材料科学基础-第6章塑性变形

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1、1Chapter6–塑性变形与再结晶材料科学基础李谦–宁向梅主讲2ChapterOutline6.1晶体的塑性变形6.2塑性变形对材料组织与性能的影响6.3回复与再结晶6.4金属的热加工变形3图6－1金属表面的滑移带（a）铜中的滑移带（b）7％冷变形铝的表面图像Section6.1晶体的塑性变形6.1.1单晶体的塑性变形4常温下晶体材料塑性变形主要方式有滑移和孪生。（一）滑移1.滑移带与滑移线塑性变形是晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生相对滑动，这种变形方式称为滑移。晶体的滑移是不均匀的，滑移集中在某些晶面上，而滑移线之间的晶体并未发生变形。6.1.1单晶体的塑性变形5图6－2

2、滑移带形成示意图6表6－1三种常见金属晶体结构的滑移系2．滑移系金属中的滑移是沿着一定的晶面和一定的晶向进行的，这些晶面称为滑移面，晶向称为滑移方向。76.1.1单晶体的塑性变形滑移面通常是晶体中原子排列最密的晶面，而滑移方向则是原子排列最密的晶向。这是因为密排面之间的距离最大，面与面之间的结合力较小，滑移的阻力小，故易滑动。而沿密排方向原子密度大，原子每次需要移动的间距小，阻力也小。一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。每个滑移系表示晶体进行滑移时可能采取的一个空间取向。晶体中的滑移系越多，滑移过程中可能采取的空间取向便越多，滑移越容易进行，故这种晶体的塑性便越好。密排六方晶体由

3、于滑移系数目太少，故塑性较差。86.1.1单晶体的塑性变形晶体塑性的好坏，不仅取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目等因素有关。例如体心立方金属α－Fe，与面心立方金属的滑移系同样多，都为12个。但它的滑移方向没有面心立方金属多，同时滑移面间距离较小，原子间结合力较大，必须在较大的应力作用下才能开始滑移，所以它的塑性要比铝、铜等面心立方金属差。96.1.1单晶体的塑性变形3．滑移的临界分切应力只有当外力在某一滑移系中的分切应力首先达到一定的临界值时，这一滑移系开动，晶体才开始滑移。该分切应力即称为滑移的临界分切应力，以τk表示，它是使滑移系开动的最小分切应力。外力F在

4、滑移方向上的分切应力为10图6－3单晶体滑移时分切应力的分析图116.1.1单晶体的塑性变形m为取向因子，或称施密特因子（Schmid）。单晶体的屈服强度σs将随外力与滑移面和滑移方向之间的位向关系而变，即m发生改变时，σs也要改变。当外力与滑移面、滑移方向的夹角都呈45°时，m具有最大值，为0.5。此时分切应力最大，σs具有最低值，晶体材料最容易进行滑移，并表现出最大的塑性，这种取向称为软位向。当外力与滑移面平行(ψ＝90°)或垂直（λ＝90°）时，m为零，则无论τk的数值如何，σs均为无穷大，晶体在此情况下不能产生滑移，这种取向称为硬位向。12图6－4镁单晶拉伸的屈服应力与晶体取向的关系

5、13Example6.1临界分切应力已知Al的临界分切应力为0.24MPa，计算要使面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？Example6.1SOLUTION对立方晶系，晶面（h1k1l1）法线和晶向[h2k2l2]的夹角为故滑移面的法线方向与拉力轴[001]的夹角为同理，滑移方向[101]和拉力轴[001]的夹角为故146.1.1单晶体的塑性变形4．滑移时晶体的转动单晶体滑移时，除了滑移面发生相对位移外，往往伴随着晶面的转动，从而使晶体的空间位向发生变化。位向改变的结果使滑移面和滑移方向逐渐平行于拉伸的轴线。图6－6拉伸时晶体发生转动的示意图156.1.1单晶体的

6、塑性变形5．多系滑移与交滑移多滑移：若有多组滑移系相对于外力轴的方向相同，分切应力同时达到临界值，滑移一开始就可以在两个或多个滑移系同时进行。交滑移：在晶体中，还会发生两个或两个以上滑移面沿着同一个滑移方向同时或交替进行滑移的现象。图6－7交滑移的示意图图6－8抛光试样的波纹状交滑移带166.1.1单晶体的塑性变形6.滑移的位错机制实际晶体中的滑移，不是晶体的一部分相对于另一部分同时作整体的刚性的移动，而是通过位错在切应力的作用下，沿着滑移面逐步移动的结果。当一条位移线移到晶体表面时，便在晶体表面留下—个原子间距的滑移台阶，其大小等于柏氏矢量。如果有大量位错重复按此方式滑过晶体，就会在晶体表

7、面形成大量的滑移台阶，在显微镜下便能观察到滑移痕迹，即滑移线。实际滑移的临界切应力τk远低于理论计算值的原因。176.1.1单晶体的塑性变形7．位错的增殖塑性变形时，大量位错扫过滑移面滑出晶体表面。变形后晶体中的位错数目不但没有减少，反而显著增多了。位错增殖的机制有多种，其中最常见的一种是弗兰克—瑞德（Frank－Read）位错增殖机制，F-R源。图6－10弗兰克-瑞德位错源18FigureTheFrank-