§9-3 多晶体的塑性变形.pptVIP

* §9-3 多晶体的塑性变形 一. 多晶体变形时晶界的作用 多晶体的变形中要保持晶界处的连续性，即晶界处的原子既不能堆积也不能出现空隙或裂缝，晶界两边的变形需要达到互相协调。 为了满足变形协调，理论计算本应有6个独立的滑移系，以保证6个独立的应变分量使晶粒的形状自由变化，在体积不变的情况下，有实际只有5个变量是独立的。 为了适应变形协调，要求多系滑移，对fcc和bcc，容易满足，hcp有两种方式：一种是在晶界附近区域，基面滑移加柱面或棱锥面等较难滑移的晶面滑移；另一种是孪晶，孪晶和滑移结合起来，连续地进行变形。 1. 协调作用 2. 阻塞作用 Ni3Al+0.1%B合金拉伸时滑移带终止于晶界 晶界90%以上是大角度晶界，其结构复杂，由约几个纳米厚的原子排列紊乱的区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这种晶界本身特性使滑移受阻而不易直接传到相邻晶粒。现象是竹节效应，原因是位错滑移不能穿过晶界。 竹节效应 二. 多晶体变形的特点 不同时性：在外力作用下，软取向晶粒首先达到临界分切应力，开始变形，随着晶体的转动，软硬取向易位，硬取向晶粒开始变形。 不均匀性：由于晶粒位向的不同，变形的不同时性，晶界的阻塞作用，使得不同晶粒、同一晶粒的不同区域，塑性变形量不同。 相互协调性：多晶体塑性变形时，变形可以在不同晶粒之间传递，而保证晶体的完整性，需要各晶粒之间相互协调。 三. 晶界对强度的影响 大量实验表明，Hall-Petch公式不仅适用于屈服强度，同时也适用于整个流变范围以至断裂强度。 晶粒越细，室温强度，包括σs、σb、σ-1越大，塑性越好，称为细晶强韧化。 例：10#钢σs与晶粒大小的关系 Hall-Petch公式：σS=σi+Kd-1/2 345 242 180 121 86 屈服强度（KN/m2） 2 5 10 50 400 晶粒直径（μm） §9-4 高分子材料的塑性变形 高分子材料与金属材料一样，在载荷作用下，也发生弹性变形、塑性变形和断裂。 高分子材料也有弹性模量高低的“软”、“硬”之分，强度大小的“强”、“弱”之分，有无明显塑性变形的“韧”、“脆”之分。 软而弱 软而韧 硬而强 硬而韧 硬而脆 B C D E 应力应变特征 变 形 断 裂 弹性变形 塑性变形 非线弹性变形AB 线弹性变形OA 均匀塑性变形DE 非均匀塑性变形CD { { { { 许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等，在存储及使用过程中，由于应力和环境因素的影响，表面往往会出现一些微裂纹。有这些裂纹的平面能强烈反射可见光，形成银色的闪光，故称为银纹，相应的开裂现象称为银纹化现象。 拉伸试样的银纹化现象 a图为聚苯乙烯 b图为有机玻璃 注意银纹方向与应力方向垂直 §9-5 塑性变形对材料组织和性能的影响 一. 冷变形金属的组织和结构 金属材料冷变形后，组织形貌发生变化，晶体缺陷密度增大。 铜经30%、50%和99%冷轧后的带状组织 1. 形成带状组织 变形前后晶粒形状变化示意图 2. 晶粒内出现大量的滑移带，进行了孪生变形的金属还出现孪晶带。 奥氏体钢的交叉滑移带 锌中的形变孪晶 3. 位错缠绕形成胞状组织。 α铁冷变形过程中形成胞状组织 （a）应变1% （b）应变3.5% （c）应变9% （d）应变20% 二. 冷变形金属的加工硬化 金属经冷加工变形后，其强度、硬度增加、塑性降低的现象——加工硬化、形变硬化。 n=0.1-0.5：加工硬化指数 金属强度与位错密度的关系 1. 单晶体的加工硬化 应力-应变曲线明显可分为三个阶段： I．? 易滑移阶段：发生单滑移，位错移动和增殖所遇到的阻力很小，θI 很低，约为10-4G数量级。 II．线性硬化阶段：发生多系滑移，位错运动困难，θII 远大于θI约为 G/100-G/300 ，并接近于常数。 单晶体应力－应变曲线 III．抛物线硬化阶段：发生交滑移，θIII 随应变增加而降低，应力应变曲线变为抛物线。 三种常见结构的纯金属单晶体 处于软取向时的应力－应变曲线 具有低层错能的Cu显示了典型的应力－应变曲线; 而具有高层错能的Nb，其位错不易扩展，容易交滑移，故应力－应变曲线的第III阶段开始较早； 密排六方纯金属Mg只沿一组相平行的滑移面作单系滑移，位错的交截作用很弱，几乎没有第II阶段。 2. 多晶体的加工硬化 多晶体晶粒各取向不同，不可能一个滑移系滑移，所以，没有典型单晶体的第Ⅰ阶段--易滑移阶段。 因为多晶体各晶粒变形需相互协调，至少有5个独立的滑移系开动，滑移系启动困难，加工硬化率明显高