第五章材料的形變和再結(jié)晶演示文稿

第五章材料的形變和再結(jié)晶演示文稿1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四主要內(nèi)容1.彈性變形的本質(zhì)、特征、彈性模量等2.單晶體、多晶體、合金的塑性變形3.塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響4.冷變形金屬在加熱時(shí)組織與性能的變化5.回復(fù)與再結(jié)晶6.晶粒長(zhǎng)大7.再結(jié)晶退火與退火孿晶現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四金屬材料的鑄態(tài)組織存在的缺陷:晶粒粗大;組織不均勻(三晶區(qū));成分不均勻(偏析);材質(zhì)不致密(疏松)等.金屬材料冶煉澆注后,絕大多數(shù)要塑性變形后使用,少數(shù)鑄造后直接使用,如:機(jī)床床身、泵體、暖氣片等。金屬材料經(jīng)壓力加工（塑變）后：改變外形及尺寸；如：棒材、板材、型鋼；組織變化，與組織有關(guān)的性能也發(fā)生變化；如：冷加工后，材料強(qiáng)度顯著提高，塑性下降。經(jīng)鍛造后，強(qiáng)度提高不明顯，塑性、韌性大為改善?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時(shí)產(chǎn)生彈性變形；外力較大時(shí)產(chǎn)生塑性變形，而當(dāng)外力過(guò)大時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂。

研究材料的變形規(guī)律及其微觀(guān)機(jī)制，分析了解各種內(nèi)外因素對(duì)變形的影響，研究冷變形材料在回復(fù)再結(jié)晶過(guò)程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，具有十分重要的理論和實(shí)際意義?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四Compression（壓縮）Tension(拉伸)Shear(剪切)Torsion(扭轉(zhuǎn))材料受外力F作用后產(chǎn)生的應(yīng)力：應(yīng)變：

F－載荷

A0－試樣的原始截面面積

l0－試樣的原始長(zhǎng)度

l－試樣變形后的長(zhǎng)度在剪切變形的情況下，則有切應(yīng)力：τ=F/Ao

切應(yīng)變：=tan(100%)—應(yīng)變角；扭轉(zhuǎn)變形情況與剪切相似靜載：轉(zhuǎn)矩T；應(yīng)變：轉(zhuǎn)角現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四拉伸實(shí)驗(yàn)Tensile

Test測(cè)試儀器標(biāo)準(zhǔn)樣品Fracture(斷裂)TensileStrength(抗拉強(qiáng)度)Necking(頸縮)現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四拉伸實(shí)驗(yàn)Tensile

TestStandardstress-straincurveoflow-Csteel現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四退火低碳鋼在拉伸力作用下的變形過(guò)程可分為彈性變形不均勻屈服塑性變形均勻塑性變形不均勻集中塑性變形四個(gè)階段?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四將拉伸力—伸長(zhǎng)曲線(xiàn)的縱、橫坐標(biāo)分別用拉伸試樣的原始截面積A0和原始標(biāo)距長(zhǎng)度L0去除，則得到應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)。彈性極限、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，是工程上具有重要意義的強(qiáng)度指標(biāo)?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四101.Initial2.Smallload3.UnloadElasticmeansreversible!ElasticDeformation（彈性變形）σ=EεHooke’sLaw現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四111.Initial2.Smallload3.UnloadPlasticmeanspermanent!PlasticDeformation（塑性變形）現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四第一節(jié)彈性和黏彈性材料在外力作用下發(fā)生變形。當(dāng)外力較小時(shí)，產(chǎn)生彈性變形。彈性變形是可逆變形，卸載時(shí)，變形消失并恢復(fù)原狀。彈性變形：指外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來(lái)了解它的物理本質(zhì)。彈性變形的實(shí)質(zhì)：晶格中原子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。

一、彈性變形的本質(zhì)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四原子處于平衡位置時(shí)，相互作用力為零，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。原子間距為r0，位能U處于最低位置，原子受力后將偏離其平衡位置，原子間距增大時(shí)將產(chǎn)生引力；原子間距減小時(shí)將產(chǎn)生斥力。外力去除后，原子都恢復(fù)到原來(lái)的平衡位置，所產(chǎn)生的變形完全消失。彈性變形本質(zhì)：現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彈性變形的本質(zhì)Highmodulus高模量Lowmodulus低模量distance,rWeaklybonded弱鍵結(jié)合Stronglybonded強(qiáng)鍵結(jié)合Force,F吸引力排斥力FN=0平衡位置r0attractiverepulsive原子之間的作用力！現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四二、彈性變形的特征和彈性模量式中，、分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力；、分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變；

E，G分別為彈性模量和切變模量

（1）可逆性：理想的彈性變形是加載時(shí)變形，卸載時(shí)變形消失并恢復(fù)原狀。

彈性變形量比較小，一般不超過(guò)0.5％～1％。（2）在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間保持線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系，即服從虎克(Hooke)定律：彈性變形的特征現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彈性模量是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量，故是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。式中，v為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能力。一般金屬材料的泊松比在0.25～0.35之間。

彈性模量與切變彈性模量之間的關(guān)系為：現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

彈性模量代表著使原子離開(kāi)平衡位置的難易程度，是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量。

對(duì)晶體材料而言，其彈性模量是各向異性的。在單晶體中，不同晶向上的彈性模量差別很大，沿著原子最密排的晶向彈性模量最高，而沿著原子排列最疏的晶向彈性模量最低。多晶體因各晶粒任意取向，總體呈各向同性。

彈性變形量隨材料的不同而異。多數(shù)金屬材料僅在低于比例極限的應(yīng)力范圍內(nèi)符合虎克定律，彈性變形量一般不超過(guò)0.5%。在工程上，彈性模量是材料剛度的度量?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彈性模量與溫度、原子結(jié)合鍵類(lèi)型的關(guān)系

陶瓷（離子鍵）金屬（金屬鍵）聚合物（共價(jià)鍵）大小彈性模量現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四三、彈性的不完整性多數(shù)材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩者皆有的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類(lèi)型的缺陷。彈性變形時(shí)，可能出現(xiàn)加載線(xiàn)與卸載線(xiàn)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(chēng)之為彈性的不完整性。彈性不完整性的現(xiàn)象包括包申格效應(yīng)彈性后效彈性滯后循環(huán)韌性現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四1．包申格效應(yīng)

（BauschingerEffect)材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于4％），而后同向加載則e升高，反向加載則e下降。此現(xiàn)象稱(chēng)之為包申格效應(yīng)。它是多晶體金屬材料的普遍現(xiàn)象。包申格效應(yīng)對(duì)于承受應(yīng)變疲勞的工件很重要。

現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

微觀(guān)本質(zhì)預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動(dòng)、纏結(jié)；同相加載，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)容易，殘余伸長(zhǎng)應(yīng)力降低。包申格效應(yīng)的危害及防止方法交變載荷情況下，顯示循環(huán)軟化（強(qiáng)度極限下降）預(yù)先進(jìn)行較大的塑性變形，可不產(chǎn)生包申格效應(yīng)。第二次反向受力前，先使金屬材料回復(fù)或再結(jié)晶退火?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2．彈性后效一些實(shí)際晶體，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(chēng)為彈性后效或滯彈性。

a′b=c′d滯彈性應(yīng)變現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四3.彈性滯后由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在-曲線(xiàn)上使加載線(xiàn)與卸載線(xiàn)不重合而形成一封閉回線(xiàn)，稱(chēng)之為彈性滯后。彈性滯后表明加載時(shí)消耗于材料的變形功大于卸載時(shí)材料恢復(fù)所釋放的變形功，多余的部分被材料內(nèi)部所消耗，稱(chēng)之為內(nèi)耗，其大小即用彈性滯后環(huán)面積度量。

現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彈性滯后環(huán)

a)單向加載彈性滯后環(huán)(b)交變加載（加載速度慢）彈性滯后環(huán)c)交變加載（加載速度快）彈性滯后環(huán)（d）交變加載塑性滯后環(huán)現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

