材料科学基础：第八章 塑性变形.pptVIP

中南大学材料学院 柏振海 第八章 塑性变形 §1 单晶体金属的塑性变形§2 多晶体的塑性变形§3 合金的塑性变形§4 金属塑性变形后的组织与性能 金属材料生产基本流程 晶体的变形 晶体在外力的作用下会发生变形 1.弹性（结构不敏感因素） 2.塑性及强度（结构敏感因素，受外力、温度影响） 外加应力超过即屈服极限，应力和应变就不再是线性关系，卸载后留下一定的残余变形或永久变形，为塑性变形或范性形变 3.断裂 弹性变形特点 定义：外力去除以后变形可以消失 1.正应力、切应力均可产生弹性变形 2.弹性变形具有可逆性 3.应力和应变是直线关系，服从虎克定律：在单向拉伸时，σ=E×ε，在剪切变形时τ=G×γ 4.变形量很小，塑性变形的1％以下 5.不能引起组织转变 弹性模量 工程设计依据－刚度 取决于晶体结构和原子间相互作用力 原子间相互作用力f f=A/r2（吸引力）＋B/r4（斥力） r原子间距离，A、 B常数 原子间相互作用力f 弹性变形外力不足以克服原子间势垒，仅偏离平衡位置，外力撤销回到平衡位置，宏观上表现为弹性变形 故弹性变形的物理本质就是外力引起原子间距发生可逆变化，弹性模量反映金属原子间结合力大小 正弹性变形模量E，切弹性模量G，波松比ν（横向、纵向变形之比，一般金属为0.25－0.35）有关系： G＝E/[2·(1+ν)] 塑性变形的方式 从宏观上看，固体的塑性变形方式很多，如伸长和缩短、弯曲、扭转以及各种复杂变形，但从微观上看，单晶体的塑性变形的基本方式只有两种，就是滑移和孪生 滑移和孪生都是剪切应变，即在剪应力作用下晶体的一部分相对于另外一部分沿着特定的晶面和晶向发生平移 §8.1 单晶体金属的塑性变形 由大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制 铝单晶体抛光后拉伸，表面出现的滑移带 滑移带结构 滑移变形是不均匀的，常集中在一部分晶面上，而处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移，滑移带的发展过程，首先是出现细滑移线，后来才发展成带，而且，滑移线的数目随应变程度的增大而增多，它们之间的距离则在缩短 滑移的晶体学特征 滑移面 晶体的滑移通常是沿着一定的晶面发生的，此组晶面称为滑移面 滑移方向 滑移是沿着滑移面上一定的晶向进行的，此晶向称为滑移方向 派纳力最小 滑移面与滑移方向大致是最密排面和最密排方向，因为此时派纳力最小 2.滑移系 一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系 在滑移的情形下，特定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。一个滑移面和位于这个滑移面上的一个滑移方向组成一个滑移系统，用{hkl}[uvw]来表示 晶体的滑移系统首先取决于晶体结构，但也与温度、合金元素有关 滑移系统特点 1.明显的晶体学特征 密排面上沿着密排方向进行 2.滑移面受温度、成分（如合金元素）影响可以改变，滑移方向不会改变 常温、常压下各种晶体的滑移系统和临界分切应力 一些金属晶体的滑移系统 fcc滑移系 滑移方向110，滑移面一般为{111} 面心立方结构共有四个不同的{111}晶 面，每个滑移面上有三个110晶向，因 而面心立方晶体中共有4×3=12个晶体学 等价的滑移系统 随着温度的升高等条件的变化，滑移面可能增加或改变，但滑移方向始终不变，滑移系也因此可能增多。例如铝（Al）在高温下还可能出现{001}[110]滑移系统 fcc滑移系 hcp滑移系 密排六方晶体的滑移方向恒为 1，1，-2，0，滑移面为（0001）或棱柱面{ 1，0，-1，0}、棱锥面{1，0，-1，1},故滑移系统与c/a比值有关 对于c/a比较大的晶体，如Zn、Cd，其密排面为（0001），滑移系统为（0001）×[110]，由于晶体中滑移面只有一个，此面上有三个110晶向，故一共有三个等价的滑移系统； 对于c/a比较小的晶体如Mg、Ti、Zr等，滑移面除了（0001）面，还有{100}和{101}，因为这些面的原子密度相差不多 hcp滑移系 a.当滑移面为（0001）时，晶体中滑移面只有一个，此面上有三个 1，1，-2，0 晶向，故滑移系数目为1×3=3个 b.当滑移面为{ 1，0，-1，0}时，晶体中滑移面共有3个，每个滑移面上一个1，1，-2，0 晶向，故滑移系数目为3×1=3个 c.当滑移面为斜面{1，0，-1，1}时，此时滑移面共有6个，每个滑移面上一个1，1，-2，0，故滑移系数目为6×1=6个 hcp晶体的可能滑移系 bcc滑移系 bcc的滑移系 滑移方向为111，可能出现的滑移面有{110}、{112}、{123}如果三组滑移