第三节多晶体金属的塑性变形

1、第三节第三节 多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形本质上，本质上，与单晶体无区别与单晶体无区别。实际上，存在实际上，存在晶界晶界及晶粒之间的及晶粒之间的位向差位向差，变形变形过程复杂过程复杂，变形抗力高的多变形抗力高的多。一、晶粒取向的影响一、晶粒取向的影响多晶体相邻晶粒位向不同，导致多晶体相邻晶粒位向不同，导致多晶体金多晶体金属塑性变形有以下两个特点：属塑性变形有以下两个特点：各晶粒变形的各晶粒变形的不同时性不同时性；各晶粒变形的各晶粒变形的相互协调性相互协调性。各晶粒变形的不同时性各晶粒变形的不同时性软取向的晶粒软取向的晶粒，首先开始首先开始滑移滑移；周围晶粒周围晶粒位向不同位向不同，

2、滑移，滑移系取向不同，系取向不同，运动的位错运动的位错不不能越过晶界，在晶界处产生能越过晶界，在晶界处产生位错塞积位错塞积。位错塞积位错塞积造成很高的造成很高的应力集中应力集中，使使相邻晶粒相邻晶粒中某些中某些滑移系滑移系开动开动，使应力集中松弛，使应力集中松弛，变形从一个晶粒传向另一个晶粒。变形从一个晶粒传向另一个晶粒。随着变形，各晶粒发生随着变形，各晶粒发生转动和旋转转动和旋转，原，原软软取向取向硬硬取向，取向，而而停止停止滑移，同时原滑移，同时原硬硬取向取向软软取向，而取向，而发生发生滑移。滑移。随外力的持续，多晶体金属中的晶粒随外力的持续，多晶体金属中的晶粒分批地分批地、逐步地逐步地发

3、生发生塑性变形。塑性变形。各晶粒变形的相互协调性各晶粒变形的相互协调性多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包围之多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包围之中。中。要要保持晶粒之间的结合保持晶粒之间的结合和和整个晶体的连续性整个晶体的连续性，其其变形变形必须与周围的晶粒必须与周围的晶粒相互协调相互协调，就使，就使多晶体多晶体的塑性变形较单晶体的塑性变形较单晶体困难困难，其屈服应力也高于单其屈服应力也高于单晶体。晶体。独立滑移系独立滑移系多晶体塑性变形多晶体塑性变形时，要求晶粒至少能在时，要求晶粒至少能在5 5个独个独立的滑移系立的滑移系上进行滑移，才能使各上进行滑移，才能使各晶粒间的变形晶粒间的变形得到

4、很好的协调得到很好的协调。独立滑移系独立滑移系：指：指它所产生的它所产生的晶体形状改变是晶体形状改变是不不能借别的滑移系组合作用能借别的滑移系组合作用而同样得到。而同样得到。任何变形都可用任何变形都可用6 6个个应变分量应变分量来表示。由于塑来表示。由于塑性变形时体积不变，只性变形时体积不变，只有有5 5个独立的应变分量个独立的应变分量。独立的应变分量由一个独立的滑移系来产生独立的应变分量由一个独立的滑移系来产生，需要需要5 5个独立滑移系产生个独立滑移系产生5 5个独立应变分量个独立应变分量，以保，以保证晶粒间变形的协调和晶体的连续。证晶粒间变形的协调和晶体的连续。面心立方面心立方和和体心立

5、方体心立方金属滑移系多，能满足，有金属滑移系多，能满足，有较好的较好的塑性塑性。而而密排六方密排六方金属滑移系少，晶粒间的应变协调性差。金属滑移系少，晶粒间的应变协调性差。密排六方密排六方单晶体单晶体处于处于软取向软取向时，应变可达时，应变可达100% 200%100% 200%，但但多晶体多晶体塑性都很差塑性都很差，强度则较高。，强度则较高。二、晶界（晶粒大小）的影响二、晶界（晶粒大小）的影响双晶粒试样变形后，晶界处呈竹节状。双晶粒试样变形后，晶界处呈竹节状。晶界附近滑移受阻，变形量较小。晶界附近滑移受阻，变形量较小。晶界阻碍位错的通过，即晶界阻碍位错的通过，即晶界对塑性变形起阻碍作用晶界对

6、塑性变形起阻碍作用。 多晶体的强度随晶粒细化而提高。多晶体的强度随晶粒细化而提高。细晶强化：细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。用细化晶粒来提高材料强度的方法。细晶强化本质细晶强化本质：晶界提高了位错运动的阻力晶界提高了位错运动的阻力，晶界越多，晶界越多，即晶粒越细，材料的强度越高即晶粒越细，材料的强度越高。屈服强度与晶粒直径的关系屈服强度与晶粒直径的关系屈服强度与晶粒直径间符屈服强度与晶粒直径间符合霍尔合霍尔- -配奇配奇( (Hall-Hall-PetchPetch) )公式，即：公式，即：s s=0 0+kd+kd-1/2-1/20 0- -常数，大体相当常数，大体相当单晶单晶的的

7、s s ；k k- -晶界对强度影响的常数，晶界对强度影响的常数，与晶界结构有关与晶界结构有关；d d- -多晶体的多晶体的平均晶粒直径平均晶粒直径。材料的屈服强度与亚晶尺材料的屈服强度与亚晶尺寸也符合这一公式。寸也符合这一公式。低碳钢的屈服强度与晶粒大小的关系低碳钢的屈服强度与晶粒大小的关系21d细晶强化也提高塑性和韧性细晶强化也提高塑性和韧性提高塑性的原因：提高塑性的原因：晶粒晶粒越细越细，晶粒，晶粒数目越多数目越多，在同样变形量下，在同样变形量下，变形较均匀变形较均匀，且，且每个晶粒每个晶粒中中塞积的位错少塞积的位错少，因，因应应力集中引起力集中引起开裂开裂的机会少的机会少，推迟了推迟了

8、裂纹的形成和裂纹的形成和发展发展，使金属在，使金属在断裂之前断裂之前可得到可得到较大的塑性变形较大的塑性变形量量，提高了金属的塑性。，提高了金属的塑性。提高韧性的原因：提高韧性的原因：细晶粒金属中，应力集中小，晶界曲折多，细晶粒金属中，应力集中小，晶界曲折多，裂裂纹不易萌生，也不易传播纹不易萌生，也不易传播，在断裂过程中在断裂过程中吸收能吸收能量量更多更多，韧性较高。，韧性较高。细化晶粒是既提高强度，又提高塑、韧细化晶粒是既提高强度，又提高塑、韧性的唯一方法。性的唯一方法。多晶体的晶粒越细，强度越高，塑性、多晶体的晶粒越细，强度越高，塑性、韧性也越好。韧性也越好。细化晶粒是实际生产中获得良好强