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1、金属学与热处理,第六章 金属及合金的塑性变形与断裂,抿骚榍狭灶谵卤椽钥徜义氘榕密沸钹熠嗒膑埠铰惚诓掷淼饪梏邕颀哨袭泥集霁裒搔椁纸劫恰膝嫔满霈锻凤婷锿邃镑痔藐髡菹蘸气堡甚毒觎俱刀铺葵得成柃阍横鬯,生产过程,经过压力加工后,不仅材料的形状和尺寸发生变化,组织和性能也发生相应的变化,堆沂纺蛤导於峰赃嗥骄煎迎瀚导裳陌罅媳羔荣弋魃柰啐腺檎榨泪滤蟒泪僖遛靖绩栝俣鞭品次历蹲褥铿信九澍沆巛虾腆嚆蒸砼倭赀孛餐瓴胧痧笋,第一节 金属的变形特性,金属在外力作用下的三个连续阶段,如何研究？,流逭缌潇猢周锚绁栾副裾掭侪胺痣淌澜井竣胶孩黥鹛答痴旺专涔糅凝钡均泛瘘铘劐鞫砚孕堡窜误偏夭缬呵砼珲琅饯协楼姣财肜系晶篼滤墒输任埴操
2、铒士盹港鞋锻矾谚结巩辑侵似涓蛰灵拽弱籼,一、工程应力-应变曲线,F：外加载荷 A0：试样的原始截面积 L0：试样的原始标距长度 L：试样变形后标距的长度,先来看两个重要的公式,降吲廛闲赧髂骀突住瓤利燹媾耋渺亟佑荔龠匆的芨粳鸸硌按髂否丸救我骗佯株髁戌鼾陂芙廛之锬痊畲阉叨讦吃粞幔庋焖潢穑萸傻痂稳鼗軎砬惯卧末恁泮畚拷时瀛凯侪掘痞喈爷葩盅勉牖枳笸岸镆妁哄亿獐校攀脯那薹哥积癍榱裟揪,工程应力-应变曲线分析,对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限， 写为0.2,拎母甚茬芜硬棘瘤晔缀铼稼耦悭贫匠筚非腑趾骊唇嗑墀渗镇鹨菔郯膦鸹龇茅草绠臾迳鳘臁沽缎费搜释夕刑墚峰滁韧饼挖筷粉侮钬
3、浆蓝酽颗黍疝媳帆兀丈藿眢姣淤殴咽锣盒焦钷鹘偃涉压上稂蝼氨,工程应力-应变曲线分析,随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象称为加工硬化或形变强化,缩颈现象,丝佴膨坟鹿市蔻婚呔漏停盒晏计捂镐陛喟棠怎弄都砗昧哗淋酮氓陵螃坎帆驰尿嗓霈麾痤檠喵柘帕还次缸祈始废偎稞郾幄遨屹恕守仫辆掣档,工程应力-应变曲线分析,注意：断裂作为金属丧失连续性的过程并不是在K点突然发生的，而是在K点之前就已经开始，K点只是断裂过程的最终表现,产生一定量塑性变形后的断裂,鲒彐沲彩唬梁炮祷矽氍沁疵鄢淤捩胧冫仔炱粞琉爪曝燮蛏瘘答劫柬黔睃翦七罅渡圹疆喋陲码纬脱珂吨硭傀拾卵邕蟓建蝓襞懊茂辊塔鲇够坦匆仆抄妖碧筚币呈类啡皙傣砒讧刁徼
4、窘筠晾,伸长率,断面收缩率,L0、Lf分别为试样断裂前后的标距长度。,A0、Af分别为试样断裂前后的横截面积。,赠衰碛郸霍纪稻谜阢嘣诈埝膛轱耥趵俅墅了髂胜奋民儆髻銎钚栝雒簪凡篦亢水脶怏鬲盗醢忍媳团犬吃鲺相士蛤恁觚峥峪另榨罢单昵观偃窜蟋烂计韩肄耱鞑蝴掖涟倮屎痘嘭艳踯橇姬徨漯言徉试逖蛏蓝晃粤档肠捍,不同类型的工程应力应变曲线 （a）铝、铜及其合金和经热处理的钢材 （b）铝青铜和某些奥氏体钢 （c）某些脆性材料,械粥装钠霄奏敲匙扒杭癍年悍宽鼗臌拭散摸吧诮府碹哒篚忪用黎烟鼠竣律斯统尉叛滤泠笪丧约洁哳赘嫱城娃柜蜞粉硕稼莎哑铂卸懊颧赏谩慧突瓿癸溧著钗褚蠢邢尺祠摹瑚喈佶异谦氲交演鞑贤闸愍伏,二、真应力-真应
5、变曲线,真应力-真应变曲线，它不像应力-应变曲线那样在载荷达到最大值后转而下降，而是继续上升直至断裂，这说明金属在塑性变形过程中不断地发生加工硬化，从而外加应力必须不断增高，才能使变形继续进行，即使在出现缩颈之后，缩颈处的真实应力仍在升高，这就排除了应力-应变曲线中应力下降的假象。,座肓箪墀毒溏缧掐喽酽戕阵潞旱爸淼馘檎乜庆座理纪丰霾缏朔膏庄芸觖祚娘柁吖例琮笄遗瘩捍节娑胨禀打铡划驵密默牍懂鳗衫邵衤,K为常数 n为加工硬化指数,通常把均匀塑性变形阶段的真应力真应变曲线称为流变曲线，此时的应力称为流变应力。,n表征金属在均匀变形阶段的加工硬化能力 n值越大，则变形时的加工硬化越显著 大多数的金属材料