物理意義：加載時(shí)消耗的變形功大于卸載時(shí)釋放的變形功?；鼐€(xiàn)面積為一個(gè)循環(huán)所消耗的不可逆功。這部分被金屬吸收的功，稱(chēng)為內(nèi)耗。循環(huán)韌性若交變載荷中的最大應(yīng)力超過(guò)金屬的彈性極限，則可得到塑性滯后環(huán)。金屬材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力，叫循環(huán)韌性。循環(huán)韌性又稱(chēng)為消振性。循環(huán)韌性不好測(cè)量，常用振動(dòng)振幅衰減的自然對(duì)數(shù)來(lái)表示循環(huán)韌性的大小。循環(huán)韌性的應(yīng)用減振材料（機(jī)床床身、缸體等）；樂(lè)器要求循環(huán)韌性小?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四四、黏彈性除彈性變形、塑性變形外還有一種變形是黏性流動(dòng)。黏性流動(dòng)：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)有確定形狀的流變，并且在外力去除后，形變不能回復(fù)。一些非晶體，甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力時(shí)可以同時(shí)表現(xiàn)出彈性和黏性，即黏彈性現(xiàn)象。現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四應(yīng)變落后于應(yīng)力。當(dāng)加上周期應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)就成一回線(xiàn)，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。黏彈性變形是既與時(shí)間有關(guān)，又具有可恢復(fù)的彈性變形，即具有彈性和黏性變形量方面特征。黏彈性變形是高分子材料的重要力學(xué)特性之一。黏彈性變形的特點(diǎn)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四第二節(jié)晶體的塑性變形當(dāng)施加的應(yīng)力超過(guò)彈性極限時(shí)，材料發(fā)生塑性變形，即產(chǎn)生不可逆的永久變形。通過(guò)塑性變形，不但可使材料獲得預(yù)期的外形尺寸，而且可使材料內(nèi)部組織和性能產(chǎn)生變化?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四屈服、屈服強(qiáng)度Yieldstrength（b）一些鋼中典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，表現(xiàn)屈服點(diǎn)現(xiàn)象。塑性變形彈性變形ye上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)y（a）（b）（a）典型的金屬應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，彈性極限e點(diǎn)

劃分彈性和塑性變形。采用0.002(0.2%)偏移法確定屈服強(qiáng)度y。屈服點(diǎn)彈性極限現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四屈服點(diǎn)確定

屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)于開(kāi)始產(chǎn)生永久變形；有些應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)容易確定屈服區(qū)域（如A）；有些應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)不容易確定屈服區(qū)域（如B），則采用0.002偏移法來(lái)確定?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四一、單晶體的塑性變形

單晶體塑性變形的兩個(gè)基本方式為滑移和孿生?；坪蛯\生都是切應(yīng)變，而且只有當(dāng)外加切應(yīng)力分量大于晶體的臨界分切應(yīng)力tc時(shí)才能開(kāi)始。其中，滑移是不均勻切變，孿生為均勻切變。在常溫和低溫下，單晶體的塑性變形主要通過(guò)滑移方式進(jìn)行的，此外，還有孿生和扭折等方式。擴(kuò)散性變形及晶界滑動(dòng)和移動(dòng)等方式主要存在于高溫形變中?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四(1)滑移a．滑移線(xiàn)與滑移帶1.單晶體的滑移滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

由大量位錯(cuò)移動(dòng)而導(dǎo)致晶體的一部分相對(duì)于另一部分，沿著一定晶面和晶向作相對(duì)的移動(dòng)，即晶體塑性變形的滑移機(jī)制。滑移的顯微觀(guān)察現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四對(duì)滑移線(xiàn)的觀(guān)察表明：晶體塑性變形的不均勻性，滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，而滑移帶或滑移線(xiàn)之間的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之間作相對(duì)位移而已?；茙В汗鈱W(xué)顯微鏡觀(guān)察到的塑變后單晶試樣表面形成的滑移條紋?；凭€(xiàn)：組成滑移帶的平行線(xiàn)條?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四滑移帶slipbands的形成

彈性變形－外力克服單晶原子間的鍵合力，使原子偏離其平衡位置，試樣開(kāi)始伸長(zhǎng)。晶面滑移－當(dāng)外力大于屈服極限后，沿單晶的某一特定晶面原子產(chǎn)生相對(duì)滑移。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生滑移的晶面增加，塑性變形量加大?；茙У臄?shù)目、寬度、帶間距離以及每條帶中的滑移線(xiàn)的數(shù)目隨金屬和合金的不同、變形溫度、變形速度及晶體表面狀況的不同而不同?；茙в^(guān)察：試樣預(yù)先拋光（不腐蝕），進(jìn)行塑性變形，表面上出現(xiàn)一個(gè)個(gè)臺(tái)階，即滑移帶?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四滑移變形是不均勻的，常集中在一部分晶面上，而處于各滑移帶之間的晶體沒(méi)有產(chǎn)生滑移?；茙У陌l(fā)展過(guò)程，首先是出現(xiàn)細(xì)滑移線(xiàn)，后來(lái)才發(fā)展成帶，而且，滑移線(xiàn)的數(shù)目隨應(yīng)變程度的增大而增多，它們之間的距離則在縮短。單晶體滑移特點(diǎn)

不改變晶體的取向；不改變晶體的點(diǎn)陣類(lèi)型；在晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四塑性變形時(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(chēng)為“滑移面”和“滑移方向”滑移面：晶體的滑移通常是沿著一定的晶面發(fā)生的，此組晶面稱(chēng)為滑移面；·滑移方向：滑移是沿著滑移面上一定的晶向進(jìn)行的，此晶向稱(chēng)為滑移方向。·一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系晶體結(jié)構(gòu)不同，其滑移面和滑移方向也不同。b．滑移系現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四SlipplaneSlipline滑移的晶體學(xué)滑移面（密排面）滑移方向（密排方向）滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合?；葡档膫€(gè)數(shù)＝滑移面?zhèn)€數(shù)×每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)

一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)和同時(shí)開(kāi)動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四滑移發(fā)生在晶體的密排面上，并沿密排方向進(jìn)行。密排面的d最大，點(diǎn)陣阻力最小，最容易滑移密排晶向原子間距最小，單位滑移量??；相互作用力最大，滑移原子間距保持不變?；葡祍lipsystems滑移系=滑移面*滑移方向現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四三種典型金屬晶格中的主要滑移系：現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四面心立方：滑移面{111}4個(gè)，滑移方向<110>3個(gè)，滑移系4×3=12個(gè)現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四體心立方：變形溫度為0.5～0.25Tm，滑移面為{110}（最可能的）；變形溫度為<0.25Tm，滑移面為{112}；變形溫度為0.8Tm，滑移面為{123}?；品较?yàn)?lt;111>。{110}有6個(gè)，每個(gè)面上有2個(gè)<111>方向，6×2=12{112}有12個(gè)，每個(gè)面上有1個(gè)<111>方向，12×1=12{123}有24個(gè)，每個(gè)面上有1個(gè)<111>方向，24×1=24可能潛在的滑移系共有：12+12+24=48，其中只有前12個(gè)滑移系較普遍?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四密排六方：c/a＞1.633：滑移面{0001}1個(gè)，滑移方向<1120>3個(gè)，滑移系1×3=3c/a≤1.633：滑移面{1010}和{1011}，滑移方向<1120>由于hcp金屬滑移系數(shù)目較少，密排六方金屬的塑性通常都不太好?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四一些常見(jiàn)金屬滑移面與滑移方向現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

每個(gè)滑移系表示：金屬晶體在進(jìn)行滑移時(shí)可能采取的一個(gè)空間取向，在其它條件相同時(shí)，滑移系越多，滑移時(shí)可能采取的空間取向越多，金屬的塑性越好。滑移方向?qū)λ苄宰饔么笥诨泼?。密排六方金屬塑性最差，面心立方金屬塑性最好，體心立方介于中間。啟動(dòng)滑移系：開(kāi)始發(fā)生滑移的滑移系；潛在滑移系：沒(méi)有發(fā)生滑移的滑移系。現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四C.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。許多滑移系并非同時(shí)參與滑移，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)，該滑移系首先發(fā)生滑移時(shí)的分切應(yīng)力稱(chēng)為滑移的臨界分切應(yīng)力?；频呐R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(lèi)型、純度及溫度等因素有關(guān)，還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速度及滑移系類(lèi)型等因素有關(guān)。

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（1）設(shè)有一截面積為A的圓柱形單晶體受軸向拉力F的作用，Φ

