多晶体的塑性变形.doc

第三节多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形也是以滑移和孪生为其塑性变形的基本方式多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的原因：许多形状大小取向各不相同的单晶体晶粒组成多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的特点：1. 多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响2. 任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状态，需要周围晶粒配合，才能保证a) 晶粒之间的结合b) 整个物体的连续性多晶体的塑性变形要比单晶体的塑性变形复杂的多多晶体的塑性变形过程多晶体各晶粒变形的不同时性1. 原因：晶粒位向不同滑移系取向不同滑移系的分切应力值不同2. 具体：位向最有利的晶粒，取向因子最大的滑移系最先发生塑性变形，此时位向不利的晶粒仍然处于弹性变形状态此时虽然金属的塑性变形已经开始但并没有造成明显的宏观塑性变形效果晶界处形成位错平面塞积群：1. 位向有利的晶粒发生塑性变形，滑移面上的位错源开动，位错环沿滑移面运动2. 位错环不能越过晶界发展到相邻晶粒中去：因为晶粒位向不同滑移系不同3. 因此位错在晶界处受阻形成位错平面塞积群相邻晶粒开始塑性变形1. 位错塞积群在附近区域造成很大的应力集中2. 外加载荷增加应力集中增加3. 两者相互叠加后在相邻晶粒某些滑移面上的分切应力达到临界分切应力，于是位错源开动开始塑性变形相邻晶粒塑性变形特点：1. 相邻晶粒的变形a) 不能是孤立的和任意的b) 必须与周围晶粒协调配合c) 否则难以变形d) 否则不能保持晶粒之间的连续性造成孔隙而使材料破裂2. 相邻晶粒不只是在位向最有利的滑移系中进行滑移，在取向并非有利的滑移系中也要进行滑移3. 也就是说为了协调已塑性变形晶粒的形状，相邻晶粒必须进行多滑移4. 根据理论计算，每个晶粒至少需要5个独立的滑移系开动在外加应力和应力集中的作用下越来越多的晶粒参与塑性变形：宏观塑性变形效果：1. 少数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果不明显：2. 多数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果明显：塑性变形晶粒位错平面塞积群应力集中晶粒发生塑性变形多晶体塑性变形的特点：1. 各晶粒变形的不同时性：2. 各晶粒变形的相互协调性：a) 面心立方金属塑性好b) 密排六方金属塑性差冷加工困难3. 各晶粒塑性变形量不均匀：a) 由于晶界的影响和晶粒位向不同的影响，各个晶粒变形不均匀，有的变形量大有的变形量小；即使是同一个晶粒变形也不均匀，晶粒中心区域变形量较大，晶界及其附近区域变形量小b) 双晶粒试样拉伸变形后的形状如图6.21，晶界处呈竹节状，说明晶界处滑移受阻变形量小，而晶粒内部变形量较大晶粒大小对塑性变形的影响多晶体塑性变形提高金属材料强度的位错角度原因：1. 晶界存在，变形晶粒中位错的运动受到晶界的阻碍，每一晶粒的滑移带也终止在晶界附近提高材料强度2. 晶粒间存在位向差，为了协调变形每个晶粒必须进行多滑移，势必发生位错交割提高材料强度图6.22铜的多晶体的强度显著高于单晶体的强度图6.23低碳钢的屈服强度与晶粒直径和亚晶粒尺寸的关系曲线：1. 屈服强度与晶粒直径平方根的倒数呈线性关系2. 其他材料的试验结果也证实了这种关系3. 根据试验结果和理论分析可得到常温下材料屈服强度和晶粒直径的关系式4. 材料的屈服强度与亚晶粒尺寸的关系也满足如图6.24所示1. 为常数，反映晶内对变形的阻力，大体相当于单晶体材料的屈服强度2. 为常数，表征晶界对强度影响的程度，与晶界结构有关3. 为多晶体平均直径晶粒大小对强化效果的影响：晶粒越细小晶界越多，强化效果越显著晶粒越细屈服强度越高的原因：1. 多晶体的屈服强度和滑移的转移有关2. 滑移能否转移取决于位错塞积群所产生的应力集中3. 应力集中取决于塞积的位错数目：数目越大，应力集中越大4. 当外加应力和其他条件一定时，晶界到位错源的距离越大，位错塞积群的数目越大，也就是a) 晶粒越大距离越大，位错塞积群的数目越大，应力集中越大，滑移的转移机会越大，屈服强度越小b) 晶粒越小，应力集中越小，需要较大的外力才能使相邻晶粒发生塑性变形细化晶粒不但提高材料强度同时改善材料塑性和韧性，这是其他强化方法不能比的细化晶粒改善塑性和韧性的机理：1. 晶粒越小，晶粒内部的应变与晶界附近的应变相差越小，变形越均匀，因应力集