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第四章 金属及合金的塑性变形及断裂;金属的变形概述 单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 合金的塑性变形 塑性变形对组织性能的影响;;纳米铜的室温超塑性;弹性变形－弹塑性变形－断裂;1) 应力：作用在材料任一截面单位面积上的力。;弹性变形阶段 I： s σe，s-e为线性关系； 屈服阶段 II 弹塑性变形阶段 III： 应力在σe到σb之间发生均匀塑性变形； 颈缩阶段 IV：σb之后； 断裂：发生在K点。 ;变形可逆，去除外力后完全恢复，变形消失。 ;;屈服：材料开始发生塑性变形。 屈服特点：即使外力不再增加，试样也会继续变形，这种变形属于塑性变形，在拉伸曲线上会出现锯齿状的平台。这是部分材料所具有的特征。 ;对具有屈服现象的材料用屈服现象发生时对应的应力表示； 对屈服现象不明显的材料，则以所产生的塑性应变达0.2%时的应力值表示。 ;在屈服后的变形阶段，试样整体进行均匀的塑性变形。如果不再增加外力，材料的变形将不能继续下去。;e;颈缩：试样开始发生不均匀的塑性变形，产生颈缩，即塑性变形集中在一局部区域进行。 特点：宏观表现为外力在下降，工程应力在减小，但颈缩区的材料承受的真实应力依然在上升。 极限强度：开始发生颈缩时对应的工程应力σb ，这时试样出现失稳，颈缩真实应力依然在上升，但能承受的总外力在下降。;变形量大至K点，试样发生断裂。 断裂的实质是原子间承受的力超出最大吸引力，原子间的结合受到破坏而分离。;脆性断裂可沿晶界发生，称为“晶间断裂”，断口凹凸不平； 脆性断裂也可穿过各个晶粒发生，称为“穿晶断裂”，断口比较平坦。 ; 依材料的性质、外界环境和受力方式不同，材料在外力作用下发生塑性变形的方式也不相同，通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、蠕变、流动。;切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向(滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律的塑变方式叫滑移。;光学显微镜：滑移带 电子显微镜：每条个滑移带由许多平行滑移线组成 对于Al单晶：每根滑移线的滑移量为100~200nm；两滑移线间距~20nm；滑移带之间~2000nm;切应力的作用下，晶格发生弹性外扭，进一步将使晶格发生滑移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶体不能恢复到原来的形状，而保留永久的变形。大量晶面的滑移将得到宏观变形效果，在晶体的表面将出现滑移产生的台阶。 ;作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大，不能使原子从一个平衡位置移动到另一平衡位置，不能产生塑性变形；正应力达到破坏原子间的吸引力，晶格分离，材料则出现断裂。;滑移发生的晶面称为滑移面，通常为晶体的最密排晶面； 滑移滑动的方向称为滑移方向，通常也为晶体的最密排方向； 一个滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个可以滑移的方式称为“滑移系”。 ;FCC;滑移系对性能的影响;左图中单晶体受拉应力F作用，滑移面法线方向N与F夹角为f，滑移方向和F夹角为λ；注意：滑移方向S、拉力轴F和滑移面的法线N三者不必在同一平面，即 f+λ≠900 。;滑移方向上的分切应力为： ;当t达到某一临界值tc时，晶体产生滑移变形，这时对应的正应力s为单晶体的屈服应力sy，称为施密特定律。 sy = tc/cosf cosl;?c取决于金属的本性，不受f、?的影响；屈服强度σy则随拉力轴相对于晶体的取向不同而不同，即晶体材料存在各向异性。;2.1.6 滑移时晶体的转动 ; 当外力作用于单晶体试样上时，它在某些相邻层晶面上所分解的切应力使晶体发生滑移，而正应力和垂直滑移方向的另一正应力因滑移错开组成一力偶，使晶体在滑移的同时向外力方向发生转动。;2.1.7 滑移变形的主要特点 ;滑移的实质是位错的运动 位错的增殖 位错的交割 位错的塞积; 大量的理论研究证明，滑移是由于滑移面上位错运动而造成的。上图分别表示一刃型和螺型位错在切应力的作用下的运动过程，通过一根位错从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的滑移。 ; 塑性变形的过程中，尽管位错移出晶体产生滑移台阶，但位错的数量(位错密度)却在不断的增加，这是因为在外应力作用下发生塑性变形时位错会发生增殖。 ; 利用Fnak-Read源说明增殖的过程。若滑移面上有一段位错，CD两点钉住不可滑移，在外力作用下位错应向右移动，这段位错将弯曲、扩张，相遇为异号位错相消，产生一位错环，内部CD段还存在。反复可生成一系列的位错环，扩展到晶体外产生的滑移台阶可为柏氏矢量的整数倍。 ; 根据计算,使两端固定的位错线弯曲到曲率半径为R圆弧所需切应力为: F-R源模型中，直线时曲率半径为无穷大，使其弯曲所需应力很小，当半径为L/2时，曲率半径最小，所需应力最