為滑移面法線(xiàn)與外力F中心軸的夾角，為滑移方向與外力F的夾角?；泼娴拿娣e為

作用在此滑移面上的應(yīng)力

—滑移面法線(xiàn)與外力中心軸的夾角外力在滑移方向的分切應(yīng)力

現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四宏觀(guān)起始拉伸應(yīng)力取向因子orientationfactor施密特因子Schmidfactor滑移方向與外力的夾角應(yīng)力可分解為兩個(gè)分應(yīng)力：垂直于滑移面的分正應(yīng)力和平行于滑移面的分切應(yīng)力。分切應(yīng)力τ作用在滑移方向上，使晶體產(chǎn)生滑移，其大小為：slipdirectionslipdirection是材料常數(shù)，與晶體取向無(wú)關(guān)！其大小取決于位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力。只有當(dāng)τ≥τK時(shí)，才能開(kāi)始滑移現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四臨界分切應(yīng)力定律：晶體滑移時(shí)，必須在滑移面上沿滑移方向上的分切應(yīng)力達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，才能開(kāi)始滑移?？闯觯寒?dāng)分切應(yīng)力達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，晶體便沿確定的滑移系發(fā)生滑移，與作用在該滑移系的正應(yīng)力無(wú)關(guān)。σS=τK/cosλcosφ由于τK與外力方向無(wú)關(guān)，則cosλcosφ改變時(shí)，相應(yīng)晶體發(fā)生塑性變形的屈服應(yīng)力也要改變。對(duì)于確定的晶體τK是常數(shù)，單晶體的屈服應(yīng)力隨取向因子的變化而改變?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四50需要了解cosλcosφ的變化范圍：cosλcosφ=(1/2)sin2φ當(dāng)φ=45°，cosλcosφ=1/2，τ最大，最易滑移。把這樣的位向稱(chēng)為“軟取向”。軟取向：取向因子較大的位向；當(dāng)φ=0、90°，cosλcosφ=0，τ=0，無(wú)論施加多大外力也不能滑移。把這樣的位向稱(chēng)為“硬取向”硬取向：取向因子較小的位向；所以φ大于或小于45°都不利滑移現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四d．拉伸和壓縮時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)（1）拉伸：?jiǎn)尉w滑移時(shí)，除滑移面發(fā)生相對(duì)位移外，往往伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動(dòng)有約束時(shí)--導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)約束時(shí)現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四分正應(yīng)力：拉伸作用在中間一層金屬上下兩面的作用力σ可分為兩個(gè)分應(yīng)力：分正應(yīng)力σ1、σ2

垂直于滑移面，成力偶，使晶塊滑移面朝外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四分切應(yīng)力：分切應(yīng)力與滑移方向不一致時(shí)，可分解為平行于滑移方向和垂直于滑移方向的兩個(gè)分力。前一分力產(chǎn)生滑移，后一分力構(gòu)成力偶，使滑移方向轉(zhuǎn)至最大切應(yīng)力方向。拉伸時(shí)，在產(chǎn)生滑移的過(guò)程中，晶體的位向在不斷改變，不僅滑移面在轉(zhuǎn)動(dòng)，而且滑移方向也改變位向?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）壓縮

壓縮時(shí)晶體的滑移面，力圖轉(zhuǎn)至與壓力方向垂直的位置。

現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（1）對(duì)只有一組滑移面的晶體：幾何軟化：使滑移系轉(zhuǎn)向容易滑移的軟取向。幾何硬化：使滑移系轉(zhuǎn)向不容易滑移的硬取向，造成形變抗力增加。（2）對(duì)有多組滑移面的晶體：多個(gè)滑移系滑移。晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果使φ和λ角發(fā)生變化，取向因子變化，導(dǎo)致：現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四e．多系滑移單滑移：只有一個(gè)特定的滑移系處于最有利的位置而優(yōu)先開(kāi)動(dòng)時(shí)，形成單滑移。有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利的滑移系中進(jìn)行，由于變形時(shí)晶面轉(zhuǎn)動(dòng)，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。

位錯(cuò)交互運(yùn)動(dòng)使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，材料得到強(qiáng)化現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

（1）滑移的分類(lèi)

多滑移：在多個(gè)（>2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。雙滑移：?jiǎn)位疲海?）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

（3）.交滑移交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。機(jī)制螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過(guò)程；螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過(guò)程?，F(xiàn)在是58頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四f．滑移的位錯(cuò)機(jī)制

晶體的滑移必須在一定的外力作用下才能發(fā)生，這說(shuō)明位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)要克服阻力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力首先來(lái)自點(diǎn)陣阻力。由于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的周期性，當(dāng)位錯(cuò)沿滑移面運(yùn)動(dòng)時(shí)，位錯(cuò)中心的能量也要發(fā)生周期性的變化。位錯(cuò)滑移時(shí)核心能量的變化1和2為等同位置，當(dāng)位錯(cuò)處于這種平衡位置時(shí)，其能量最小，相當(dāng)于處在能谷中。當(dāng)位錯(cuò)從位置1移動(dòng)到位置2時(shí)，需要越過(guò)一個(gè)勢(shì)壘，這就是說(shuō)位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)遇到點(diǎn)陣阻力。由于派爾斯（Peierls）和納巴羅（Nabarro）首先估算了這一阻力，故又稱(chēng)為派納（P-N）力?，F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四滑移是通過(guò)滑移面上的位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。多腳蟲(chóng)的爬行滑移不是剛性滑動(dòng)現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四派-納（P-N）力式中，b為滑移方向上的原子間距，d為滑移面的面間距，ν為泊松比，W=d/(1-ν)代表位錯(cuò)寬度位錯(cuò)寬度越大，則派一納力越小，這是因?yàn)槲诲e(cuò)寬度表示了位錯(cuò)所導(dǎo)致的點(diǎn)陣嚴(yán)重畸變區(qū)的范圍．寬度大則位錯(cuò)周?chē)脑泳湍鼙容^接近于平衡位置，點(diǎn)陣的彈性畸變能低，故位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)其他原子所作相應(yīng)移動(dòng)的距離較小，產(chǎn)生的阻力也較小?，F(xiàn)在是61頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力與晶體的強(qiáng)化點(diǎn)陣阻力；位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用產(chǎn)生的阻力；運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)交截后形成的扭折和割階，尤其是螺型位錯(cuò)的割階將對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，致使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增加；位錯(cuò)與其他晶體缺陷如點(diǎn)缺陷，其他位錯(cuò)、晶界和第二相質(zhì)點(diǎn)等交互作用產(chǎn)生的阻力；對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化。現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四小結(jié)滑移是不均勻的切變，發(fā)生在某些特定晶面和晶向上；滑移使兩部分晶體產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，移動(dòng)距離為nb，滑移之后總是保持著原來(lái)晶體學(xué)的一致性；滑移總是沿著一定的晶向和晶面進(jìn)行，滑移系比較多的材料具有優(yōu)良的塑性；滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行，分切應(yīng)力大于臨界分切應(yīng)力才會(huì)發(fā)生；滑移同時(shí)滑移面和滑移方向會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)；滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)沿著滑移面運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?，F(xiàn)在是63頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2.單晶體的孿生當(dāng)面心立方晶體在切應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形時(shí)，晶體內(nèi)局部地區(qū)的各個(gè)（111）晶面沿著[11-2]方向（AC′），產(chǎn)生彼此相對(duì)移動(dòng)距離為a/6[11-2]的均勻切變。這樣的切變并未使晶體的點(diǎn)陣類(lèi)型發(fā)生變化，但它卻使均勻切變區(qū)中的晶體取向發(fā)生變更，變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對(duì)稱(chēng)的取向。這一變形過(guò)程稱(chēng)為孿生。變形與未變形兩部分晶體合稱(chēng)為孿晶；均勻切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面（即兩者的鏡面對(duì)稱(chēng)面）稱(chēng)為孿晶界；發(fā)生均勻切變的那組晶面稱(chēng)為孿晶面（即（111）面）；孿生面的移動(dòng)方向（即[11-2]方向）稱(chēng)為孿生方向。a.孿生變形過(guò)程現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（1）孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時(shí)大得多，例如：99.999%Cd，滑移的臨界分切應(yīng)力為30g/mm2；孿生的臨界分切應(yīng)力為422g/mm2

