材料的形变知识讲解.ppt

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1、材料的形变§8.2单晶体的塑性变形（Plasticdeformationofsinglecrystalline）●塑性变形(plasticdeformation)：当应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形●单晶体的塑性变形主要通过滑移方式进行，此外尚有孪生和扭折1滑移（slip)1）滑移线与滑移带(sliplinesandslipbands)●当应力超过弹性极限时，晶体中会产生层片之间的相对滑移，这些滑移的累计构成晶体的塑性变形●宏观上，材料的表面可见一条条细线（滑移线）●微观上，可见一系

2、列相互平行的更细的线-滑移线；●一组滑移线构成滑移带；滑移只是集中在一些晶面上2）滑移系(slipsystems)●塑性变形时，滑移线与滑移带的排列不是任意的，材料的滑移只能沿一定的晶面或一定的晶向进行，这些晶面和晶向就称为滑移面和滑移方向●滑移面和滑移方向一般是原子排列的密排面和密排方向，因其面间距最大，点阵阻力小。●每一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来构成一个滑移系一般，材料中的滑移系越多，滑移过程中可能采取的空间取向越多，滑移容易进行，塑性好。●面心立方(fcc)：{111}4<110

3、>3=12个●体心立方(bcc)：{110}6<111>2+{112}12<111>1+{123}24<111>1=48个●密排六方(hcp)：（0001）1<1120>3=3个，其塑性比面心立方和体心立方差3）滑移的临界分切应力(criticalresolvedshearstressofslip)●cosφcosλ称为取向因子或施密特因子（Schmidfactor）●设圆柱形单晶体的截面积A，轴向拉力F，滑移面法线与轴向拉力F的夹角φ，滑移方向与外力的夹角λ，则外力在滑移面沿滑移方向的分切应力

4、：●当外力作用在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，滑移系开始滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力●当φ=λ=45º时，取向因子最大，可用最小的拉力开始滑移τcrss为滑移的临界分切应力，它是一个反映单晶体受力起始屈服的物理量4）滑移时晶面的转动(rotation)●滑移过程中，晶体要发生转动，从而导致晶体的空间取向发生变化。●压缩时，转到与应力轴垂直的方向Tensile●拉伸时使滑移方向逐渐转到与应力轴平行的方向Compressive5）多滑移(multipleslip)●对于有多组滑移

5、系的晶体，滑移首先在取向最有利的滑移系中进行，随着变形时晶面的转动，另外的滑移系逐渐转到对滑移有利的取向，从而使滑移过程沿着两个或多个滑移系交替进行或同时进行，这种滑移过程称为多滑移，也称多系滑移、复滑移例：fcc中][001]为拉伸轴，有多个滑移系具有相同的Schmid因子，可同时或交替动作。2孪生(twinning)2）孪生的特点1）孪生(twinning)：●晶体在切应力作用下沿着一定的晶面(孪晶面,twinplane)和一定的晶向(孪晶方向,twindirection)，在一个区域内发生

6、均匀的切变；●这样的切变并未使晶体的结构变化，但确使均匀切变区中的晶体取向发生变化，且变形与未变性区呈镜面对称●孪生变性是在切应力下发生，临界应力大于滑移所需的应力；●孪生是一种均匀切变；●孪晶的两部分晶体呈镜面对称；3扭折(kink,不常见)4)孪晶(twin)的形成●变形孪晶（机械孪晶,deformationtwins）●生长孪晶：气相沉积、凝固等●退火孪晶(annealingtwins，可归属于生长孪晶3)滑移与孪生的对比●主要发生在滑移和孪生都不能发生的地方●变形区域称为扭折带，扭折区的

7、晶体取向发生不对称性的变化4单晶体的应力-应变曲线●典型的单晶体的应力-应变曲线1)易滑移阶段：通常只有一个滑移系进行滑移2)线性硬化阶段：第二滑移系开动，滑移线交割，滑移障碍增加3)抛物线阶段：一些障碍被越过，产生交滑移等●三种典型晶体结构的应力-应变曲线●塑性变形的三个阶段软取向bcc、fcc有典型的三阶段，hcp只有两个阶段§8.3晶体滑移的位错机制（Plasticdeformationofsinglecrystalline）d为晶面间距、W为位错宽度、b为柏氏矢量2位错增殖机制(gene

8、rationmechanism)1位错运动的阻力：●派—纳力（Peierls-Nabarroforce，P-Nforce）●对简单立方结构：τP-N=2x10-4G，接近实测分切应力弗兰克—瑞德源（Frank-Readsource,F-R源）3位错的交割图（石）（位错的反应）4交滑移的位错机制(crossslip)5刃型位错的攀移(climb)●刃型位错的攀移即多余半原子面通过空位扩散而扩大或缩小正攀移图解●交滑移对材料的塑性影响大，交滑移容易的材料，塑性好。●交滑移与材料的层错能有关(stac