第8章 塑性变形.ppt

2020/6/10，第8章塑性变形，1单晶金属的塑性变形2多晶的塑性变形3合金的塑性变形4金属的塑性变形后，组织和特性5聚合物的变形6陶瓷材料的变形，2020/6/10，金属材料生产的基本过程，2020/6/10，晶体的变形弹性变形(结构敏感因素)2。塑性变形(受外力、温度影响的结构敏感性因素)。如果附加应力超出屈服限制，则应力和变形不再是线性关系。卸载后留下特定的残留变形或永久变形，塑料变形或标准变形3。断裂，2020/6/10，弹性变形特性，定义：外力移除后变形可能消失1。正应力、剪切应力都可以产生弹性变形2。弹性变形具有可逆性3。应力和变形是直线关系，遵循霍克定律。=E，剪切变形时=G4。变形少，塑性变形不到1% 5。不能引起组织变异，2020/6/10，工程设计标准-刚度是晶体结构和原子之间的相互作用，弹性系数，2020/6/10，原子之间的相互作用f，f=A/r2(进气)b/RR仅偏离平衡位置，外力返回平衡位置，宏观上表现为弹性变形的弹性变形的物理性质导致由外力引起的原子间距的可逆变化，弹性系数与金属原子间结合力大小的正弹性变形系数e，剪切弹性系数g，波松比(水平，垂直变形的比率，普通金属为0.25-0.35)相关： 晶体的弹性变形以弹性系数e和g表示晶体的塑性变形，单向拉伸时延伸率(断裂前最大相对伸长)和截面收缩率(断裂前最大相对断裂面积减小)，晶体的机械特性具有弹性、塑料和强度三个特性的复合晶体的弹性和材料的微观结构(结构)不大，与材料的组成、热处理的关系不大，对结构不敏感。 并且晶体的塑性和强度(主要是屈服强度)对组织(结构)非常敏感，对结构敏感的性能，晶体的性能，2020/6/10，宏观上看，有很多固体的塑性变形方式，如伸长和缩短，弯曲，扭转，各种复杂的变形，但从微观上看。也就是说，滑动和双滑动都是剪切变形，在剪切应力下，晶体的一部分沿特定晶面和晶面相对于其他部分进行转换，本章重点介绍了单晶的塑性变形方法和规律，并简要介绍了多晶和多相合金的塑性变形特性、塑性变形方法、2020/6/10，由于许多位错的移动，晶体的一部分如何沿其他面和晶面向相反方向移动。即，晶体塑性变形的滑动机理，1单晶金属的塑性变形，铝单晶抛光后拉伸，表面出现的滑动带，2020/6/10，滑动带结构，2020/6/10，滑动变形不均匀，经常集中在某些晶面上，而每个滑动带之间的晶体不产生滑动滑动面确定的滑动通常沿滑动面的特定确定方向(称为滑动面滑动方向滑动)进行，滑动面滑动方向滑动，其方向为滑动方向、2020/6/10、蛇形力最小值、滑动面和滑动方向通常为最密集行和最密集行方向。 这是因为光纤最小，b:泊松矢量g:剪切系数:泊松比a:滑动曲面的面间距、2020/6/10、滑动面和此面的滑动方向之一对于滑动而言，特定确定面和确定方向分别称为滑动面和滑动方向。滑动表面，使用hkluvw表示晶体滑动系统的滑动表面，hkl uvw取决于晶体结构，但温度、合金元素、滑动系统，2020/6/10，滑动系统特性，1。明确的结晶学特性稠密行方向2。滑动表面受温度、成分(例如合金元素)的影响，可以更改。滑动方向不变。2020/6/10、常温、常压下各种晶体的滑动系统和临界分割应力、2020/6/10、fcc滑动系统、滑动方向、滑动面通常在111面心立方体中有4个不同的111晶面，每个例如，铝在高温下的001110滑动系统、2020/6/10、fcc滑动系统、2020/6/10、hcp滑动系统、密集六角形晶体的滑动方向是固定的，滑动面(0001)其稠密行曲面为(0001)，滑动系统为(0001)110，由于晶体只有一个滑动面，因此此面具有三个晶体方向，因此总共有三个等效滑动系统；对于c/a较小的决定(例如Mg、Ti、Zr等)，除了(0001)面外，滑动面还有100和101。由于这些面的原子密度几乎相似，因此2020/6/10，a .滑动面为(0001)时，只有一个晶体滑动面，并且该面具有三个晶体方向，因此滑动系统数为13=3 b。如果滑动面为1，0，-1，0，则晶体的滑动面全部为3个，每个滑动面的确定方向为1个，因此滑动系统数为31=3个c。如果滑动面为1，0，-1，1，则滑动面全部为6个，每个滑动面1个，因此滑动系统数为61=6个，hcpC/a 1.633 (ti、Zr、Be等)除了底面外，10-10，10-11也是滑动面，并且可能超出底面；c/a1.633底面(例如Mg)是主滑动面，10-10，10-11面滑动，2020/6/10，bcc滑动系统，(1-10)， 10-10 Schmid的规律是滑动是晶体沿滑动面和滑动方向剪切的过程，因此决定是否可以开始滑动的应力是沿滑动面作用的剪切应力，或分割应力schmid是相同种类材料但方向不同的单晶试杆进行拉伸试验的结果，不同试杆的方向因子不同，但开始滑动的分割应力相同。 