（2）孿生是一種均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對(duì)于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離，且每一層原子相對(duì)于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離成正比。（3）孿晶的兩部分晶體形成鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。（4）形變孿晶常見(jiàn)于密排六方和體心立方晶體（密排六方金屬很容易產(chǎn)生孿生變形），面心立方晶體中很難發(fā)生孿生。（5）孿生本身對(duì)金屬塑性變形的貢獻(xiàn)不大，但形成的孿晶改變了晶體的位向，使新的滑移系開(kāi)動(dòng)，間接對(duì)塑性變形有貢獻(xiàn)。（6）不改變晶體的點(diǎn)陣類(lèi)型b.孿生特點(diǎn)現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（8）孿晶生長(zhǎng)要求通過(guò)基體的其它塑變方式（滑移、扭折）進(jìn)行協(xié)調(diào)。（9）孿生時(shí)可以聽(tīng)到聲音，并在應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)上出現(xiàn)鋸齒狀的波動(dòng)。（10）孿生對(duì)總變形量貢獻(xiàn)不大（提供7—10%）。但孿生是滑移的補(bǔ)充，當(dāng)滑移不能進(jìn)行時(shí)，孿生改變晶體取向，使滑移繼續(xù)。（7）孿晶為條帶狀（可以是平直的、透鏡狀），可以平行，也可以交成一定角度。金屬鋅在拉伸中形成的孿晶現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四c．孿晶的形成在晶體中形成孿晶的主要方式有三種：一是通過(guò)機(jī)械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱(chēng)為“變形孿晶”或“機(jī)械孿晶”，它的特征通常呈透鏡狀或片狀；其二為“生長(zhǎng)孿晶”，它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固）或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶；其三是變形金屬在其再結(jié)晶退火過(guò)程中形成的孿晶，也稱(chēng)為“退火孿晶”，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個(gè)晶粒，是在再結(jié)晶過(guò)程中通過(guò)堆垛層錯(cuò)的生長(zhǎng)形成的。它實(shí)際上也應(yīng)屬于生長(zhǎng)孿晶，系從固體中生長(zhǎng)過(guò)程中形成。現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

(a)退火孿晶示意圖(b)純銅的退火孿晶現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四密排六方金屬滑移系少，容易進(jìn)行孿生變形。體心立方室溫只有在沖擊載荷下發(fā)生孿生變形。在室溫以下由于滑移不易進(jìn)行，可以孿生方式變形。面心立方在極低溫度（4-78K）下，滑移極為困難時(shí)產(chǎn)生----滑移難以進(jìn)行時(shí)才發(fā)生孿生。發(fā)生孿生變形的條件現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

孿晶的萌生一般需要較大的應(yīng)力，但隨后長(zhǎng)大所需的應(yīng)力較小，其拉伸曲線(xiàn)呈鋸齒狀。孿晶核心大多是在晶體局部高應(yīng)力區(qū)形成。變形孿晶一般呈片狀。變形孿晶經(jīng)常以爆發(fā)方式形成，生成速率較快?，F(xiàn)在是72頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四? fcc：{111}<112>? bcc:{112}<111>hcp:{1012}<1011>? 不同晶體結(jié)構(gòu)往往有不同孿生面和孿生方向：變形孿晶的生長(zhǎng)大致可分為形核長(zhǎng)大兩個(gè)階段行的條件下才會(huì)發(fā)生。例如，Mg孿生所需cMPa,而滑移時(shí)c僅為0.49MPa。但孿晶的長(zhǎng)大速度極快（與沖擊波的速度相當(dāng)）有相當(dāng)數(shù)量的能量被釋放出來(lái)，故常可聽(tīng)見(jiàn)明顯可聞“咔、嚓”聲，也稱(chēng)孿生吼叫。孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進(jìn)現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

滑移孿生相同點(diǎn)1切變；2沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；3不改變結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)

晶體位向不改變（對(duì)拋光面觀(guān)察無(wú)重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對(duì)稱(chēng)關(guān)系（對(duì)拋光面觀(guān)察有重現(xiàn)性）位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對(duì)塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時(shí)發(fā)生變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四d.孿生的位錯(cuò)機(jī)制由于孿生變形時(shí)整個(gè)孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，故其各層晶面的相對(duì)位移是借助一個(gè)不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成的。單位位錯(cuò)伯氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量全位錯(cuò)伯氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數(shù)倍的位錯(cuò)不全位錯(cuò)伯氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數(shù)倍的位錯(cuò)部分位錯(cuò)伯氏矢量小于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)肖克利不全位錯(cuò)現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四以面心立方晶體為例：如在某{111}滑移面上有一個(gè)全位錯(cuò)a/2<110>掃過(guò)，則滑移面兩側(cè)將產(chǎn)生一個(gè)原子間距的相對(duì)滑移量，并且{111}面堆垛次序不變（ABCABCABC）；而當(dāng)在相互平行且相鄰的一組{111}滑移面上有一個(gè)不全位錯(cuò)掃過(guò)時(shí)，各滑移面間相對(duì)位移就不是一個(gè)原子間距，由于晶面發(fā)生層錯(cuò)而使堆垛順序由原來(lái)的ABCABCABC變?yōu)锳BCACBACB，這樣就在晶體的上半部分形成一片孿晶?，F(xiàn)在是76頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四位錯(cuò)增殖極軸機(jī)制：如圖OA，OB，OC三條位錯(cuò)相交于結(jié)點(diǎn)O，OA，OB不在滑移面上，屬于不動(dòng)位錯(cuò)(極軸位錯(cuò))，OC為可動(dòng)的不全位錯(cuò)（掃動(dòng)位錯(cuò)），且只能繞極軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每當(dāng)它在（111）面上掃過(guò)一圈，就產(chǎn)生一個(gè)單原子層孿晶，同時(shí)又沿著螺旋面上升一層，這樣不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，上述過(guò)程逐層地重復(fù)進(jìn)行，就在晶體中形成一個(gè)孿晶區(qū)?，F(xiàn)在是77頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四通過(guò)單純孿生達(dá)到的變形量是極為有限的，如Zn單晶，孿生只能獲得7.2～7.4％伸長(zhǎng)率，遠(yuǎn)小于滑移所作的貢獻(xiàn)。但是孿生變形改變了晶體的位向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置，激發(fā)進(jìn)一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢獻(xiàn)卻很大。孿生的機(jī)制：孿生時(shí)每層晶面的位置是借助一個(gè)不全位錯(cuò)（肖克萊）的移動(dòng)而成的，是借助位錯(cuò)增殖的極軸機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。d.孿生形變的意義現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，這種變形方式稱(chēng)為扭折，變形區(qū)域則稱(chēng)為扭折帶。扭折變形與孿生不同，它使扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對(duì)稱(chēng)性的變化。扭折是一種協(xié)調(diào)性變形，它能引起應(yīng)力松弛，使晶體不致斷裂。

3.單晶體的扭折現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四扭折帶組成：扭折曲區(qū)ADCB：有清晰的界面，上下界面有符號(hào)相反的兩列刃位錯(cuò)組成；彎曲區(qū)在折曲區(qū)的兩側(cè)：由同號(hào)刃位錯(cuò)堆積而成，取向逐漸過(guò)渡且左右兩側(cè)的位錯(cuò)符號(hào)相反。扭折區(qū)晶體的位向發(fā)生了不對(duì)稱(chēng)的變化，有可能使該區(qū)內(nèi)的滑移系處于有利取向，從而產(chǎn)生滑移。扭折也是晶體松弛應(yīng)力的方式之一。現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四多晶體形變的特點(diǎn)不同于單晶；每一晶粒的取向“軟”和“硬”不同，形變先后及形變量也不同。為保持整體的連續(xù)性，每個(gè)晶粒的形變必受相鄰晶粒所制約?？斩粗丿B二、多晶體的塑性變形

多晶體與單晶體比較：相鄰各晶粒之間存在晶界；相鄰晶粒位向不同。多晶體塑變：每個(gè)晶粒變形基本方式同單晶體；有特殊性?，F(xiàn)在是81頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（1）取向差效應(yīng)：

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?chē)木ЯＨ舨话l(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。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力提高。1.影響多晶體塑性變形的因素多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。周?chē)ЯＭ瑫r(shí)發(fā)生相適應(yīng)的變形來(lái)配合。一般多晶體為多系滑移，高的加工硬化率，變形抗力增大，強(qiáng)度顯著提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)無(wú)Ⅰ只出現(xiàn)Ⅱ、Ⅲ階段?，F(xiàn)在是82頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四外力F作用下變形不均勻?yàn)楸３诌B續(xù)性，周?chē)ЯＷ冃伪仨毾嗷ブ萍s，相互協(xié)調(diào)處于有利取向晶粒先開(kāi)始滑移處于不利取向晶粒還末開(kāi)始滑移分切應(yīng)力——滑移分正應(yīng)力——晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，軟取向→硬取向；每個(gè)晶粒的變形必須與周?chē)木ЯＯ嗷f(xié)調(diào)，自身需要多個(gè)滑移系同時(shí)滑移，協(xié)調(diào)變形，保持晶體連續(xù)性。每個(gè)晶粒除了要有自身的主滑移外，還需要其它滑移系(5個(gè))啟動(dòng)以協(xié)調(diào)相鄰晶粒的變形。參與滑移變形的晶粒越來(lái)越多，宏觀(guān)上處于均勻變形階段?；苽鬟f需激發(fā)相鄰晶粒位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)；現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間，位向不同變形具有非同時(shí)性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：多晶體塑性變形時(shí)要求至少有5個(gè)獨(dú)立的滑移系進(jìn)行滑移動(dòng)。（保證晶粒形狀的自由變化）

fcc,bcc滑移系多→塑性好hcp滑移系少→塑性差現(xiàn)在是84頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）晶界阻滯效應(yīng)：90%以上的晶界是大角度晶界，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由約幾個(gè)納米厚的原子排列紊亂的區(qū)域與原子排列較整齊的區(qū)域交替相間而成，這種晶界本身使滑移受阻而不易直接傳到相鄰晶粒?，F(xiàn)在是85頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四多晶體金屬的塑性變形過(guò)程首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶σσ現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

