金属学--第4章金属及合金的形变

1、第四章：金属及合金的形变1 滑移：滑移是晶体的两部分之间沿着一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）而发生的一种相对切变，这种切变既不改变晶体的点阵类型，也不影响晶体的取向，只是在晶体表面出现了一系列台阶状的痕迹，即显微镜下所呈现的滑移带的实质。2 滑移机理：滑移是由位错的运动产生的，滑移时，刃型位错线运动的方向是和滑移方向相平行的，正、负型位错的运动方向正好相反，螺型位错线运动的方向是和滑移方向相垂直的，但左右螺型位错运动的方向相反。3 滑移系：晶体中一个可滑移的晶面和其上一个可滑移的晶向（即原子最密集的晶向）合称一个滑移系。4 滑移的临界分切应力：5 形变过程中晶体的再取向：6 双滑移

2、与多滑移：对于滑移系较多的晶体（如面心立方）来说，当一个处于最软取向的滑移系启动后引起的晶体转动会使其自身转向硬取向而停止滑移，但又会使某些原处于硬取向的潜在滑移系转向软取向而进行滑移，后者引起晶体向另一方向转动，又会启动一些新的滑移系或使已硬化的滑移系重新滑移，如此反复发生两个或多个滑移系参加滑移，称之为双滑移或多滑移。7 形变过程中位错的增殖：8 孪生：孪晶是以共格界面相联结、晶体学取向成镜面对称关系的这样一对晶体（或晶粒）的合称。晶体受力后，以产生孪晶的方式而进行的切变过程，成为孪生。9 滑移与孪生的区别：微观方面，滑移时晶体两部分相对于滑移面的切变量是原子间距的整数倍，而孪生时的切变量

3、则是原子间距的一个份数值；已有数据表明，孪生的临界分切应力往往比滑移大许多倍，可见要使晶体不发生滑移而进行孪生是很困难的。对于面心立方晶体来说，滑移面和孪生面大多是同一晶面，滑移方向和孪生方向之间的角度又不大，要使外力在滑移方向上的分切应力不超过滑移临界分切应力，而同时要求在孪生方向上要达到孪生的分切应力，这相当困难，因此面心立方金属除非在特殊条件下一般很少进行孪生。10 孪生与滑移对比：11 晶粒大小对形变的影响：晶粒越细，屈服强度越高，且其范性和韧性也高。12 晶界在形变中的作用晶界的切变对形变直接贡献的大小 相邻两晶粒可沿其晶界进行相对切变，这种切变易于发生在分切应力最大的方向上，但并不

4、是沿着严格的单一平面，而是包括着晶界以及晶内具有一定宽度的区域。切变在时间和空间上是不连续的，即一个晶界上的不同点的切变量是不同的，而一个给定点的切变量则随着时间的变化而变化，而对于不同晶界来说，也是这样：此时屈服，彼时稳定，这段屈服，那段稳定。晶界切变与温度和形变速度的关系很大，特别是温度，随着温度的升高，晶界切变的程度和速率增加很快，在常温下的一般加工工程中，晶界的切变很小甚至可忽略。晶界的协调作用在形变过程中所起的重要作用 在形变过程中，晶界处于两个取向不同、因而形变程度也不同的晶粒之间的中间区域，要维持形变的连续性，晶界势必起折中作用，即晶界一方面要抑制那些易于形变的晶粒进行形变，另一

5、方面又要促进那些不利于形变的晶粒进行形变。在晶界附近，晶界的形变量一般总是处于相应的两晶粒之间，即比形变量大的晶粒小，而比形变量小的晶粒形变大，这就是晶界对形变所起的作用的二重性，但必须指出，晶界对形变的阻碍作用是始终占主导地位的。13 晶体的转动：多晶体形变复杂，其转动的复杂，不仅各晶粒之间会随空间和时间的不同而出现不连续、不均匀的转动，甚至一个晶粒的不同部位也会如此。其结果是不但晶粒之间的相对取向会发生变化，而且一个晶粒内部不同区域之间也可能发生取向的变化。前者是产生形变织构的根本原因，后者则是形成亚晶的主要原因之一。14 形变织构：多晶体在单向受力条件下进行形变时，尽管各晶粒的取向有差异

6、、滑移有先后、形变有大小，但是各作用滑移系都有一个转向与力轴方向平行（或垂直）的总趋势，确切说，每一个晶粒都力求变到与力轴成一定关系的某一稳定取向。因此，当形变程度相当大时，多晶体会出现择优取向，即大部分（或相当多的一部分）晶粒之间至少有一个晶向相互平行或接近平行起来，这就叫形变织构。15 复相合金形变的特点：在复相合金中，一个晶粒周围可以出现成分结构都不相同的另一种晶粒，它们间的界面为相界面。在复相合金中，由于异相间的结构和成分的不同而出现的形变不均匀性比一般多晶体形变更突出，也就是说，在复相合金形变时，不同种的晶粒之间以及每一个晶粒内的中间部分和边缘之间的形变差异更大，这样形变产生的内应力

7、也大，开裂机会多，范性下降。当第二相为脆性相时，合金的范性除受相的相对量影响外，很大程度上取决于第二相的分布状况，当第二相以粒状均匀分布时，影响较小，当第二相以连续的膜状沿晶界分布而使主相晶粒完全被孤立时，影响最大，介于二者之间的是第二相断续的沿晶界分布或以片状的形式在晶内分布。相对来说，晶粒越细或第二相的分散度越大，则材料的强度越高，范性和韧性也有一定程度的改善。16 上、下屈服点：某些含有溶质组元的单晶体或多晶体，在一定条件下进行形变时，应力应变曲线上会出现明显的上、下两个屈服点，它表明滑移启动的抗力较大（上屈服点），而滑移进行的抗力则较小（下屈服点）。因此，一旦滑移开动起来，它就可以在较

8、低应力下进行，知道发生明显的加工强化后，应力才会进一步增加。17 上、下屈服点产生的原因：上、下屈服点的出现是由于位错与溶质原子交互作用而形成的柯氏气团所引起。要是位错与柯氏气团分离开，必须多作功，它是位错运动的额外阻力。所以当出现柯氏气团时，必须施加比正常位错运动为高的应力，才能开动位错，这就是上屈服点的由来。位错移动一定距离后，会摆脱气团的阻力而在正常的应力下运动，这是下屈服点的由来。18 吕德斯带：上、下屈服点对金属材料的冲压、拉拔工艺很重要，它常会使工件因形变不均匀而报废。这是因为在这种材料中，形变一旦在某一局部区域开始发生，这里就立即软化，形变就因而在这里集中并可以进行到一定的程度，这样就会使这个形变区和未形变区的交界处由于产生较大的应力集中也跟着而屈服，形变也因此逐步的由此循序扩展到相邻的地区中，但在较远的区域仍可以不发生形变。一般来说，形变总是首先开始于试样或工件的应力集中区域，而形成狭窄的条带状的形变区，称之为吕德斯带，而后再逐步向外扩展到其它区域。19 如何预防吕德斯带的产生：吕德斯带的出现会使工