课件：材料科学基础第九章金属与合金的塑性变形.pptVIP

由于位错线具有线张力(T)，要使位错线弯曲必须克服其线张力的作用。 线张力为单位长度位错线的能量：T= a Gb2 (见P.249) 位错线绕过间距λ为的粒子时，需要的切应力τ为： G——剪切模量 b——柏氏矢量 λ——粒子间距 a ——系数，0.5~1，取0.5 可见，粒子间距越小，强化效果越好。 另外，第二相粒子的体积分数在一定范围内越大强化效果越好。但过大时，材料塑性太低，容易脆断。 ? 位错切过机制 当第二相粒子为可变形微粒时，位错将切过粒子使其随基体一起变形。此强化作用主要取决于粒子本身的性质，以及与基体的联系。 第二相粒子的弹性模量（硬度）比基体的高，即对位错运动有阻碍作用时，强化作用才明显。 对于可变形粒子，增大粒子尺寸，增加体积分数都有利于提高强化效果。尺寸大到一定值时，位错难以切过粒子，相当于不可变形粒子。 不可变形粒子，可变形粒子尺寸对强化效果的影响。 粒子尺寸 不可变形粒子 可变形粒子 强度 P 对于不可变形粒子，尺寸增大意味着粒子间距增加，位错绕过粒子需要的切应力减小。 对于可变形粒子，尺寸增大意味着位错切过粒子需要更大的应力，当尺寸大到P点以后，位错绕过粒子需要的应力小于切过粒子需要的应力，这时位错就以绕过方式移动。所以，合金的强度随粒子长大而下降了。当粒子尺寸相当于P点时，合金具有最佳的强度。 本章结束 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 第九章 金属与合金的塑性变形 §9-1 概述 一、弹性变形与塑性变形 金属材料在外力作用下会发生变形。当外力较小时变形是弹性的，即撤去外力（卸载）后变形消失。这种可恢复的变形称为弹性变形。 1、弹性变形 弹性变形阶段，应力（单位面积上承受的作用力）和应变（拉伸时单位长度变形量）成直线关系。这就是著名的虎克定律。 单向拉伸： σ =E ε 剪切变形： τ =G γ 虎克定律： σ——拉应力 ε——伸长应变 E——杨氏模量 F F l0 l A τ τ τ——剪应力 γ——剪应变 G——剪切模量 3、塑性变形 拉伸曲线 2、拉伸曲线 从拉伸曲线看，当应力超过一定值，应力与应变不再成直线关系。此时，已开始塑性变形。 塑性变形是永久性变形，外力撤去后变形也不能恢复。 塑性变形常用单向拉伸时的延伸率δ和断面收缩ψ率表示： 延伸率 断面收缩 塑性变形的方式： 宏观上：伸长，缩短，弯曲，扭转，等。 微观上： 单晶体只有滑移和孪生二种。滑移和孪生都是剪应变，即在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生了平移。 单晶锌变形后产生的滑移带（采自C.F.Elam著 The Dislocation of Metal Crystals Oxfold University press,1935） 动画 §9-2 单晶体的塑性变形 一、滑移 1、滑移现象 2、滑移系 滑移晶面与其上面的一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移面是最密排面，滑移方向也是最密排晶向。 三种常见金属晶体的滑移系： 滑移系数越多的晶体，塑性越好。BCC与FCC都是12个滑移系，但是FCC的塑性要好一些。HCP晶体的滑移系只有3个，所以，塑性较差。 3、滑移的临界分切应力——Schmid定律 当晶体受到外力作用时，无论外力方向、大小和作用方式如何，都可以将其分解成垂直于某一晶面（滑移面）的正应力和沿此晶面的切应力。 如图： 式中cos φ cosλ称为取向因子，或Schmid因子。 当σ = σ s（屈服强度）时，微观上晶体开始滑移，宏观上开始塑性变形，此时对应着τ = τc。 τc称为临界分切应力。其大小取决于结合键特征、晶体结构类型、纯度、温度等因素。 对于一定的晶体， τc为定值。取向因子cos φ cosλ的值越大，则σs越小，晶体越容易滑移。当φ和λ都接近45o时，取向因子cos φ cosλ=0.5(极大值)， σs最小，晶体最容易滑移。此位向称为软位向。同理， 90o则称为硬位向，此时σs趋近于无穷大。 一些金属单晶体的临界分切应力τc 金属 晶体结构 纯度% 滑移系 τc(MN/m2) Al Cu Ni FCC - 99.9 99.8 {111}〈110〉 0.79 0.49 3.24~7.17 Fe Nb BCC 99.96 - {110}，{112}〈111〉 {110}〈111〉 27.44 33.80 Mg Ti HCP 99.95 99.99 （0001）〈11-20〉 {10-10}〈11-20〉 0.81 13.70 右图为Mg单晶拉伸时，与晶体取向的关系，曲线为计算结果，圆点为实测值，两者非常一致。 4、滑移时晶体