形成亞晶（位錯(cuò)胞）：各晶粒不能同時(shí)變形，各晶粒的變形量不同，且同一個(gè)晶粒內(nèi)的不同區(qū)域有不同的滑移系開(kāi)動(dòng)，其滑移量、旋轉(zhuǎn)方向和彎曲程度不同。結(jié)果，晶粒的形狀改變的同時(shí)，晶粒也逐漸碎化形成亞晶，就是由位錯(cuò)纏結(jié)作為胞壁所形成的形變胞變形前：等軸晶粒變形后：拉長(zhǎng)晶粒現(xiàn)在是87頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是88頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四多晶體試樣經(jīng)拉伸后，每一晶粒中的滑移帶都終止在晶界附近；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)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而增大；當(dāng)它增大到某一數(shù)值時(shí)，可使位錯(cuò)源停止開(kāi)動(dòng)。使晶體顯著強(qiáng)化。因此，對(duì)多晶體而言，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(guān)的塑性變形。τ0為作用于滑移面上外加分切應(yīng)力；L為位錯(cuò)源至晶界之距離；k為系數(shù)，螺位錯(cuò)k=1，刃位錯(cuò)k=1-v。位錯(cuò)塞積數(shù)目現(xiàn)在是89頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四需要注意幾點(diǎn)晶界本身的強(qiáng)度對(duì)多晶體加工硬化的貢獻(xiàn)并不是很大，主要來(lái)源于晶界兩側(cè)晶粒的位相差；晶界的阻礙作用只在早期比較大，與位錯(cuò)密度有關(guān)；晶界阻礙作用大小與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，密排六方滑移系少，所以晶界阻礙作用比面心立方和體心立方明顯?，F(xiàn)在是90頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四三、晶粒大小對(duì)機(jī)械性能的影響1．晶粒大小對(duì)金屬室溫機(jī)械性能的影響晶粒越細(xì)，室溫強(qiáng)度，包括σs，σb較大，塑性較好，稱(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化。例：10#鋼σs與晶粒大小的關(guān)系

Hall-Petch公式：σS=σ0+Kd-1/2σ0，K：材料常數(shù)大量實(shí)驗(yàn)表明，Hall-Petch公式不僅適用于屈服強(qiáng)度，同時(shí)也適用于塑性材料流變應(yīng)力，脆性材料脆斷應(yīng)力，及金屬材料的疲勞強(qiáng)度等整個(gè)流變范圍以至斷裂強(qiáng)度。晶粒直徑（μm）

400501052下屈服點(diǎn)KN/m2）

86121180242345現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四常溫下晶粒越細(xì)小，屈服強(qiáng)度越高，塑性越好。晶粒細(xì)小，位錯(cuò)源到晶界的距離小，發(fā)放的位錯(cuò)數(shù)目少，附加的切應(yīng)力小，不易激發(fā)相鄰位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)，滑移不易轉(zhuǎn)到另一晶粒，屈服強(qiáng)度高。晶粒越細(xì)小，屈服強(qiáng)度越高的原因：現(xiàn)在是93頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（1）晶粒越細(xì)小，晶內(nèi)與晶界變形差異小，變形均勻，應(yīng)力集中小，不易開(kāi)裂；（2）晶粒越細(xì)小，單位面積晶粒數(shù)多，有利于變形的取向多；（3）晶粒越細(xì)小，晶界多且曲折，不利于裂紋的傳播。當(dāng)應(yīng)力大于屈服極限開(kāi)始變形時(shí)，晶粒細(xì)小，在開(kāi)裂前承受的變形量大，塑性好。晶粒越細(xì)小，塑性越高的原因：所以，細(xì)晶強(qiáng)化是提高性能的途徑之一?，F(xiàn)在是94頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2．晶粒大小對(duì)高溫強(qiáng)度的影響低溫時(shí)：晶界強(qiáng)度>晶內(nèi)強(qiáng)度加上晶界兩側(cè)晶粒位向差影響晶界對(duì)滑移有阻滯作用高溫時(shí)則不同，有兩種不同的變形機(jī)制：（1）晶粒沿晶界滑動(dòng)（晶界滑動(dòng)機(jī)制）當(dāng)T>Tm/2時(shí)，以晶粒沿晶界的相對(duì)滑移方式進(jìn)行∵T↑擴(kuò)散能力↑，且原子沿晶界擴(kuò)散速率>>沿晶內(nèi)的。故高溫時(shí)晶界似流體一樣，呈現(xiàn)粘滯性→變形抗力↓↓→沿晶界滑移（2）擴(kuò)散性蠕變機(jī)制蠕變：在一定toC（>300oC）下，當(dāng)應(yīng)力大于某一值時(shí)，即使外力不再增加，而塑性變形隨時(shí)間延長(zhǎng)而會(huì)緩慢地增加現(xiàn)象。晶界薄弱地帶現(xiàn)在是95頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四ABCD為多晶體中一晶粒，AB、CD晶界受拉，在其附近易于產(chǎn)生空位，空位濃度較高，AC、BD受壓，空位濃度較低。存在空位濃度梯度導(dǎo)致空位向AC、BD定向移動(dòng)，原子向AB、CD定向移動(dòng)，從而使晶粒沿拉伸方向伸長(zhǎng)，即使在恒應(yīng)力情況下，隨時(shí)間延長(zhǎng)也會(huì)不斷發(fā)生應(yīng)變→擴(kuò)散性蠕變擴(kuò)散空位蠕變與有關(guān)現(xiàn)在是96頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四T<TE：晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi)，晶粒越細(xì)小，晶界越多，材料的強(qiáng)度越高；T>TE：晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)，晶粒越細(xì)小，晶界越多，材料的強(qiáng)度越低。希望高溫下使用的金屬材料獲得粗大的晶粒，以減少晶界。多晶體材料溫度和強(qiáng)度關(guān)系：金屬材料晶界、晶內(nèi)強(qiáng)度與溫度關(guān)系(a)低溫；(b)高溫多晶拉伸現(xiàn)在是97頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四第三節(jié)

合金的塑性變形

一、單相固溶體合金塑性變形的特點(diǎn)1．固溶強(qiáng)化單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過(guò)程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱(chēng)固溶強(qiáng)化?，F(xiàn)在是98頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四曲線(xiàn)整體水平提高；加工硬化率大；溶質(zhì)原子不同，強(qiáng)化效果不同。可以看出：現(xiàn)在是99頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四影響固溶強(qiáng)化的因素①固溶體中溶質(zhì)原子的含量；②溶質(zhì)原子與基體金屬的原子半徑相差越大，強(qiáng)化作用也越大；③間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶質(zhì)原子具有更大的固溶強(qiáng)化效果，且由于間隙型溶質(zhì)原子在體心立方晶體中的點(diǎn)陣畸變屬非對(duì)稱(chēng)性的，故其強(qiáng)化作用大于面心立方晶體的，但間隙原子的固溶度很有限，故實(shí)際強(qiáng)化效果也有限；④溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用越顯著，即固溶體的屈服強(qiáng)度隨合金電子濃度的增加而提高。CuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuZnZn晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在是100頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四·固溶強(qiáng)化的機(jī)制：

