《塑性变形机制》ppt课件

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1、2.塑性变形机制PlasticDeformationMechanism晶体的塑性变形PlasticDeformationofCrystal－－金属的重要特性之一弹性变形（ElasticDeformation）：材料尺寸只发生暂时性改变。拉伸:σ=Eε，E-杨氏模数；剪切，τ=Gγ，G-切变模数。具有可逆性.金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。塑性变形（PlasticDeformation）：应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。应力与应变的关系偏离虎克定律。先发生弹性变形

2、，后发生塑性变形。形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的．塑性变形的主要机制:位错的运动塑性变形机制MechanismofPlasticDeformation滑移(Slip)：最重要的变形方式孪生(Twinning)：低温高速，对称性较低的密排六方金属不对称变形(AsymmetricalDeformation）：变形协调机制非晶机制(AmorphousMechanism)：高温晶界滑移(GrainBoundarySlip)：高温2.1滑移（Slip）在300℃拉伸的锌单晶体▲晶体的塑性

3、变形，是通过平行于一定晶体学平面（即滑移面）的滑移引起的。▲滑移的机制就是位错在滑移面内的运动。▲塑性变形的结果，使原来光滑的单晶试样的表面变成台阶状，这些台阶是由大量位错(Dislocation)滑出晶体所形成的。这些线条称为滑移线，一系列滑移线聚成一束，组成滑移带．滑移线（SlipLine）：滑移带中的细线．滑移层(SlipBand)：相邻滑移线间的晶体片层．滑移量(Slippage)：每条滑移线所产生的台阶高度．滑移带示意图滑移(Slip):定义:晶体在外力作用下，其中一部分相对另一部分，

4、沿一定的晶面和该晶面上的一定晶向产生的平移滑动.当应力超过晶体的弹性极限后，晶体中就会产生层片之间的相对滑移，大量的层片间滑动的累积就构成晶体的宏观塑性变形。滑移分别集中在某些晶面上，滑移带和滑移线间的晶体片层并未发生塑性变形，仅仅发生了相对滑动．滑移面(SlipPlane)和滑移方向(SlipDirection):塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，晶体沿某些特定的晶面及方向相对错开，这些晶面和晶向分别称“滑移面”和“滑移方向”。滑移面与滑移方向称为滑移要素滑移面和滑移方向是金属晶体中原

5、子排列最密的晶面和晶向.滑移系(SlipSystem):■一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系.■滑移面数×滑移方向数=滑移系数。■滑移系愈多，滑移过程可能采取的空间取向便愈多，滑移愈容易进行，塑性愈好。如：面心立方金属比密排六方金属塑性好.■对一定结构晶体,滑移方向随变形温度不变,但滑移面随变形温度有所改变.如变形温度较高时，Al的滑移面可能改变为（100），Mg的滑移面可能变为。金属的主要滑移面、滑移方向和滑移系横截面A0上的正应力:滑移面A上的全应力:滑移面上沿滑移方向的分切应力

6、:滑移面上的正应力:临界切应力（CriticalShearStress):外力在滑移方向的分切应力cosψcosλ称取向因子（或Schmid因子）能够引起滑移系开动的分切应力,决定滑移系能否开动.沿滑移面滑移方向上的分切应力SSchmid定律:金属在一定变形温度和变形速度条件下,开始发生滑移变形所需的临界切应力为常数,与取向因子无关.室温下铁单晶体切应力切应变曲线a、b…i表示从不同方向对铁单晶体的拉伸对任意给定的ψ，λ＝90°-ψ时,取向因子最大.滑移面法线、滑移方向、外力处于同一平面，则：时

7、,达到时,最小,且等于与趋近此方位称为有利方位或软取向;远离此方向称为不利方向或硬取向;处于软取向的滑移首先发生滑移.取向因子越大，分切应力也越大．拉伸时Mg单晶体的取向因子与屈服应力的关系只有一定时与才构成如图关系影响临界切应力的因素滑移的物理本质:晶体中的位错在切应力作用下逐步移动。所有造成位错移动阻力的因素均会使临界切应力提高。影响因素：1)金属的种类(晶体的类型)：原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑；2)化学成分：溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻；不同溶质原子固溶强化效应不同；3)变

8、形温度：温度↑，↓，因为原子动能增大，原子间结合力减弱；但高温时，温度↑，不变；4)变形速度：速度↑，↓，因为单位时间内更多位错线移动，加工硬化率较快；速度与依赖性极弱；5)变形方式、组织结构（加工和处理状态）等。固溶原子对铜单晶临界分切应力的影响三类常用金属的临界应力随温度变化的关系临界切应力，×10MPa固溶原子(原子)，％化学成分和温度对纯铜的临界分切应力的影响镉速率的关系单晶的临界切应力与温度和应变(X比+应变速率大100倍)滑移时晶体的转动（RotationofCrystal)滑移面上