材料科学基础-第五章

1、第5(1)章材料的塑性形变theplasticdeformationofmaterials，材料不同，其弹、塑性性能差异大的塑性形变，对锻造、轧制、拉深、拉深起着重要的作用，要尽量避免在铸造、热处理中发生弹性变形“塑性形变”、“外力材料”、“1 .弹性和黏弹性”、“弹性变形”和“弹性变形”两个选项在低碳钢的抗拉试验弹性变形：可逆性外力的位置可完全恢复的r=r0原子位于平衡位置的能量u在Umin时最稳定的r=r0即偏离其平衡位置f的引力使原子恢复到原来的平衡位置而使变形消失， 本质：表示从原子间结合力的角度可以理解的应力-应变关系胡克定律(Hookes law) s=Ee t=Gg广义胡克定律行

2、列式二弹性模数E (Elastic modulus )表示结晶中原子间结合力强弱的物理量，将原子间结合力e-modulusofelasticity (youngs modulus )，其中，从各向异性现象沿原子排列得最密的结晶到Emax沿原子排列得最疏的结晶到Emin工序中的e系材料的刚性的测定弹性变形量根据材料而不同g-shearmodulusu-poissionsration g=e/2 (1u )，2 .单晶的塑性形变平滑电晶，滑动(Slip )，1 .现象， 2 .滑动的结晶学特征在滑动面和滑动方向结晶中原子密度最大的面和方向Slip plane Slip direction为什么是f

3、cc :滑移面111的滑动方向hcp :0001 c/a 1.6330001，1010， 1011c/a1.633bcc:8tm123， (Slip system )结晶结构不同的滑动系数不同的FCC:111有4组，每(111 )面有110个，因此4312个滑动系hcp:1个(0001 )面为3个，133个由于bcc: 110个面有6组，各110中有2方向1.2组112组2.4组123组，所以一般来说，对于6212124148个滑动类，滑动过程中能够取得的空间取向越多，该材料的塑性越好。 3 .滑动所需的临界剪切应力Critical(resolved)shear stress，滑动、圆柱状试样

4、单向拉伸时作用于滑移面的滑动方向中，作用于试样横截面的拉伸应力为取向因子(Schmid )，结晶滑动时为tct (临界剪切应力)，tc为结晶中影响位错滑移难易度的因素都影响tc，在9.0或9.0的情况下，s晶体不发生滑移只有在4.5的情况下，smin首先发生滑移2tc，迅速确定具有最大取向因子coscos的滑移系方法，利用映射规则：心理投射图中心部分的8个取向三角形拉伸时使滑移面和滑动方向与应力轴平行，压缩时使滑移面和滑动方向与应力轴垂直旋转的原因是：两对力偶：上下两滑移面的法线分力因该力偶而使滑移面与轴方向平行，垂直于滑动方向的切应力因该力偶而使滑动方向沿最大切应力方向旋转/在引起滑动方向的

5、真正滑动的有效剪应力下，结晶滑动结晶的旋转位置发生变化取向因子，剪应力值发生变化，在5 .多体系滑动多体系下，在外力下，滑动首先剪应力最大，tct的滑动体系原始滑动体系然而，随着晶体的旋转，空间位移不利于另一个原取向的(硬取向)滑动系统逐渐转向有利取向(软取向)，开始滑动，两组(或多组)滑动系统在云同步中行进或交替行进，称为多系统滑动。如上所述，滑动变形的基本特征：滑动变形体系是不均匀的滑动变形，它只是集中在某个结晶面)的滑动的结果，两部分的结晶相对移动，移动距离nb保持结晶学的匹配性)沿着一定的结晶面和结晶方向进行，滑动系多的材料(fcc 在滑动和云同步上，滑动面和滑动方向旋转的)实质变位沿