彈性交互作用

化學(xué)交互作用

電交互作用

幾何交互作用現(xiàn)在是101頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彈性交互作用：位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)與溶質(zhì)原子的應(yīng)力場(chǎng)交互作用，使溶質(zhì)原子圍繞位錯(cuò)形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)——柯氏氣團(tuán)。位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)必須掙脫氣團(tuán)的釘扎，或拖著氣團(tuán)一起行動(dòng)，因此阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。在位錯(cuò)線(xiàn)附近存在溶質(zhì)原子偏聚，位錯(cuò)的滑移受到約束和釘扎作用，塑性變形難度增加，金屬材料的強(qiáng)度增加?，F(xiàn)在是102頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四鈴木作用—溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯(cuò)的化學(xué)交互作用，使溶質(zhì)原子在堆垛層錯(cuò)區(qū)的偏聚。擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，堆垛層錯(cuò)必須跟著運(yùn)動(dòng)，由于層錯(cuò)內(nèi)外溶質(zhì)原子濃度不同，增加了擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力。當(dāng)其它位錯(cuò)與擴(kuò)展位錯(cuò)相交時(shí)，溶質(zhì)原子在堆垛層錯(cuò)區(qū)的偏聚，增加層錯(cuò)寬度，擴(kuò)展位錯(cuò)難以束集，不易交滑移，提高合金強(qiáng)度。化學(xué)交互作用：現(xiàn)在是103頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四位錯(cuò)周?chē)儏^(qū)對(duì)固溶體中電子云分布產(chǎn)生影響。由于位錯(cuò)區(qū)應(yīng)力狀態(tài)不同，溶質(zhì)原子的額外電子從點(diǎn)陣的壓縮區(qū)移向拉伸區(qū)。使得壓縮區(qū)呈正電，拉伸區(qū)呈負(fù)電，形成局部靜電偶極。導(dǎo)致電離程度不同的溶質(zhì)原子與位錯(cuò)區(qū)發(fā)生短程的交互作用，使溶質(zhì)原子或富集在拉伸區(qū)或富集在壓縮區(qū)。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。靜電交互作用：現(xiàn)在是104頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四幾何交互作用：固溶體中溶質(zhì)原子并非完全無(wú)序，而是存在某種短程有序或偏聚。當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑移面上下兩個(gè)原子面間的短程有序或偏聚受到破壞，引起自由能升高，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙。強(qiáng)化機(jī)制晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化?，F(xiàn)在是105頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2．屈服點(diǎn)現(xiàn)象試樣開(kāi)始屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱(chēng)為上屈服點(diǎn)載荷首次降低的最低載荷或不變載荷稱(chēng)為下屈服點(diǎn)；試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)，應(yīng)力保持為定值或有微小的波動(dòng)，在拉伸曲線(xiàn)上出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)力平臺(tái)區(qū)，試樣在此恒定應(yīng)力下的伸長(zhǎng)稱(chēng)為屈服伸長(zhǎng)(屈服平臺(tái))。現(xiàn)在是106頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

（1）與金屬中微量的溶質(zhì)原子有關(guān)。

溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生彈性交互作用，形成氣團(tuán)（cottrell氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)）釘扎位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，必須在更大的應(yīng)力作用下才能產(chǎn)生新的位錯(cuò)或使位錯(cuò)脫釘，表現(xiàn)為上屈服點(diǎn)；一旦脫釘，使位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力就不需開(kāi)始時(shí)那么大，故應(yīng)力值下降到下屈服點(diǎn)，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)，應(yīng)力保持為定值或有微少的波動(dòng)?！でF(xiàn)象的解釋

通常把圍繞位錯(cuò)而形成的溶質(zhì)原子聚集物，稱(chēng)為“柯氏氣團(tuán)”，它可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效應(yīng)。現(xiàn)在是107頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與增殖的結(jié)果。

應(yīng)變速率

mbv其中：：應(yīng)變速率，可通過(guò)試驗(yàn)機(jī)人為控制成固定不變的速度

m

：位錯(cuò)密度，b：柏氏矢量而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度v=(/0)m

其中：0

：位錯(cuò)作單位速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的應(yīng)力

m：應(yīng)力敏感指數(shù)，：外加有效應(yīng)力開(kāi)始變形時(shí)，m低，欲使應(yīng)變速率固定，需要較大的v值，故需要較高的應(yīng)力，表現(xiàn)為上屈服點(diǎn)；一旦塑性變形開(kāi)始后，位錯(cuò)迅速增殖，m

增加，必然導(dǎo)致v的突然下降（為保持應(yīng)變速率固定），所以所需的應(yīng)力突然下降，產(chǎn)生了屈服現(xiàn)象。產(chǎn)生屈服點(diǎn)現(xiàn)象還與材料的m值有關(guān)，m小的材料，如Ge，Si，LiF，F(xiàn)e等出現(xiàn)顯著的上下屈服點(diǎn)。無(wú)位錯(cuò)的Cu晶須、低位錯(cuò)密度的共價(jià)鍵晶體Si、Ge及離子晶體也有不連續(xù)的屈服現(xiàn)象?，F(xiàn)在是108頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四3．應(yīng)變時(shí)效----將低碳鋼試樣拉伸到產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形后卸載，然后重新加載，試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象；---但若產(chǎn)生一定量的塑性變形后卸載，在室溫停留幾天或在低溫（如150℃）時(shí)效幾小時(shí)后再進(jìn)行拉伸，此時(shí)屈服點(diǎn)現(xiàn)象重新出現(xiàn)，并且上屈服點(diǎn)升高，這種現(xiàn)象即應(yīng)變時(shí)效室溫長(zhǎng)期停留或低溫時(shí)效期間，溶質(zhì)原子C、N又聚集到位錯(cuò)線(xiàn)周?chē)匦滦纬煽率蠚鈭F(tuán)所致。現(xiàn)在是109頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四呂德斯帶在發(fā)生屈服延伸階段，試樣的應(yīng)變是不均勻的，在試樣表面可觀(guān)察到與縱軸約呈45o交角的應(yīng)變痕跡，稱(chēng)為呂德斯（Lüders）帶。呂德斯帶會(huì)造成拉伸和深沖過(guò)程中工件表面不平整。注意：呂德斯帶不是滑移帶

解決由于呂德斯帶造成的工件表面不平整的措施

A.

加入少量能奪取固溶體合金中的溶質(zhì)原子，使之形成穩(wěn)定化合物的元素。

B．板材在深沖之前進(jìn)行比屈服伸長(zhǎng)范圍稍大的預(yù)變形（約0.5%~2%變形度），使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎，然后盡快進(jìn)行深沖。當(dāng)退火低碳鋼薄板進(jìn)行沖壓時(shí)，其應(yīng)力一旦接近屈服點(diǎn)，變形就會(huì)首先在應(yīng)力集中的區(qū)域開(kāi)始，并立即出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，應(yīng)力下降。在這一應(yīng)力作用下，變形在這個(gè)區(qū)域可以繼續(xù)進(jìn)行到一定程度，這時(shí)在變形區(qū)和未變形區(qū)的交界處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中和屈服，使得變形區(qū)逐漸向未變形區(qū)擴(kuò)展。但是，在離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方，仍然不會(huì)發(fā)生變形，于是就形成了狹窄的條狀區(qū)，即呂德斯帶現(xiàn)在是110頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四二、復(fù)相合金的塑性變形

主要變形方式仍然是滑移與孿生。結(jié)構(gòu)：基體+第二相

通常按第二相粒子的尺寸將合金分成兩大類(lèi)：如果第二相粒子尺寸與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)，稱(chēng)為聚合型；如果第二相粒子十分細(xì)小，并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，稱(chēng)為彌散分布型。

現(xiàn)在是111頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四(1)如果兩個(gè)相都具有塑性，則合金的變形決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。等應(yīng)變理論假定塑性變形過(guò)程中兩相應(yīng)變相等。合金產(chǎn)生一定應(yīng)變的平均流變應(yīng)力

σa=f1σ1+f2σ2

：等應(yīng)力理論假定塑性變形過(guò)程中兩相應(yīng)力相同。對(duì)合金施加一定應(yīng)力時(shí)，平均應(yīng)變

εa=f1ε1+f2ε2其中：f1、f2為兩個(gè)相的體積分?jǐn)?shù)

