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1、1,第七章 材料的塑性变形,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,2,第七章 材料的塑性变形,纳米铜的室温超塑性,3,第一节 金属变形概述,第七章塑性变形第一节金属变形概述,弹性变形塑性变形断裂,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,4,第一节 金属变形概述,第七章塑性变形第一节金属变形概述,弹性变形：变形可逆；应力应变呈线性关系。弹性模量：原子间结合力的反映和度量
2、。,5,第二节 单晶体的塑性变形,常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生、扭折。一 滑移1 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。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,6,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移 光镜下：滑移带（无重现性）。 2 滑移的表象学 电境下：滑移线。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,Smith W F. Fou
3、ndations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,7,第二节 单晶体的塑性变形,3 滑移的晶体学 滑移面 （密排面） （1）几何要素 滑移方向（密排方向）,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,8,第二节 单晶体的塑性变形,3 滑移的晶体学（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）,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,9,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,Smith W F. Foundations of Materials Science and
4、 Engineering. McGRAW.HILL.3/E,10,第二节 单晶体的塑性变形,3 滑移的晶体学 （2）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； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（c）。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,11,第二节 单晶体的塑性变形,3 滑移的晶体学（3）滑移的临界分切应力（c） c：在滑移面上沿滑移方向开始 滑移的最小分切应力。 (外力在滑移方向上的分解) cscoscos,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,12,第二节 单晶体的塑性变形,3 滑移的晶体学（3）滑移的临界分切应力（c） c取决于金属的本性，不受，
5、的影响； 或90时，s ；cscoscos s的取值 ，45时，s最小，晶体易滑移； 软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,13,第二节 单晶体的塑性变形,4 滑移时晶体的转动（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，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：，远离45，滑移变得困难；（2）取向因子的变化 几何软化；，接近45，滑移变得容易。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,14,第二节 单晶体的塑性变形,5 多滑移 （1）滑移的分类 多滑移：在多个（2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 双滑移： 单滑移： （2
6、）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相 等的一组滑移系。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,2h,15,第二节 单晶体的塑性变形,6 交滑移 （1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的 滑移。 （2）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑 移面的过程； 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,16,第二节 单晶体的塑性变形,7 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,17,第二节 单晶体的塑性变
7、形,二 孪生（1）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并形成晶体取 向的镜面对称关系。 孪生面 A1111,A2112,A31012（2）孪生的晶体学 孪生方向A1,A2,A3 孪晶区,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,18,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,19,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生,第七章塑性变形第二节单晶体塑变,（3）孪生变形的特点,20,第三节 多晶体的塑性变形,第七章塑性变形第三节多晶体塑变,21,第三节 多晶体的塑性变形,1 晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积 应力集中 相邻晶粒位错源开动 相
8、邻晶粒变形 塑变2 晶粒之间变形的协调性-晶粒取向的影响 （1）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂） （3）条件：独立滑移系5个。（保证晶粒形状的自由变化） 晶粒自由变形-6个分量-体积不变-5个分量-5个独立滑移系,第七章塑性变形第三节多晶体塑变,22,第三节 多晶体的塑性变形,3 晶界对变形的阻碍作用-晶界的影响 （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。,第七章塑性变形第三节多晶体塑变,23,第三节 多晶体的塑性变形,3 晶界对变形的阻碍作用（3）晶粒大小
9、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。 （有尺寸限制） 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。,第七章塑性变形第三节多晶体塑变,3h,24,第四节 合金的塑性变形,一 固熔体的塑性变形 1 固熔体的结构 2 固熔强化 （1）固熔强化：固熔体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。 （2）强化机制 晶格
10、畸变，阻碍位错运动； 柯氏气团强化。,第七章塑性变形第四节合金塑变,25,第四节 合金的塑性变形,一 固熔体的塑性变形 2 固熔强化 （3）屈服和应变时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 预变形和时效的影响：去载后立即加载不出现屈服现象；去载后放置一段时间或200加热后再加载出现屈服。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。,第七章塑性变形第四节合金塑变,26,第四节 合金的塑性变形,一 固熔体的塑性变形 2 固熔强化 （4）固熔强化的影响因素 熔质原子含量越多，强化效果越好； 熔剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好； 价电子数差越大，强化效果越好； 间隙式熔质原子的强化效果高于
11、置换式熔质原子。,第七章塑性变形第四节合金塑变,27,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形 1 结构：基体第二相。 2 性能 （1）两相性能接近：按强度分数相加计算。 （2）软基体硬第二相 第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）； a结构 两相呈层片状分布（珠光体）； 第二相呈颗粒状分布（三次渗碳体）。,第七章塑性变形第四节合金塑变,28,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形2 性能（2）软基体硬第二相 位错绕过第二相粒子(粒子、位错环阻碍位错运动) b 弥散强化 位错切过第二相粒子（表面能、错排能、粒子阻 碍位错运动）,第七章塑性变形第四节合金塑变,29,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对组织结构的影响 晶粒拉长; 1 形成纤维组织 杂质呈细带状或链状分布。,第七章塑性变形第五节组织性能变化,30,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对组织结构的影响2 形成形变织构（1）形变织构：多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈择优 取向的组织。 丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成）（2）类型 板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平 行于主变形方向。（轧制时形成）,第七章塑性变形第五节组织性能变化,
