《材料成型金属学》教学资料：2 材料的塑形变形.ppt

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1、滑移(Slip)：最主要的变形方式孪生(Twinning)：低温、高速，对称性较低的密排六方金属不对称变形(AsymmetricalDeformation)：变形协调机制非晶机制(AmorphousMechanism)：高温晶界滑移(GrainBoundarySliding)：高温2.材料的塑性变形2.1滑移在一般情况下，滑移面和滑移方向是晶体的密排和较密排面及密排方向。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三种典型金属晶格的滑移要素Schmid定律外力在滑移方向的分切应力coscosλ称取向因子或Schmid因子。

2、SA0A滑移面上沿滑移方向的分切应力:τ=Scosλ=σcosφcosλφ---滑移面法线与横截面法线间夹角；λ--轴向拉力与滑移方向间夹角.滑移方向SSchmidt定律：只有当作用在滑移面上沿滑移方向的分切应力达到某一临界值时，晶体才开始滑移。τc=σscosφcosλ对于某一滑移系，取向因子越大，分切应力也越大。当λ=φ=45°时，即滑移面和滑移方向与作用力均为45°时，在该滑移面滑移方向上分切应力最大。τmax=σ/2当τmax达到τc时，晶体发生滑移。此时σs值最小,且σs=2τc。等于、趋近此方位称为有利方位或软取向；远离此方向称为不利方向或硬取向；处于软取向的滑移系首

3、先发生滑移。1)金属的种类：原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑，τc↑。2)化学成分：溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻。3)变形温度：温度↑，τc↓4)变形速度：速度↑，τc↑影响临界切应力的因素2.2孪生孪生(Twinning):形成孪晶的过程：晶体在切应力的作用下,一部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分发生的均匀切变。例：面心立方晶体的孪生变形（a）孪晶面和孪生方向（b）孪生变形时原子的移动孪生和滑移比较滑移孪生相同点在切应力下进行；沿特定晶面、晶向进行；不改变晶体结构。不同点切变均匀性不均匀（仅滑移面上）均匀（整个变形区）面两边晶体位向不变，抛光浸蚀后不重现改变，

4、成镜像对称，抛光浸蚀后仍可重现使晶体表面产生浮凸）切变量滑移方向上原子间距的整数倍，较大小于孪生方向上的原子间距，较小位错机制全位错运动的结果半位错运动的结果密排面的堆垛顺序不变改变临界切应力小大变形速度慢快从位错机制角度比较滑移和孪生的区别，并评价二者在塑性变形中的作用。（1）图（A）为未变形区的堆垛层错顺序，图（B）为发生孪生后的堆垛层错顺序。可以判断出哪层原子为孪晶界？（a）A层（b）B层（c）C层2.3不对称转变扭折带（Kinkband）■扭折：是滑移受到约束或阻碍时,为适应外力作用而产生的一种不均匀变形方式。■扭折带：相对于母晶取向发生不对称变化的晶体区域。■扭折带晶体

5、位向的突然改变是滑移受阻引起的位错堆积；从未变形区到扭折带的过渡是由一系列同号刃型位错排列的结果。扭折带的作用1)协调变形：适应变形条件的约束,能引起应力松弛，使晶体不致断裂。2)促进变形：改变取向,有可能处于软取向,促进滑移,进一步激发变形。伴随孪晶的形成而产生的协调扭折带（a)孪生的作用使试样端部趋于产生相对位移；（b)协调扭折带的形成容许试样适应试验条件的约束形变带(DeformationBand)点阵相对原来点阵发生转动而形成。取向转动不同于扭折带,不是突变,而是渐变。形貌不同于滑移带,形状不规则；边界弯曲,并沿主变形方向延伸。由于晶界的阻碍易在一个晶内引起取向的不同,因

6、此多晶材料形成形变带的倾向大。粘性液体和非晶体的流动。对于多晶体金属，在一定的变形温度和速度条件下，也可发生。原子在应力场和热激活的作用下，发生定向迁移，引发塑性变形。间隙原子、置换原子和空位的运动。非晶机制2.4高温变形机理高温条件下多晶体金属相邻晶粒在切应力的作用下沿着晶粒间界的相对移动（以晶界为界，两侧晶粒发生滑动）。晶粒尺寸越小，单位体积内的晶界面积越大，晶界滑动的作用越大，即对总变形量的贡献越大。材料为整体，需要有协调机制（扩散蠕变或位错滑移）。晶界滑动(GBS)在一定的驱动力下，晶界可以迁移。微观机制：涉及晶界邻域的原子过程。受晶界结构、外界条件（温度和作用于晶界的力

7、）及点缺陷（溶质和空位）等因素的影响。小角晶界：位错的滑移和攀移；大角晶界：原子从一侧热激活跳动到另一侧。驱动力：晶界两侧的化学势差。晶界迁移温度很高（空位运动活跃）、应力很低（位错很少）时，蠕变速度与应力成正比，与位错关系不大，此时的形变主要是由应力作用下物质的定向流动造成的。材料内部的空位浓度差是产生蠕变的主要原因。带来的问题：设备或构件的失效扩散蠕变发生扩散蠕变的条件？晶粒越细，越促进高温蠕变？