金属塑性成形原理_第2讲 塑性变形物理本质.ppt

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1、金属塑性变形理论Theoryofmetalplasticdeformation第二讲LessonTwo塑性变形物理本质2021/7/252第二章金属塑性变形的物理本质Chapter2Physicalinbeingofmetalplasticdeformation主要内容MainContent金属的晶体结构(Crystalstructure)位错理论基础(Dislocationtheory)单晶体塑性变形(Monocrystalplasticdeformation)多晶体塑性变形(Multi-crystalplasticdeformation)202

2、1/7/2532.1金属的晶体结构Crystalstructure基本概念晶胞结构实际金属的晶体结构2021/7/254基本概念晶体:原子按一定的几何规律在空间作周期性排列晶格:用直线将原子中心连接起来，构成的空间格子空间点阵：在空间由点排列起来的无限阵列，其中每一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。晶胞：只包含一个阵点的六面体2021/7/255晶界:晶粒和晶粒之间的界面晶面:晶体中，由原子组成的平面晶向:由原子组成的直线GrainorCrystallineStructureGrainBoundaryCrystals2021/7/256晶胞结构

3、面心立方：Al、Ni、Cu、γ-Fe2021/7/257体心立方：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti2021/7/258密排六方：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Coc/a=1.57-1.642021/7/259立方系的一些晶面指数2021/7/2510实际金属的晶体结构单晶体:各方向上的原子密度不同——各向异性多晶体:晶粒方向性互相抵消——各向同性存在着一系列缺陷:点缺陷、线缺陷、面缺陷2021/7/2511材料理论强度（G/30)/GPa实验强度/MPa理论强度/实验强度银铝铜镍铁钼铌镉镁（柱面滑移）钛（柱面滑移）铍（基面滑移）铍（柱面滑移

4、）2.642.374.106.707.1011.333.482.071.473.5410.3210.320.370.780.493.2~7.3527.571.633.30.5739.213.71.375.27×1033×1038×1032×1033×1022×1021×1024×1034×103×1028×1032×102一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度其中最大一个矛盾就是晶体的实际强度远低于其理论强度。所谓晶体的实际强度就是实验测得的单晶体的临界分切应力，其值约为10－4～10－8G，G是晶体的剪切模量，而理论强度则是按完整晶体刚性滑移模

5、型计算的强度。按照此模型，晶体滑移时晶体各部分是作为刚体而相对滑动的，连接滑移面两边的原子的结合键将同时断裂。这种刚性滑移模型类似于一堆扑克牌滑开的情形。2021/7/2512常见的缺陷点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。2021/7/2513常见的缺陷点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。点缺陷有两种基本类型，即空位和间隙原子。前者是未被占据的（或空着的）原子位置，后者则是进入点阵间隙中的原子。除了外来杂质原子这样的间隙原子外，晶体中的空位和间隙原子的形成是和原子的热运动或机械运动有关的。众所周知，固体中的原子是围绕其平衡位置作热振动的。由于热

6、振动的无规性，原子在某一瞬时可能获得较大的动能或较大的振幅而就离平衡位置。如果此原子是表面上的原子，就会脱离固体而“蒸发”掉，接着次表面的原子就会迁移到表面的空位置，于是就在晶体内部形成一个空位。如果此原子是晶体内部的原子，它就会从平衡原子位置进入附近的点阵间隙中，于是就在晶体中同时形成一个空位和一个间隙原子。2021/7/2514肖脱基空位——只形成空位而不形成等量的间隙原子弗兰克尔缺陷——同时形成等量的空位和间隙原子2021/7/2515在实际晶体中，点缺陷的形式可能更复杂。例如，即使在金属晶体中，也可能存在两个、三个甚至多个相邻的空位，分别

7、称为双空位、三空位或空位团。但由多个空位组成的空位团从能量上讲是不稳定的，很容易沿某一方问“塌陷”成空位片（即在某一原子面内有一个无原子的小区域)。同样，间隙原子也未必都是单个原子，而是有可能m个原子均匀分布在n个原子位置的范围内（m＞n），形成所谓“挤塞子”（crowdion）。2021/7/2516线缺陷（位错）位错是晶体中的一维缺陷。就是说，缺陷区是细长的管状区域，管内的原子排列是混乱的，破坏了点阵的周期性。位错的概念是1934年提出的。当时只是一种设想，直到50年代以后才从实验中观察到位错。人们提出位错这种设想主要是由于有许多实验现象很难用

8、完整（理想）晶体的模型来解释。刃型位错L：位错线长度，V：体积，r：位错密度。一般退火晶体：r=106-108/cm2超薄