6、着滑动面运动的过程，孪生子(双)，滑动系少的hcp，或者低温下或滑动被阻碍时结晶以其他变形方式孪晶变形而Deformation by twinning 不同晶体结构多有双晶面和孪晶方向： FCC:111 hcp :012 bcc 333112，2 .孪晶的形成，孪晶临界剪应力远大于滑移，只在滑移难以进行的条件下发生。 例如，Mg孪生子所需的tc=4.934.3MPa，滑移时tc仅为0.49MPa。 但是，双晶的生长速度非常快(相当于冲击波的速度)，经常能听到“咔嗒咔嗒”的声音，也有双晶吼叫的说法。 由简单的孪生子实现的变形量极其有限，例如在Zn单晶中，孪生子仅得到7.4级的拉伸率，远远小于滑动

7、的贡献。 但是，孪生子的变形改变晶体的取向，使晶体处于更有利于滑移发生的位置，进而激发滑移，得到较大的变形量，间接的贡献较大。 孪生子的反应历程：在孪生子的情况下，各层的晶面位置由不完全位错(萧克雷)的移动形成，是由位错增殖的极轴反应历程实现的。 3 .孪晶变形的意义，孪晶的主要特征：孪晶变化均匀，相对移动距离不是孪晶方向原子间距的整数倍，双晶面两侧的结晶方位呈镜面对称不同)与切变区内孪生子面平行的各层原子面相对于邻接面在孪生子方向位移一定距离，各层原子相对于孪生子面的切变量为孪生子面在剪应力的作用下，t tc (孪生子) tc (滑动)实质上可以进行不完全位错运动，存在成核和生长过程。 三扭

8、Kink、hcp的Cd压缩时，外力与(0001 )面平行，因此在(0001 )面的t0中，孪生子过程的阻力也不能大。 为了使结晶的形状与外力一致，如果外力超过某个阈值，结晶就会发生局部弯曲，也就是扭曲现象。 扭曲区域的结晶取向发生了非对称变化。 扭转是为了适应外力而产生的不均匀的局部塑性形变方式，对变形发挥一定的协调作用，缓和应力，防止晶体被破坏。 另外，扭转引起的结晶的再取向，即扭转带区域的滑动系有可能成为有利的取向，进一步发挥结晶变形能力。 扭转的原因是，滑移面的错位集中在局部地区，晶格哩溜歪斜。 四塑性变化的位移反应历程，1 .滑动位移反应历程是由刚性滑动模型导出的理论滑动强度，(g一般

9、为104105MPa )，即使采用校正值，与实测值(约110MPa )之间也存在3.4位数的差。 为了解决这个不符点而导入了重排的概念。 由于位错运动要求其中心附近的少数原子只移动很小的距离(比原子间距离小)，所以需要比结晶整体的刚性滑动时小得多的应力。 这样，由于位错的运动，结晶可以阶段性滑移。 错位运动首先遇到晶格阻力： t0:未固化时所需剪应力a:与材料的关系常数为0.3.0.5，2，2 .孪生子的反应历程孪晶区各晶面的相对位移距离是孪晶方向原子间距离的点数，孪晶时各层晶面的位移是由不完全位移的移动引起的错位增殖的极轴反应历程： fcc中OA、OB和OC三个位错线与节点o交叉，OA、OB

10、不在滑动面上，是不动错位的极轴错位，OC是可动的不完全错位，只能绕极轴旋转，它在(111 )面上每绕一周就会发生单原子层孪晶， 在扭带的晶体取向存在突然变异的情况下，该取向变化的过渡区域由一系列相同编号的刃型位错的排列构成。 3、多晶体的塑性形变plasticdeformationofpolycrysinstallinematerials、多晶体的变形必须受到与晶界相邻的不同取向的晶粒的约束。 周围的晶粒在云同步发生相应的变形后配合。 一般的多晶体为多系滑移，加工硬化率高，变形阻力大，强度显着提高，没有出现拉伸曲线的阶段。 晶粒取向的影响，为了维持连续性，周围晶粒的变形必须相互制约、协调。 在

