工程材料学2010-2塑变

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1、第一节金属的塑性变形1．单晶体的塑性变形2．多晶体的塑性变形3．塑性变形对金属组织和性能的影响第二章金属的塑性变形和再结晶1．单晶体的塑性变形当应力超过弹性极限时，金属将产生塑性变形。为了方便起见，我们首先研究单晶体的塑性变形，而多晶体的塑性变形与各个晶粒的变形行为相关联，掌握了单晶体的变形规律，将有助于了解多晶体的塑性变形本质。单晶体的变形有“滑移”和“孪生”两种方式，我们重点研究滑移方式。滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）发生相对滑动的过程。（书P23图2-1）由图可知：外力P在一定的晶面上分解为两种应力：σ；τ（a）正应力σ使

2、晶格发生　弹性变形（由c—c’，a—a’）或　断裂（b）切应力τ使晶格发生　弹性歪扭　或　塑性变形（c）大量晶面的滑移，最终使试样被拉长变细（d）塑性变形的实质——原子移动到新的稳定位置总结①滑移只能在切应力的作用下发生；②一些概念：1、滑移面：发生滑移的晶面，叫做滑移面；2、滑移方向：晶体在滑移面上发生滑移的晶向；3、滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。（它表示金属晶体在发生滑移时滑移动作可采取的空间位向，滑移系越多，滑移时可供采用的空间位向也越多，所以该金属的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑移面的作用。）一般说来：滑移面总是原子最密排面，滑移方向也总是原子

3、最密排方向。（因为在最密排面上，原子的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以最密排面之间的原子间的结合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同理，滑移方向也总是原子最密排方向。）几种常见金属的滑移面和滑移方向：书P24表2-1④晶体在滑移的同时，由于正应力组成的力偶的作用，会推动晶体转动，力图使滑移面转向与外力方向平行。③取金属单晶体试样，表面经磨制抛光，然后进行拉伸，当试样经适量塑性变形后，在金相显微镜下观察，则可在表面见到许多相互平行的线条，称之为滑移带；如进一步在电子显微镜下观察，便会发现任一条滑移带实际上是由许多密集在一起的相互平行的滑移线所组成，这些滑移线表现为在塑性变形后在晶体表

4、面产生的一个个小台阶。书P24图2-2。⑤滑移的位错机制：若晶体中没有任何缺陷，原子排列得十分整齐时，经理论计算，在切应力的作用下，晶体的上下两部分沿滑移面作整体刚性的滑移时，此时所需的临界切应力τK（即滑移所需的最小切应力）与实测相差十分悬殊。（例如：铜的理论计算值τK=6400N/mm2，而实测值τK=1.0N/mm2），为此，导致了位错学说的诞生。理论与实验都已证明，在实际晶体中存在着位错，晶体的滑移是通过位错在切应力的作用下沿滑移面逐步移动的结果。如书P24图2-3所示，一个刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程，就象接力赛跑一样，位错中心的原子逐一递进，由一个平衡位置转移到另一

5、个平衡位置，通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个原子间距的滑移。当位错线移到晶体表面时，就会在晶体表面上留下一个原子间距的滑移台阶，因而造成滑移线的产生。滑移的实现——借助于位错运动实测的τK远小于理论的τK的原因：所示，位错虽然移动了一个原子间距，但位错中心附近的少数原子只作远小于一个原子间距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于正常位置，所以这样的位错运动只需一个很小的切应力即可实现，故，实测的τK远小于理论的τK。多晶体金属的塑性变形与单晶体的本质是一致的，即每个晶粒的塑性变形仍以滑移方式进行，但多晶体是由许多形状、大小、取向各不相同的晶粒组成。所以，多晶体的塑变过程又比单晶

6、体的相对复杂许多。2．多晶体的塑性变形（一）晶界对塑性变形的影响晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使变形抗力增大。晶粒小→晶界多→变形抗力大→强度，硬度↑（细晶强化）晶粒小→变形分散，应力集中小→塑性↑，韧性↑在多晶体金属中，由于各晶粒的位向不同，则各滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，所以在外力的作用下，每个滑移系上所受的分切应力就不同。如果：在受拉伸时，滑移系与外力P成45º，则τ为最大；滑移系与外力P平行或垂直，则τ为最小。（二）晶粒取向对塑性变形的影响软位向：凡滑移面和滑移方向处于或接近与外力成45º的夹角的晶粒必先滑移，处于这种位向的晶粒为处于软位向。硬位向：滑移面或滑移

7、方向处于或接近于与外力平行或垂直的晶粒，处于硬位向，则难以滑移。如图所示，以A→B→C的顺序分批滑移。在外力作用下，金属中处于“软位向”的晶粒中的位错首先滑移，产生变形，但是这种变形要受到邻近尚未产生滑移的晶粒的制约。这些晶粒要以弹性变形来协调，所以，多晶体中“软位向”晶粒的位错运动所需的外力较单晶体所需的外力大另外，分正应力组成一力偶，促使晶粒发生转动，所以随着滑移的发生，软位可转移到硬位向，硬