金属学变形物理基础

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1、UniversityOfScienceandTechnologyBeijing轧制过程的金属学原理本课程讲授的主要内容：●变形物理基础●相变规律、位错及扩散●晶体结构USTB2UniversityOfScienceandTechnologyBeijing变形物理基础切应力及滑移加工硬化与孪生扭折带和形变带复相合金的塑性形变织构与残余内应力影响冷形变金属微观组织的因素USTB3UniversityOfScienceandTechnologyBeijing研究金属形变的意义材料的强度和塑性是两个重要的力学性能，它决定了零构件的加工成形的工艺

2、性能，同时又是零构件的重要使用性能。材料的力学性能是结构敏感的，它和材料的组织和结构有密切关系，如晶体缺陷密度。塑性形变的主要机制是滑移，滑移的临界分切应力可作为起始塑性形变切应力的估计，它取决于位错源开动所需的力以及位错运动所需克服的P-N力等阻力。起始塑性形变所需要的切应力越高，晶体材料的屈服强度越高。USTB4UniversityOfScienceandTechnologyBeijing临界分切应力位错核心结构对晶体的塑性变形影响很大。只有位错核心在滑移面上是二维分布的场合，例如FCC及HCP在基面滑移的金属，才遵守Schmid定

3、律，且临界分切应力与温度的相关性不大。位错核心不在滑移面二维分布时，如BCC螺位错核心以及HCP在棱柱面滑移的螺位错的核心作非共面扩展，这时偏离Schmid定律，并且临界分切应力与温度的相关性很大。USTB5UniversityOfScienceandTechnologyBeijing位错核心结构对塑性变形的影响能量螺位错核心的非共面扩展的难易τc与温度的关系τc对温度不敏感τc对温度敏感τc对温度的相关性及对应的位错能示意图USTB6UniversityOfScienceandTechnologyBeijing交滑移两个或多个滑移面共

4、同按1个滑移方向滑移称交滑移。交滑移形成的滑移线（带）是折线形状。交滑移不是几个面“同时”，而是“顺序”滑动。对低层错能材料，位错很难交滑移，位错运动是平面型的，称平面滑动。对高层错能材料，位错容易交滑移，滑移线呈波纹状，称波纹滑动。交滑移容易与否，对材料的应变硬化有很大的影响。层错能越低，位错不易通过交滑移越过遇到的障碍，从而加大了应变硬化。USTB7UniversityOfScienceandTechnologyBeijing多系滑移当外力的取向使2个或多个滑移系上的分切应力均达到临界分切应力值时，这些滑移系可以同时开动而发生多系滑

5、移。以fcc结构为例讨论力轴在不同取向下发生的多系滑移。fcc结构的(001)标准极射赤面图----滑移系的寻找方法把3个{001}面的极点标为w，把6个<110>滑移方向的极点分别标上I、II、III、IV、V、VI；把4个{111}滑移面分别标上A、B、C、D记号。则一滑移系可表示为:BIVUSTB8UniversityOfScienceandTechnologyBeijing开动的具体滑移系及数目与力轴的关系：三角形内：１个；边上：２个；２次轴上：４个；三次轴上：６个；４次轴上：８个；USTB9UniversityOfScienc

6、eandTechnologyBeijing发生多系滑移时，在抛光表面看到不止一组的滑移线，而是两组或多组交叉的滑移线。由于多个滑移系开动，位错交截产生割阶及位错带着割阶运动等原因使位错运动阻力增加，因而强度也增加。外力轴处于只有1个滑移系开动的取向，材料的强度是比较低的，这样的取向称为软取向；外力轴处于易多滑移的取向称为硬取向。USTB10UniversityOfScienceandTechnologyBeijing临界分切应力与温度间的关系长程交互作用引起的阻力随温度的变化是很小的。对于如位错和林位错相截形成割阶或带着割阶滑动等短程交

7、互作用引起的阻力，因为这些过程只涉及几个原子间距，热激活对这些过程会有很大作用。温度上升使这些过程易于进行，所以临界分切应力随温度上升而降低。当温度高时，热激活提供足够的能量，使得临界分切应力不再随温度变化。镉单晶基面滑移镁单晶USTB11UniversityOfScienceandTechnologyBeijing单晶体的应力-应变曲线及加工硬化加工硬化现象：材料加工时强度和硬度随应变加大而增加；应力-应变曲线：是定量描述加工硬化性质的依据。真应变与工程应变曲线的差异USTB12UniversityOfScienceandTechno

8、logyBeijing加工硬化理论•多种机制：(1)位错滑动和林位错交割，增加阻力。(2)林位错使F-R源产生割阶，带割阶的位错运动阻力加大。(3)形成的L-C不动位错增大了形变的抗力。(4)由局部应力场（