《晶界强化机制》ppt课件

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1、第四章晶界强化机制哈工大（威海）材料学院吴欣1第四章晶界强化机制本章主要内容建立晶界强化的模型物理模型——揭示晶界的作用数学模型——流变应力与晶粒大小的关系本章学习思路晶界的结构——晶界的特点——晶界对变形的影响24.1晶界及其特点一.晶界的分类及其结构1.小角度晶界θ＜1０°u-产生晶界的旋转轴的矢量n-晶界的法向矢量1)倾侧晶界34.1晶界及其特点对称倾侧晶界44.1晶界及其特点对称倾侧晶界54.1晶界及其特点非对称倾侧晶界64.1晶界及其特点一.晶界的分类及其结构1.小角度晶界θ＜1０°2）扭转晶界74.1晶界及其特点扭转晶界的形成84.1晶界及其特点一.晶界的分类及其结构2

2、.大角度晶界θ：30-40°相符点阵模型：大角晶界由厚度为2层原子的过渡区构成，其中存在对排区与错排区。94.1晶界及其特点相符点阵模型的特点晶界力求和相符点阵的密排面重合。或力求大部分重合，并在相符点阵的密排面之间出现台阶或坎。台阶可作位错源相符点阵匹配不完全时，在晶界上引入相符点阵位错，其柏氏矢量小于晶格位错，称次位错。大角晶界是相符点阵的小角晶界。可将大角晶界看成相符点阵的密排面同时附加相符点阵的小角晶界。故大角晶界是位错堆积的场所。104.1晶界及其特点114.1晶界及其特点其他的大角晶界模型：O点阵模型葛庭燧无序原子模型Mott的小岛模型旋错模型124.1晶界及其特点二.

3、晶界的特点１．晶界是位错运动的障碍.无论大角晶界或小角晶界，都是位错运动的有效障碍原因如下：.晶界具有短程应力场位错切过小角晶界形成台阶，可能成为晶界位错运动位错与晶界位错发生反应形成不动位错运动位错进入大角晶界时发生分解形成几个晶界位错134.1晶界及其特点二.晶界的特点２．晶界是位错源.晶界向晶内发射位错的机制有两种：（1）如果晶界中的“坎”或台阶是晶界位错时，会在外力下分解，产生一个晶格位错进入晶内如在FCC晶体中全位错[110]/2将进入晶内位错源的特点：①较大的应力下开动②晶界位错形成一个晶格位错144.1晶界及其特点（2）如果晶界中的“坎”或台阶不是晶界位错时，也可以发

4、射位错当一个可沿晶界滑动的晶界位错运动到“坎”处时会发生分解FCC中全位错[110]/2将进入晶内。位错源的条件：①不能自动进行，必须有较大应力②温度较低，不能攀移15４.2晶界强化的物理模型一.晶界的直接强化作用（对小角晶界）是晶界本身对晶内滑移的阻碍1.位错与晶界应力场的弹性交互作用晶界具有短程应力场，阻碍晶格滑移位错进入或通过晶界2.位错切过晶界3.位错与晶界位错发生反应生成不可动位错16４.2晶界强化的物理模型二.晶界的间接强化作用（双晶变形模型）是晶界的存在引起的潜在强化效应，主要包括两方面１．晶界的次滑移强化基本概念：在塑性变形过程中，晶界的存在会导致在晶界附近产生附加

5、滑移，使晶体附近的位错密度增高，产生加工硬化。可用双晶体模型解释产生附加滑移的原因17４.2晶界强化的物理模型微观上看，附加滑移是由两相邻晶体变形不协调而产生，包括弹性变形（切应变/正应变两方面）和塑性变形的不协调、不匹配1）弹性切应变不匹配18４.2晶界强化的物理模型2）弹性正应变不匹配无论正应变或切应变的不匹配，都会在两个晶体中产生附加应力。应力的大小与各自的切变模量与杨氏模量有关。19４.2晶界强化的物理模型附加应力的定量计算结果晶界附近的附加应力数值随距界面距离的增加而迅速降低。晶界附近的附加应力会超过外加应力。单纯的外应力虽不足是晶体发生塑变，但叠加上附加应力后足以发生。

6、20４.2晶界强化的物理模型2）塑性变形不匹配由于晶粒取向不同，A晶粒变形后位错堆积在晶界处，产生严重的应力集中。其与外应力的叠加不仅开动了B中的主滑移系，也开动了其他的附加滑移系。于是晶界附近产生多滑移。晶界由此硬化。21４.2晶界强化的物理模型二.晶界的间接强化作用（双晶变形模型）２．晶粒间取向差引起的强化由于上述的晶粒间变形不同时性，运动位错会在晶界处受阻。后会在应力集中与外应力的叠加作用下开动相邻晶粒的多个滑移系，表现出多滑移的硬化效果。1-4纯铝多晶的拉伸曲线5-7单晶拉伸曲线22４.3位错塞积一、位错塞积群的特性和种类1.位错塞积群的种类1)单一位错塞积群23４.3位错

7、塞积2)双重位错塞积群24４.3位错塞积2.位错塞积群的特性1）相当于一个超位错其柏氏矢量为Nb，位于领先位错处2）双重塞积群可看作两个超位错，柏氏矢量各为Nb，且刃型同号位错数目：3）单一塞积群中超位错所含刃型位错的数目25４.3位错塞积二、位错塞积群引起的应力集中单一塞积群中作用在领先位错上的力为双重塞积群则为：即领先位错的受力是单个位错受力的N倍常忽略双重塞积群中领先位错受力的微小差异，统一表示为：相应地作用在障碍上的应力为26４.3位错塞积三、位错塞积群前端的