材料科学基础 第5章ppt课件.ppt

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1、第5章线、面和体缺陷5.1线缺陷、滑移和塑性变形5.1.1形变单晶体的切变强度1外力去除后永久残留的变形称为塑性变形。单晶体承受外力发生塑性变形时的几种现象：塑性变形是由切应力引发的；塑性变形是各向异性的；塑性变形发生在高密度面和密排方向上；需要的切应力要达到临界值才会发生塑性变形。室温下金属塑性变形的主要方式是滑移，此外还有孪生、扭折等方式。25.1.1.1滑移现象的显微观察晶体的塑性变形是通过沿一定的平面产生相对滑动的结果，这种现象称为滑移。3表面上的每一个台阶对应着一条滑移线，一簇相互平行的滑移线组成滑移带。

2、4用光学显微镜观察经7%形变的铝的表面图象用扫描电镜观察到形变钴单晶的表面形貌55.1.1.2滑移系滑移是沿着一定的晶面和该面上的一定晶向进行的，此晶面称为滑移面（slipplane），此晶向称为滑移方向（slipdirection）。滑移系（slipsystem）：一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系。每一个滑移系表示晶体进行滑移时，滑移动作可能采取的空间取向。6金属滑移的一般规律：金属晶体中的滑移面和滑移方向通常是原子排列最密的晶面和晶向。随着成分、温度等条件的改变，其它晶面也可能成为滑移面，但是滑移

3、方向是比较稳定的，总是最密排的晶向。每一种晶格类型的金属都具有特定的滑移系。75.1.1.3滑移的临界分切应力圆柱形试样的横截面积为A，轴向拉力为F，F与滑移面法线及滑移方向的夹角分别为和。F在滑移面上沿滑移方向的切向分力：F=Fcos滑移面面积A=A/cos8外力F在滑移面上沿滑移方向的分切应力=F/A=(Fcos)/(A/cos)=(F/A)coscos=m（）式中，：作用在面积A上的正应力，=F/A。m：取向因子（或施密特Schmid因子），m=coscos

4、。（）式说明，当F一定时，滑移系上的分切应力与该系的空间取向有关。取向因子m越大，则分切应力越大。9滑移系开始滑移时所需的最小分切应力称为临界分切应力（c）。当作用在某滑移系上的分切应力大于临界分切应力（c）时，该滑移系即开始滑移。滑移一开始，就可以认为宏观上晶体开始屈服（yield），此时相应的拉伸应力等于s（屈服强度yieldstrength），将其代入公式=m，即得：c=sm例题5-11011Schmid因子最大的条件在一定的条件下，cos的最大值对应于的最小值，即滑移方向

5、应与拉伸轴在滑移面上的投影重合，这时拉伸轴、滑移面法线、滑移方向在同一个平面内，即+=90，此时m=coscos=coscos(90-)=(1/2)sin2故当=45时，m具有最大值mmax=1/2。12当滑移方向位于外力方向与滑移面法线所组成的平面上，且=45时，取向因子达到最大值（0.5），s最小，即以最小的拉应力就能达到发生滑移所需的分切应力值。当=90或0时，s均为无穷大。也就是说，当滑移面与外力方向平行或者垂直的情况下，晶体都不可能沿该滑移面产生滑移。分析1314硬

6、取向当滑移系的（或）接近90时，需要较大的s值才能滑移，称为硬取向。软取向当滑移系的（或）接近45时，处于易滑移的位向，具有较小的s值，称为软取向。通常是软取向的滑移系首先滑移。15几何硬化与几何软化几何硬化如果晶体滑移面原来是处于其法线与外力轴夹角接近45º的位向，经滑移和转动后，可能会转到此夹角越来越远离45º的位向，从而使滑移变得越来越困难，产生几何硬化。几何软化经滑移和转动后，一些原来角度远离45º的晶面将转到接近45º，使滑移变得容易进行。165.2线缺陷—位错线缺陷指各种类型的位错（di

7、slocation），它是在晶体中有一列或若干列原子发生了有规律的错排后形成的线性点阵畸变区。175.2.1位错理论的产生位错概念最早是在研究晶体滑移过程时提出来。1926年弗兰克尔从理论上推算了金属的切变强度。建立的模型：在外力作用下所有原子同时偏离平衡位置，做整体切变运动。（要求滑移面上全部的键同时破断）18宏观描述微观描述19模型的局限性：实际测出的切变强度值比根据公式计算出的切变强度值小了2～4个数量级。20位错概念的提出：人们设想在晶体中存在某些缺陷，这些缺陷可以使形变过程在局部地方发生、扩展，而不需要两

8、个晶面作整体的相对刚性滑动。如果是这样，就有可能降低晶体滑移所需要的切应力。这一假设成功地解释了晶体理论切变强度与实际强度值之间不可思议的差值。1934年G.L.Taylor、M.Polanyi和E.Orowan三人几乎同时分别提出了位错（dislocation）的模型。21晶体塑性变形时产生的切变不是上下两排原子同时运动的结果，而是通过晶体中某些局部区域（