金属物理讲稿十-1

第十第十 讲讲 10 3 单晶体的应力 应变曲线 在切应力作用下 单晶体塑性变形过程 即随应变增加所需切应力增大的应 变硬化 加工硬化 特性 可通过应力 应变曲线体现 曲线的斜率称 d d 为硬化系数 据 的变化 单晶体塑性变形可分为三个阶段 第 阶段 当切应力达到晶体的临界分切应力时 滑移首先从一个滑移系中 开始 由于位错运动所受阻碍很小 因而硬化效应很小 高纯度晶体 I约为 10 4G 该阶段称为易滑移阶段 第 II 阶段 滑移可以在几组相交的滑移面中发生 由于运动位错之间的交 互作用及其所形成不利于滑移的结构状态 有可能在相交滑移面上形成割阶与 缠结 致使位错运动变得非常困难 因而其硬化系数 II急剧增大 约为 3 10 2G 该阶段称为线性硬化阶段 第 III 阶段 在应力进一步增高的条件下 已产生的滑移阻碍将逐渐被克服 并通过交滑移的方式继续进行变形 硬化系数 III随应变的增大而不断下降 由 于该段曲线呈抛物线变化 故称为抛物线型硬化阶段 I II III 切应变 切 应 力 以上为典型化曲线 实际各种晶体由于其结构类型 取向 杂质含量以及实 验温度等因素的影响 曲线有所改变 如低层错能的 Cu 显示典型应力 应变 曲线特征 而高层错能 Al 由于其扩展位错很窄 容易通过束集发生交滑移 故第 III 阶段开始较早 第 II 阶段极短甚至被掩盖 密排六方结构的 Mg 由于 只沿一组相平行的滑移面做单系滑移 位错的交截作用很弱 故 I很小且第 I 阶段曲线很长以至几乎没有第 II 阶段 另外 晶体中的杂质可使应力 应变曲线的硬化系数 I II有所增大 曲线 第 I 阶段将随杂质含量的增加而缩短 第十一单元第十一单元 金属多晶体的塑性变形金属多晶体的塑性变形 11 1 多晶体的塑性变形 一 晶粒取向的影响 即使单向均匀拉伸 由于晶体各向异性以及各晶粒的取向不同 不同晶粒各 滑移系上的分切应力也差别很大 所以 处于软取向晶粒将先达到临界分切应 力而首先开始滑移 但受相邻晶粒不利取向的限制 该滑移不可能直接延续到 其他晶粒 因此 当滑移通过位错运动而塞积在晶界处时 必将引起应力集中 于是 导致相邻晶粒某些滑移系中的位错源启动 产生滑移 因此 各个晶粒 变形必须相互协调 为使多晶粒之间变形相互协调与配合 每个晶粒不只在取向最有利的单滑移 系上进行滑移 而由六个应变分量来确定 xx yy zz xy yz zx 其中前 三个为正应变 后三个为切应变 设塑性变形时晶体体积不变 xx yy zz 0 则晶体的变形可以有五个独立的应变分量 并分别处于五个滑移系中 可见 多晶体的塑性变形是通过各晶粒的多系滑移来保证相互间的协调性的 所以 FCC 和 BCC 由于滑移系多 可通过多系滑移显示出良好的均匀塑性变形能力 而 HCP 由于滑移系少 协调性差 塑性变形能力较低 二 晶粒间界的影响 通常 当变形温度低于金属熔点 0 5Tm K 或变形速率较大时 晶界具有阻 滞变形的强化作用 如高于 0 5Tm 或变形速率较小时 则晶界移动显示出软化 效应 1 常温下的晶界强化 多晶体塑性变形 其滑移线与孪晶带几乎都终止于晶界处 TEM 显示位错 在晶界处有塞积群 多晶体的起始变形能力取决于一个晶粒滑移后 在晶界受阻和位错塞积群所 产生的集中应力场能否激发相邻晶粒的位错源启动而配合滑移 常温下与晶界作用有关的金属宏观屈服强度 主要是为克服起始塑变抗力而 使一定数量晶粒中的位错源启动滑移所需的应力 但是 对于最大均匀塑变抗 力 如抗拉强度 则主要由变形晶粒中的位错交互作用所决定 晶界对多晶体起始塑变抗力的影响可通过晶粒大小直接体现 Hall Petch 关 系 0表示晶内对变形的阻力 点阵摩擦阻力 相当于单晶 2 1 0 Kd s 体的屈服强大 K 表示晶界对变形的影响 与晶界结构有关 Hall Petch 公式也可表示亚晶尺寸或两相片状组织的层片间距等 不同金属 的流变应力 脆断强度 疲劳强度以及硬度等性能同晶粒大小的关系均可用此 式描述 此外 当晶粒细小均匀时 不仅其常温强度较高 而且通常具有较好