ε1,ε2為對(duì)應(yīng)應(yīng)力下兩相的應(yīng)變?chǔ)?,σ2為對(duì)應(yīng)應(yīng)變時(shí)的流變應(yīng)力1．聚合型兩相合金的塑性變形現(xiàn)在是112頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四實(shí)際上，這兩種假設(shè)都不完全正確。形變過(guò)程中各晶粒中的形變已是極不均勻的，第二相的存在更加大了這種不均勻性，所以，第一種應(yīng)變相同的假設(shè)與實(shí)際不符；按第二種應(yīng)力相同的假設(shè)，兩相間應(yīng)變必不連續(xù)分布，則在界面處會(huì)出現(xiàn)裂縫，這也是和實(shí)際不符。實(shí)際情況是，形變總是從較弱的相開(kāi)始，隨著形變量的增加，在某些界面處的應(yīng)力集中導(dǎo)致較硬的相形變。在形變過(guò)程要求跨過(guò)相界面的應(yīng)力和應(yīng)變都要保持連續(xù)性。只有第二相為硬相，且分?jǐn)?shù)大于30%的時(shí)候才能起到明顯的強(qiáng)化作用?，F(xiàn)在是113頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）如果兩相中一個(gè)是塑性相，而另一個(gè)是硬脆相時(shí)，則合金的機(jī)械性能主要取決于硬脆相的存在情況。第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在晶界上：強(qiáng)度下降，塑性也很低。原因：割裂了基體的連續(xù)性，晶粒變形受阻，導(dǎo)致很大的應(yīng)力集中，造成過(guò)早斷裂。第二相呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布在晶界上：有一定的塑性和強(qiáng)度，但也降低塑性。第二相呈孤立的粒子分布在基體上：強(qiáng)度較低，塑性好。原因：在相同體積分?jǐn)?shù)時(shí)，球的直徑大，位錯(cuò)線(xiàn)與球體粒子交會(huì)的機(jī)會(huì)少。第二相以片狀分布在基體上：增加了變形抗力，而且片間距越小，強(qiáng)度越高，塑性不降低?，F(xiàn)在是114頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四1.2%C過(guò)共析鋼0.77%C共析鋼1.4%C過(guò)共析鋼例：高C鋼中碳化物，共析鋼（0.8%C）=780MN/m2

過(guò)共析鋼（1.2%C）=700MN/m2及銅中的少量Bi，鎳合金中的S，均為薄膜狀在晶界，可在銅中加入稀土，鎳中加入微量Mg現(xiàn)在是115頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2．彌散分布型兩相合金的塑性變形

當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布在基體相中時(shí)，將產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用，通常將微粒分成不可變形的和可變形的兩類(lèi)。(1)不可變形微粒的強(qiáng)化作用——奧羅萬(wàn)機(jī)制（位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制）適用于第二相粒子較硬并與基體界面為非共格的情形。位錯(cuò)線(xiàn)饒過(guò)粒子后留下位錯(cuò)環(huán)：增加了第二相粒子的有效尺寸，減小了粒子間距；位錯(cuò)環(huán)給予位錯(cuò)源一反向作用力，繼續(xù)變形需增大應(yīng)力?，F(xiàn)在是116頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四彌散分布型兩相合金的塑性變形奧羅萬(wàn)機(jī)制（位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制）·使位錯(cuò)線(xiàn)彎曲到曲率半徑為R時(shí)，所需的切應(yīng)力為

=Gb/(2R)設(shè)顆粒間距為，則=Gb/

，∴Rmin=/2只有當(dāng)外力大于Gb/

時(shí)，位錯(cuò)線(xiàn)才能繞過(guò)粒子。減小粒子尺寸(在同樣的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，粒子越小則粒子間距也越小)或提高粒子的體積分?jǐn)?shù)，都使合金的強(qiáng)度提高。強(qiáng)化效果Δ與粒子體積分?jǐn)?shù)f、粒子半徑r的關(guān)系：粒子體積分?jǐn)?shù)f一定，粒子半徑r越小，強(qiáng)化效果Δ增大。粒子半徑r一定，粒子體積分?jǐn)?shù)f越多，強(qiáng)化效果Δ增大?，F(xiàn)在是117頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四顆粒釘扎作用的電鏡照片含銅鋼中時(shí)效析出的顆?，F(xiàn)在是118頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）可變形微粒的強(qiáng)化作用——切割機(jī)制·適用于第二相粒子較軟并與基體共格的情形。位錯(cuò)切割第二相粒子示意圖電鏡觀(guān)察現(xiàn)在是119頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是120頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四可變形微粒的強(qiáng)化作用——切割機(jī)制·強(qiáng)化作用主要決定于粒子本身的性質(zhì)以及其與基體的聯(lián)系，主要有以下幾方面的作用：A．位錯(cuò)切過(guò)粒子后產(chǎn)生新的界面，提高了界面能。B.若共格的粒子是一種有序結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)切過(guò)之后，沿滑移面產(chǎn)生反相疇，使位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)需要附加應(yīng)力。C．由于粒子的點(diǎn)陣常數(shù)、比體積與基體不一樣，粒子周?chē)a(chǎn)生共格畸變，存在彈性應(yīng)變場(chǎng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。D．由于粒子的層錯(cuò)能與基體的不同，擴(kuò)展位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)，其寬度會(huì)產(chǎn)生變化，引起能量升高，從而強(qiáng)化。E．由于基體和粒子中滑移面的取向不一致，螺型位錯(cuò)線(xiàn)切過(guò)粒子時(shí)必然產(chǎn)生一割階，而割階會(huì)妨礙整個(gè)位錯(cuò)線(xiàn)的移動(dòng)。在實(shí)際合金中，起主要作用的往往是1~2種?！ぴ龃罅Ｗ映叽缁蛟黾芋w積分?jǐn)?shù)有利于提高強(qiáng)度。

現(xiàn)在是121頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四強(qiáng)化效果Δ與粒子體積分?jǐn)?shù)f、粒子半徑r的關(guān)系：粒子體積分?jǐn)?shù)f一定，粒子半徑r越大，強(qiáng)化效果Δ增大。粒子半徑r一定，粒子體積分?jǐn)?shù)f越多，強(qiáng)化效果Δ增大。實(shí)線(xiàn)是優(yōu)先發(fā)生的過(guò)程。---切過(guò)或繞過(guò)機(jī)制。交叉點(diǎn)為強(qiáng)度增量達(dá)最大值。現(xiàn)在是122頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四第四節(jié)

金屬塑性變形后的組織與性能一、組織的變化顯微組織：晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量的滑移帶，進(jìn)行了孿生變形的金屬還出現(xiàn)孿晶帶。

200X現(xiàn)在是123頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四(a)正火態(tài)(b)變形40%(c)變形80%當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清?，F(xiàn)在是124頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四2.亞結(jié)構(gòu)胞狀組織1、位錯(cuò)密度升高：由變形前退火態(tài)的106—107/cm2增至1011—1012/cm2。2、位錯(cuò)分布變化：（1）在形變量較小或形變量大但層錯(cuò)能低的合金中由于擴(kuò)展位錯(cuò)寬，可動(dòng)性差，位錯(cuò)較分散而均勻地形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；（2）在形變量大而層錯(cuò)能高的合金中由于擴(kuò)展位錯(cuò)窄，易交滑移，位錯(cuò)的可動(dòng)性好，位錯(cuò)形成位錯(cuò)纏結(jié)或形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。30%plasticdeformation50%plasticdeformation變形量位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)胞(大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低)現(xiàn)在是125頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四胞狀組織的形成與下列因素有關(guān)：變形量變形量越大，胞的數(shù)量增多，尺寸減小，跨越胞壁的平均取向差也逐漸增加。材料類(lèi)型層錯(cuò)能高的金屬（如Al、Fe）等，當(dāng)變形程度較高時(shí)，出現(xiàn)明顯的胞狀組織；低層錯(cuò)能金屬，不易形成位錯(cuò)纏結(jié)，冷變形后的胞狀組織不明顯?，F(xiàn)在是126頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四二、加工硬化

1．定義：金屬經(jīng)冷加工變形后，其強(qiáng)度、硬度增加、塑性降低。2．單晶體的典型加工硬化曲線(xiàn)：~

曲線(xiàn)的斜率=d/d稱(chēng)為“加工硬化速率”I.易滑移階段：發(fā)生單滑移，位錯(cuò)移動(dòng)和增殖所遇到的阻力很小，I很低，約為10-4G數(shù)量級(jí)。

II.線(xiàn)性硬化階段：發(fā)生多系滑移，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，II遠(yuǎn)大于I約為G/300，并接近于一常數(shù)。

III.拋物線(xiàn)硬化階段：與位錯(cuò)的多滑移過(guò)程有關(guān)，III隨應(yīng)變?cè)黾佣档?，?yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)變?yōu)閽佄锞€(xiàn)?，F(xiàn)在是127頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四3．影響單晶體加工硬化曲線(xiàn)的因素(1)晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉w中：面心立方的加工硬化率大（易于多系滑移，位錯(cuò)互相阻礙）；密排六方的小。多晶體的加工硬化率大于單晶體?，F(xiàn)在是128頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（2）變形速率和變形溫度塑變產(chǎn)生加工硬化，溫度升高，原子熱激活會(huì)發(fā)生軟化。變形溫度高，加工硬化率低；變形速率大，加工硬化率高?，F(xiàn)在是129頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（3）溶質(zhì)原子加入溶質(zhì)原子增大加工硬化率。原因：降低層錯(cuò)能，擴(kuò)展位錯(cuò)不易交滑移；溶質(zhì)原子的應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)交互作用，改變位錯(cuò)類(lèi)型，阻礙交滑移；阻礙回復(fù)進(jìn)行（不易軟化）。不同Mg含量溶入鋁后的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)合金元素對(duì)銅單晶臨界切應(yīng)力的影響現(xiàn)在是130頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（4）晶粒大小細(xì)晶粒金屬加工硬化率大于粗晶?！，F(xiàn)在是131頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四4．多晶體的加工硬化a.其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)不出現(xiàn)第一階段，且加工硬化率明顯高于單晶體。

