北科大金属材料及热处理课件02金属的塑性变形与再结晶-1金属的塑性变形

第二章金属的塑性变形与再结晶纳米铜的室温超塑性1第一节金属的塑性变形弹性变形－塑性变形－断裂SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E一、金属的变形和断裂2二、金属单晶体的塑性变形塑性变形的主要方式：滑移、孪生。31.滑移在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。

4光镜下：滑移带。滑移现象电镜下：滑移线。5滑移系

滑移面（密排面）（1）几何要素滑移方向（密排方向）（2）滑移系滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向的个数）

6滑移系

滑移系数目与材料塑性的关系一般滑移系越多，塑性越好；与滑移面原子密排程度和滑移方向个数有关.

7滑移的临界分切应力（

k）晶体的滑移在一定切应力下才能发生，把滑移系开动所需最小应力称为滑移的临界分切应力

k，取决于金属的本性。

8滑移的临界分切应力（

k）

外力F在滑移面上沿滑移方向的分切应力:m为取向因子,称为施密特因子。9当材料确定时，k是确定的，

S与m=cos

cos

具有如图关系

硬取向:

或

＝90

时，

s趋向

；软取向:

=

＝45

时，

s最小，晶体易滑移。

滑移的临界分切应力（

k）10滑移时晶体的转动11（1）位向和晶面的变化拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向;

压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。（2）取向因子的变化几何硬化：

，

远离45

，滑移变得困难；几何软化：

，

接近45

，滑移变得容易。滑移时晶体的转动12滑移的分类：单滑移：只有一组滑移系上的分切应力达到了临界分切应力而进行的滑移。多滑移：在多组（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。交滑移：晶体在两组或多组不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。13单滑移：对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最有利的滑移系(其分切应力最大)中进行，当只有一组滑移系上的分切应力达到了临界分切应力，则进行单系滑移。通常在变形量很小的时候发生。更多发生在密排六方晶体中（只有一组滑移面）。由于位错在滑移过程中不会与其他位错交互作用，因此加工硬化作用很弱。铝晶体的单滑移表面痕迹：单一方向的滑移带14多滑移：对于具有多组滑移系的晶体，滑移首先在取向最有利的滑移系(其分切应力最大)中进行，但由于变形时晶面转动的结果，另一组滑移面上的分切应力也可能逐渐增加到足以发生滑移的临界值以上，于是晶体的滑移就可能在两组或更多的滑移面同时进行或交替地进行，从而产生多系滑移。由于滑移过程中，两个滑移面上的位错必将产生交互作用，形成割阶或扭折，使位错的进一步运动更加困难，所以多滑移比单滑移具有更大的加工硬化效果。铝晶体的多滑移表面痕迹：相互交叉的滑移带15多滑移形成举例：等效滑移系：滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等的一组滑移系。面心立方：滑移面{111}4个；滑移方向<110>3个。4×2=8个相同的滑移系。16交滑移：晶体在两组或多组不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。交滑移的实质是螺位错在不改变滑移方向的前提下，从一个滑移面转到相交接的另一个滑移面的过程。交滑移可以使滑移有更大的灵活性。例如：当螺位错在一个滑移面上的运动受阻时，会转移到另一个滑移面上继续滑移，滑移方向保持不变。17交滑移：铝晶体的交滑移表面痕迹：波纹状的滑移带18滑移的位错机制晶体的滑移是通过位错的运动来实现的.19孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变，已切变区与未切变区呈镜面对称关系。孪生201孪生变形现象以面心立方金属为例

21孪晶：已切变区与未切变区以孪晶面为准，呈镜面对称关系。孪晶在显微镜下呈带状或透镜状。1孪生变形现象222孪生变形的特点（1）孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些晶面上；（2）孪生后晶体的位向关系发生了改变，滑移后晶体的位向关系并未改变；（3）孪生变形通常出现在滑移受阻的应力集中区，临界切应力比滑移大；（4）孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多，但当滑移受阻时，孪生可以改变晶体位向，使滑移继续下去。23三、多晶体金属的塑性变形24（1）各晶粒变形的不同步性位错在晶界塞积应力集中相邻晶粒位错源开动相邻晶粒变形塑变

1多晶体的变形特点25（2）各晶粒变形的不均匀性在同一外力作用下，各晶粒由于取向不同，变形量也不同。（3）晶粒之间变形的协调性各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致晶体分裂）条件：每个晶粒独立滑移系

5个。（保证晶粒形状的自由变化）1多晶体的变形特点262晶界对变形的阻碍作用

（1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。（2）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿过。27（3）晶粒大小与性能的关系

a晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔－配奇公式)

s=

0+kd-1/2

原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。2晶界对变形的阻碍作用282晶界对变形的阻碍作用