11、多晶体的塑性形变时，要求至少5个独立的滑动系数发生滑动。 任意变形是exx eyy ezz nxy nyz nxz fcc，bcc滑动系多塑性好的hcp滑动系少塑性差，二.晶界的布摇滾乐效应多晶体塑性形变的另一个特征是对晶界变形过程的阻碍作用。 拉伸只有2.3个晶粒的试料时，形成了竹结状。 由于在晶界(特别是大角晶界)原子排列不规则，晶格歪斜严重，晶界两侧的晶粒取向不同，导致滑移面和滑动方向不一致。 晶内发生大的变形，在晶界的变形量少，塑性阻力大，观察到位错的塞积，位错在晶界发生塞积，注意到晶界自身的强度对多晶体的加工硬化基本没有贡献， 多晶体的加工硬化的主要原因是晶界两侧的晶粒的位错差晶界块

12、效应仅在变形初期有很大影响，初期位错小，晶界块效应的大小与晶体的结构类型有关，hcp结构的晶界块效应比fcc大，因此bcc型的晶体明显滑动系小，三晶粒的大小给予机械性能1 .影响室温机械性能晶粒越细，晶界越多，强化效果细晶强化sssbhvstrengtheningbygrainsizere-du tion的塑性越好，由于细晶粒内和晶界附近的应变差小，变形越均匀，破坏前大量的变形在平衡时，可以根据每个位错的力的状况导出每个位错的位置，表示在xi中从障碍物到第I个位错的距离，插头群周围产生的应力场相当于产生具有nb的大位错的应力场。 很明显，(1)该应力场作用于位错源，有停止加工硬化的可能性，由此

13、可知，栓塞组中变位的分布不均匀，越接近障碍物，变位间距越小。位错栓塞组的重要效果之一是在其顶端引起应力集中，其数值相当于施加剪切应力的n倍：t0:无施加固化时所需的剪切应力a:和材料关系常数0.30.5、Hall-Petch式：屈服强度、单晶的屈服强度、晶粒平均直径、常数相邻晶粒位错运动的影响关系是与晶界结构有关的普遍关系式，金属材料如此，亚晶粒的尺寸与ss的关系、塑性材料的流变学应力与晶粒的尺寸、脆性材料的脆性破坏应力与晶粒大小的关系、金属的疲劳强度与晶粒大小的关系也可以用霍尔-佩奇式来表现， 位错在晶界产生堵塞，位错堵塞群的一个重要的效果是在其前端引起应力集中，其数值等于施加剪切应力的n倍

14、，启动邻接的晶粒内的位错源所需要的临界应力： 2 .对高温强度的影响为低温时：晶界强度加上晶界两侧的晶粒取向差后的晶界对滑动具有摇滾乐作用，等强温度Tk:ss晶界ss晶内，高温时不同，具有2种变形机制： (1)沿着晶界滑动(晶界滑动机构) T Tm/2时，沿着晶界(2)扩散性爬行机构爬行：在一定的t C(300 C )下应力大于某个值时，即使外力不增加，塑性形变也会随着时间的推移逐渐增加的现象。 ABCD是多晶体中的一种晶粒，拉伸AB、CD的晶界，在其附近容易形成空穴，空穴浓度高，AC、BD受压，空穴浓度低。 与扩散、空穴、蠕变有关，存在空穴浓度梯度，空穴向AC、BD方向移动，原子向AB、CD

15、方向移动，晶粒向拉伸方向延伸，即使在一定应力的情况下，随着时间的经过，应变扩散性蠕变也不断发生，t、d扩散性蠕变速度一般为高温合金唯一，线性硬化和抛物性硬化阶段显示了明显的晶界封摇滾乐效应和高硬化系数。 面心立方晶体、密列六方晶体、4 .合金的塑性形变Plastic Deformation of Alloys、单相固态溶液合金的塑性形变plasticdeformationofsinglephasealloy1.屈服现象yield phenomenon拉伸曲线无明显屈服极限yield pool 应力平台上的每个波动对应一个新的变形带，新的Lders bond在Lders bond扩展到样品的全长上时屈服拉伸阶段结束，应力随应变单调增加，开始均匀塑性形变阶段。 拉伸曲线应力急剧下降的点称为上屈服极限：样品开始屈服，产生了明显的塑性形变。 在试料表面观察到纵轴(拉伸轴)和约