現(xiàn)經(jīng)位錯(cuò)的增殖和交互作用，容易出現(xiàn)胞狀結(jié)構(gòu)胞狀結(jié)構(gòu). . 層錯(cuò)能較低的金屬材料層錯(cuò)能較低的金屬材料( (如不銹鋼、如不銹鋼、黃銅黃銅) )，其擴(kuò)，其擴(kuò)展位錯(cuò)區(qū)較寬，使交滑移很困難，因此在這類材料展位錯(cuò)區(qū)較寬，使交滑移很困難，因此在這類材料中易觀察到中易觀察到位錯(cuò)塞積群位錯(cuò)塞積群，形變后大量的位錯(cuò)雜亂地，形變后大量的位錯(cuò)雜亂地排列于晶體中，構(gòu)成較為均勻分布的排列于晶體中，構(gòu)成較為均勻分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，故，故這類材料即使在大量變形時(shí)，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)的傾這類材料即使在大量變形時(shí)，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)的傾

48、向性較小。向性較小。3.3.性能的變化性能的變化 材料在塑性變形過(guò)程中，隨著內(nèi)部組織與結(jié)材料在塑性變形過(guò)程中，隨著內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)的變化，其力學(xué)、物理和化學(xué)性能均發(fā)生明顯構(gòu)的變化，其力學(xué)、物理和化學(xué)性能均發(fā)生明顯的改變。的改變。a a 加工硬化加工硬化 （1 1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量）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。的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。圖圖5.405.40是金屬單晶體的典型應(yīng)是金屬單晶體的典型應(yīng)力一應(yīng)變曲線力一應(yīng)變曲線( (也稱加工硬化曲也稱加工硬化曲線線) )，其塑性變形部分是由三個(gè)，其塑性

49、變形部分是由三個(gè)階段所組成階段所組成: :易滑移階段易滑移階段：c c后，應(yīng)力后，應(yīng)力增加不多，產(chǎn)生相當(dāng)大變形。增加不多，產(chǎn)生相當(dāng)大變形。線性硬化階段線性硬化階段: :隨應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)隨應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力線性增加，斜率較大，加工力線性增加，斜率較大，加工硬化顯著。硬化顯著。拋物線型硬化階段拋物線型硬化階段: :隨應(yīng)變?cè)黾?，隨應(yīng)變?cè)黾?，?yīng)力上升緩慢，呈拋物線型應(yīng)力上升緩慢，呈拋物線型, ,斜斜率逐漸下降。率逐漸下降。圖圖5.415.41為三種典型晶為三種典型晶體結(jié)構(gòu)金屬單晶體的體結(jié)構(gòu)金屬單晶體的硬化曲線，其中硬化曲線，其中fccfcc和和bccbcc晶體顯示出典型的晶體顯示出典型的三階段加工硬化情三階

50、段加工硬化情況況.hcp.hcp金屬單晶體的金屬單晶體的第第I I階段通常很長(zhǎng)，遠(yuǎn)階段通常很長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他結(jié)構(gòu)的晶遠(yuǎn)超過(guò)其他結(jié)構(gòu)的晶體，以致于第二階段體，以致于第二階段還未充分發(fā)展時(shí)試樣還未充分發(fā)展時(shí)試樣就已經(jīng)斷裂了。就已經(jīng)斷裂了。 多晶體的塑性變形由于晶界的阻礙作用和晶粒之多晶體的塑性變形由于晶界的阻礙作用和晶粒之間的協(xié)調(diào)配合要求，各晶粒不可能以單一滑移系動(dòng)間的協(xié)調(diào)配合要求，各晶粒不可能以單一滑移系動(dòng)作而必然有多組滑移系同時(shí)作用，因此作而必然有多組滑移系同時(shí)作用，因此多晶體的應(yīng)多晶體的應(yīng)力一應(yīng)變曲線不會(huì)出現(xiàn)單晶曲線的第力一應(yīng)變曲線不會(huì)出現(xiàn)單晶曲線的第I I階段階段，而且其，而且其硬化曲線通

51、常更陡硬化曲線通常更陡. . 有關(guān)加工硬化表達(dá)形式有關(guān)加工硬化表達(dá)形式-流變應(yīng)力是位錯(cuò)密流變應(yīng)力是位錯(cuò)密度的平方根的線性函數(shù)，度的平方根的線性函數(shù)， = = 0 0+GbGb - -加工硬化時(shí)的切應(yīng)力，加工硬化時(shí)的切應(yīng)力， 0-0-無(wú)加工硬化時(shí)的切無(wú)加工硬化時(shí)的切應(yīng)力，應(yīng)力， - -與材料有關(guān)，與材料有關(guān)，0.3-0.50.3-0.5，- -位錯(cuò)密度。位錯(cuò)密度。 塑性變形過(guò)程中位錯(cuò)密度的增加及其所產(chǎn)生塑性變形過(guò)程中位錯(cuò)密度的增加及其所產(chǎn)生的釘扎作用是導(dǎo)致加工硬化的決定性因素。的釘扎作用是導(dǎo)致加工硬化的決定性因素。b.物理化學(xué)性能的影響物理化學(xué)性能的影響 例如，冷拔形變率為例如，冷拔形變率為82

52、%82%的純銅絲電阻率升的純銅絲電阻率升高高2%2%，同樣形變率的，同樣形變率的H70H70黃銅絲電阻率升高黃銅絲電阻率升高2020，而冷拔形變率而冷拔形變率99%99%的鎢絲電阻率升高的鎢絲電阻率升高50%50%。 由于塑性變形使得金屬中的結(jié)構(gòu)缺陷增多，由于塑性變形使得金屬中的結(jié)構(gòu)缺陷增多，自由焓升高，因而導(dǎo)致金屬中的擴(kuò)散過(guò)程加速金自由焓升高，因而導(dǎo)致金屬中的擴(kuò)散過(guò)程加速金屬的化學(xué)活性增大，腐蝕速度加快。屬的化學(xué)活性增大，腐蝕速度加快。4.4.形變織構(gòu)形變織構(gòu)（1 1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致各個(gè)晶粒的滑移）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致各個(gè)晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形變方向轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸使多晶體中原來(lái)面和滑移方向都要向主形變方向轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸使多晶體中原來(lái)取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向上呈現(xiàn)擇優(yōu)取向的組織。取向互不相同的各個(gè)晶粒在空間取向上呈現(xiàn)擇優(yōu)取向的組織。絲織構(gòu)絲織構(gòu)：拔絲時(shí)形成織構(gòu)：拔絲時(shí)形成織構(gòu)，各晶粒的某一晶向大，各晶粒的某一晶向大致趨于與拔絲方向平行致趨于