現(xiàn)在是132頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四b.細(xì)晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金屬

鋁的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)與晶粒大小的關(guān)系

1-0.034mm2-0.088mm3-0.24mm4-0.54mm現(xiàn)在是133頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四

c.合金比純金屬的加工硬化率要高，溶質(zhì)原子的加入，在大多數(shù)情況下增大加工硬化率。Al-Mg合金中Mg含量對(duì)加工硬化的影響1-3.228%Mg2-1.617%Mg3-1.097%Mg4-0.544%Mg5-0%Mg現(xiàn)在是134頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四5．加工硬化的實(shí)際意義加工硬化的優(yōu)點(diǎn)：（1）強(qiáng)化金屬材料：特別是對(duì)不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化的材料。（2）是某些工件或半成品加工成形的重要因素：如冷拔鋼絲，拉過(guò)?？缀?，截面積減小，單位面積所受到的應(yīng)力增加。如果金屬不產(chǎn)生加工硬化提高強(qiáng)度，鋼絲在出模后就可能被拉斷。由于加工硬化，盡管斷面減小，但強(qiáng)度增加，不再變形，使變形轉(zhuǎn)到尚未拉過(guò)模的部分。拉伸示意圖壓縮示意圖現(xiàn)在是135頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（3）加工硬化還可提高零件或構(gòu)件在使用過(guò)程的安全性：零件在使用中各部位受力不均勻，某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中和過(guò)載，使該處產(chǎn)生塑變。若沒(méi)有加工硬化，該處變形會(huì)越來(lái)越大，導(dǎo)致斷裂。因?yàn)榻饘俨牧嫌屑庸び不@種過(guò)載部位的變形會(huì)自動(dòng)停止，提高了零件的安全性。加工硬化的缺點(diǎn)：（1）變形抗力增加，進(jìn)一步變形需增大設(shè)備功率；（2）產(chǎn)生加工硬化進(jìn)一步變形易引起開(kāi)裂，需增加中間軟化退火，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加成本。（3）使用中尺寸不穩(wěn)定，易變形、易腐蝕?，F(xiàn)在是136頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四產(chǎn)生加工硬化的原因：1、隨變形量增加,位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)間發(fā)生交互作用，產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)、固定位錯(cuò)、林位錯(cuò)等，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難。最本質(zhì)原因位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系現(xiàn)在是137頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四其它原因:2、隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，亞晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用；3、隨變形量增加,空位密度增加，空位阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；4、由于晶粒由有利位向轉(zhuǎn)到不利位向而發(fā)生幾何硬化，因而變形抗力增加。位錯(cuò)選擇在最易啟動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的晶粒取向的晶粒進(jìn)行，但是隨著變形發(fā)生，晶粒要轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸離開(kāi)原來(lái)的取向，因而偏離有利位向，而發(fā)生幾何硬化，即位錯(cuò)難以啟動(dòng)和運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在是138頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四性能上出現(xiàn)各向異性由于組織上的方向性（晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)）和結(jié)構(gòu)上的方向性（形變織構(gòu)），導(dǎo)致性能上的方向性。各向異性對(duì)材料成型和使用性能的影響：（1）深沖板材出現(xiàn)“制耳”：各方向上變形不一致。（2）利用織構(gòu)：變壓器硅鋼片獲得<100>織構(gòu)，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，鐵損最小。通過(guò)冷軋獲得（110）[001]織構(gòu)的硅鋼片。現(xiàn)在是139頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一由于加工硬化,有變形的地方就慢慢變得不能變形，而變形要轉(zhuǎn)移到其它地方，致使最后均勻塑性變形。晶體：非晶體：具有加工硬化，產(chǎn)生塑性變形就沒(méi)有塑性，很脆！現(xiàn)在是140頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四塑性變形的方式金屬及合金強(qiáng)化途徑滑移孿生扭折固溶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化加工硬化各自的特點(diǎn)和區(qū)別多晶體的塑性變形晶界和晶粒位相差的影響整個(gè)塑性變形的過(guò)程合金的塑性變形產(chǎn)生強(qiáng)化的本質(zhì)原因現(xiàn)在是141頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四材料的強(qiáng)化理論

實(shí)際使用的結(jié)構(gòu)材料一般是多晶體。從影響強(qiáng)度的各種因素看，最常見(jiàn)的強(qiáng)化方法有形變強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。材料的實(shí)際強(qiáng)化措施，如鋼中的馬氏體強(qiáng)化等，往往是上述強(qiáng)化手段的綜合?，F(xiàn)在是142頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四一.形變強(qiáng)化

金屬材料經(jīng)塑性變形后，其強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為形變強(qiáng)化。變形過(guò)程中，位錯(cuò)密度升高，導(dǎo)致形變胞的形成和不斷細(xì)化，對(duì)位錯(cuò)的滑移產(chǎn)生巨大的阻礙作用，可使金屬的變形抗力顯著升高，這是產(chǎn)生形變強(qiáng)化的主要原因。現(xiàn)在是143頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四二.固溶強(qiáng)化

溶質(zhì)原子溶入金屬基體而形成固溶體，使金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性有所下降，這一現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。例如單相的黃銅、單相錫青銅和鋁青銅都是以固溶強(qiáng)化為主來(lái)提高合金強(qiáng)度和硬度的。固溶體合金的σ－ε曲線(xiàn)：由于溶質(zhì)原子加入使σs和整個(gè)σ－ε曲線(xiàn)的水平提高，同時(shí)提高了加工硬化率n。固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是由于溶質(zhì)原子造成了點(diǎn)陣畸變，其應(yīng)力場(chǎng)將與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生彈性交互作用、化學(xué)交互作用和靜電交互作用，并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在是144頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四三.第二相強(qiáng)化

只通過(guò)單純的固溶強(qiáng)化，其強(qiáng)化程度畢竟有限，還必須進(jìn)一步以第二相或更多的相來(lái)強(qiáng)化。當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時(shí)，將阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。如果第二相微粒是通過(guò)過(guò)飽和固溶體的時(shí)效處理而沉淀析出并產(chǎn)生強(qiáng)化，則稱(chēng)為沉淀強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化；如果第二相微粒是通過(guò)粉末冶金方法加入并起強(qiáng)化作用，則稱(chēng)為彌散強(qiáng)化?，F(xiàn)在是145頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四（一）沉淀強(qiáng)化

時(shí)效強(qiáng)化是個(gè)普遍現(xiàn)象，具有重要的實(shí)際意義，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的時(shí)效硬化型合金，如鋁合金、耐熱合金、單相不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼等，都是利用這一強(qiáng)化理論來(lái)調(diào)整性能的。

1.固溶處理:具有時(shí)效強(qiáng)化現(xiàn)象合金的最基本條件是在其相圖上有固溶度變化，并且固溶度隨溫度降低而顯著減小。如圖所示。當(dāng)組元B含量大于B0的合金加熱到略低于固相線(xiàn)的溫度，保溫一定時(shí)間，使B組元充分溶解后，取出快速冷卻，則B組元來(lái)不及沿CD線(xiàn)析出，而形成亞穩(wěn)定的過(guò)飽和固溶體，這種處理稱(chēng)為固溶處理。

2.時(shí)效:經(jīng)固溶處理的合金在室溫或一定溫度下加熱保持一定時(shí)間，使過(guò)飽和固溶體趨于某種程度的分解，這種處理稱(chēng)為時(shí)效。在室溫下放置產(chǎn)生的時(shí)效稱(chēng)為自然時(shí)效，加熱到室溫以上某一溫度進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)為人工時(shí)效?，F(xiàn)在是146頁(yè)\一共有159頁(yè)\編輯于星期四3.時(shí)效狀態(tài)時(shí)效時(shí)，在平衡的第二相析出之前還可能出現(xiàn)幾個(gè)中間的過(guò)渡相，一般的析出順序?yàn)?α3→