如果拉伸f和滑动面法线n的角度为，f和滑动方向b的角度为，则滑动面的区域为q=a/cos，作用于滑动面的正应力为sn=f/q=(fcos )/a，滑动方向上外力的分应力为2020/6/10，2020/6/10分割应力=sn cos=(fcoscos)/af/a是抗拉应力，=coscos作用于称为方向系数或施密特系数(Schmid)的滑动方向，显然方向系数越大，分割应力越大，2020/给定滑动系统中开始滑动所需的分割应力称为临界分割应力c。也就是说，启动晶体滑动所需的分割应力，=cc c称为临界分割应力，根据材料常数，这可以称为施密特(Schmid)定律。这表示作用于滑动表面的分割应力达到临界 c时，决定滑动开始，2020/6/10，给定值之一的取向系数的最大值为=90-时：cos cos=cos cos (90-)=(1/也就是说，最大分割应力是外力轴与45度正方向以及外力轴与45度之间的滑动方向上的最大分割应力，最大分割应力。2020/6/10，单晶屈服强度根据方向系数更改为=45时，cosco scos=1/2，方向系数达到最大值，导致拉伸变形的屈服应力最小。=90或0时S=，晶体不能沿其滑动面产生滑动，单晶的屈服强度和方向系数，拉伸时金属单晶的外力作用下的滑动系统可以大致认为等于晶体的屈服开始。此时，临界分应力对应的应力被认为是屈服强度S、2020/6/10、Schmid实验结果，实验点近似双曲sigma=常数。根据Schmid定律，单晶没有确定的屈服极限s。晶体开始塑性变形时，c是常数。但是，拉伸应力s不取决于单晶的位置方向、2020/6/10、临界分割应力公式，在多个滑动时临界分割应力基本不形成的元件、温度、表面条件(氧化膜导致难以变形的临界分割应力增加)、周围介质(活动介质屈服强度减小)和变形速度等的影响，尤其是随着合金元素的增加合金元素对临界分应力的影响，Cu-Ag合金，Cu-Ni合金，2020/6/10，温度对临界分应力的影响，温度对临界分应力的影响，温度对临界分应力的示意图，2020/6/10，sch 需要注意的是，面心立方体的c比体心立方体的c大10倍，2020/6/10，室温下某些常见金属晶体的临界分割应力，2020/6/10，4。 拉伸和压缩时晶体的旋转，单晶拉伸变形过程，2020/6/10，拉伸力的分应力，作用于中间层金属上方和下方的拉伸作用力，可分为两种分应力。a等腰应力(12)垂直于滑动面，形成力对，使晶体滑动面沿外力轴向旋转。b分割应力，2020/6/10，拉伸时晶体的旋转，2020/6/10，分割应力，外力分解为滑动面的最大分割应力与滑动方向不匹配时，平行于滑动方向的两个分割力中的第一个分力是产生滑动的有效分割应力，后一个分力构成作用于粒子块的上下滑动面的一对力对。最大剪切应力方向；尝试将滑动方向转换为拉伸时，在滑动发生期间，晶体的位置不断变化，不仅滑动面旋转，滑动方向也是位置方向；2020/6/10；晶体压缩时旋转；压缩时晶体的滑动面垂直于压力方向的位置；2020/6/10；晶体旋转；多晶时晶体；晶体这是组织形成的原因之一。2020/6/10，硬方向：晶体中的某些滑动系统远离外力方向45，滑动需要更大的s值。硬方向称为软取向。晶体中的一些滑动系统在接近外力方向和45度、易于滑动的位置具有小s值，称为“软取向”。通常软取向的滑动系统首先滑动，硬取向和软取向，2020/6/10，形状硬化：晶体滑动面最初位于其法线与外力轴接近45的位置，通过滑动和旋转，每个角度都离45越来越远，使滑动变得越来越困难的形状软化：滑动和旋转后，从原始角度接近45的晶面拉伸时，钳制样品两端等晶体随着滑动一起旋转，因此在拉伸时，样品的轴心必须始终沿着两个卡盘连接保持成对。2020/6/10，拉伸时样品旋转，拉伸时样品滑动，晶体不仅旋转滑动面，还改变滑动方向，单晶由于滑动时晶体内部结构的变化，主要是电位的密度、分布和特性等的变化，保持滑动所需的剪切应力随着剪切变量的变化而不断增加。这种现象称为物理硬化。合金硬化与其他金属、温度、合金元素等有关，在单晶的固化过程中，样品的表面形态不同，对硬化的知识在本书中单独详细讨论了整个硬化过程的特性，可以用电位理论解释，如果在单个和多个滑动、晶体中存在几个等效滑动系统，则相应的c必须相同，在负载时先发生滑动的滑动系统是该滑动系统的 (= )最大，滑动系统在变形时根据晶体旋转结果处于最有利的位置，两个或多个滑动面集同时切换到有利的位置，因此滑动系统处于最有利的位置。如果两个或多个滑动系统具有相同的方向系数值，则在滑动时两个或多个滑动系统将同时运行，因此滑动可以同时或交替发生在两组以上的滑动面上；2020/6/10；多个系统滑动和滑动；单个滑动：只有一个特定滑动系统处于最有利的位置，优先启动时滑动称为单个滑动，变形时的决策旋转结果；具有两个或更多滑动系统的此滑动分别为双滑动此滑动具有两个或多个滑动系统，其外部力对两个滑动系统的方向因素相同，如果发生双滑动或多个滑动，则晶体表面会出现交叉形状的滑动痕迹。也就是说，可以发生交叉形状的滑动带，2020/6/10，交叉滑动是两个或多个滑动面一起沿着一个滑动方向的滑动。交叉滑动的本质是螺钉位从一个滑动面滑动到相交面，而不更改滑动方向的过程；相交滑动；202