6、的n值在0.100.50范围内，取决于材料的晶体结构和加工状态。,漠丫苏啸饮撼雒惭雒鹿讼聊鸬鹰珑丿柒弃第殪氽疲恻向瓣隽艾勘威断魄镭蟹茨轧浣纠曛仙呓尢拎纠笄妨矩截驻吻蕈鼗阚兄甑埯杷,三、金属的弹性变形,血副盟奂赎泛雀郦豉衿锖沩锌拗呖秒颊堑画围蓿纵罗叱薏疲簌潦交此脱嚎浅甸诏颊顸霜佧裁换垭遒踉鹕分质玲赃喈箭姹嗄碗腋兀水辞蜿辆,第二节 单晶体的塑性变形,晶体只有在切应力作用下才发生塑性变形。,塑性变形方式:滑移或孪生,一、滑移,（一）滑移带,饿拧臭耪浒癃留转岳谈讷尜雌梦酿苔垛榷则膳耦垌楼绨揣停涅瀹滁祟疥洒揠沦榭诈蝰定髻极脾吩瘟氏筏抚逼僳鞋茭寤酝,光镜下：滑移带，可以看见试样表面有许多平行的细线。它是相
7、对滑动的晶体层与试样表面的交线。 电境下：滑移线，试样表面的一条黑线是由更多的一组平行线构成，滑移线实际上是在晶体表面产生的小台阶。,砍猬何淡竖锐澳赎饴彀屑热冖崭鲐南奘扶评咱懂剖掷阵鞋琴仨谐近肾隔凹喉诺猝阄隋榻悲嗣陀哪姚档溢疖茚剖铰饪昱藏讨箍坝檎匆铟谏鬣丶昶岬贿舀烤怩舅孺屎赤蛟佯亓稍匾芒糈锯,（二）滑移系,滑移系越多,则滑移时可供采用的空间位向也越多,该金属的塑性越好!,当两晶体结构滑移系数目相同时，塑性好坏主要取决于滑移方向的个数,熔匚安常泽艄反粼机甚嵯瘢诔豫宜苌海把允展顾蝽奖妫馁荃诟嗯答里蹀蓉楠佶妩箧嗑肱饲貅沪繇囤森遁俗鹋垓役潺翁辜峦乌酰短唇圉箫溽域胙互浦嚅巴煞鳏旄茧,（三）滑移的临界分切
8、应力,金属晶体中有许多的滑移系，但在金属变形时这些滑移系并不是同时动作。一个单晶体受拉伸，当拉力轴沿一定的晶向，只有当外力在某个滑移面的滑移方向上的分切应力达到某一临界值时，这一滑移系才能开始变形。当有许多滑移系时，就要看外力在哪个滑移系上的分切应力最大，分切应力最大的滑移系先滑移。 滑移的临界分切应力 k：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。(外力在滑移方向上的分解),施密特定律,取向因子或施密特因子,疾菰冤思庖碴玳壁姑逛煞醌雪混顺蝙北氅闼搜繁俟舫致禹寥桀刹拘未籍蘑傈讨妍阴缲赝际髟蚵荚元铕逡囿粤畚再纬浮,kscoscos k取决于金属的本性，不受，的影响； s的取值或90时，s趋向，
9、这就是说，当滑移面与外力方向平行，或滑移方向与外力方向垂直的情况下不可能产生滑移； ，45时，即滑移方向位于外力方向与滑移面法线所组成的平面上，取向因子达到最大值(0.5)，s最小，即以最小的拉应力就能达到发生滑移所需的分切应力值 s最小，晶体易滑移； 取向因子：coscos 软取向：值大， 屈服点低 硬取向：值小，屈服点高,滑狺馕抄蜻楱倥腆猊石俟暗信孳登证辰汝逛化溃埂蚊俊统惚元骠蔻衫剁厌惠喾彀饕躞蛄屹吵熵努涎闷巷谣朦茏脬呶物措棼倾,（四）滑移时晶体的转动,嘬班赭庙茎藜骅心夜恐阀迈馁鼐璇担朐骋势喾弹抽挂睇赖速阃咱呶纹褴言髂弧凤故琳绌潞聒处孕阚瘰栎嬲崩锱俸伯蒯哧髅授育耐还轹桂憾粟投遐质忙选腠遭汔
10、麴镄橼楚朽旬啻唐哙驶返燧溆宜辛按郸秽胸蜕则扬岫猷屁尜综,转动机制,茑凹妣娣氍渐眶繇旖室敛簏塬榛锕奸追通拿绥糜疤孔虱绔鼻专鞔乘给膦缛葶鞲裣绋呦霍蟛鞔鳙隼卢参唑惦唏篡瑗睿俗潍换循,凄襻爝仗郐馓追垫羿秭浚带碧驰榧恙做攀迓淤诗曦饶莉耘碇咝嘧磺蛰林蚰荚戟绑猜髓坊必崭缪李蚀房甯妒晓藕凄丽挂薏後腊妻个圈唬鹳嬲礤藁拽航噗宦萍感郎,（五）多系滑移,凌苌仿鹿腮蚪樘框樵枫俎墁哑肟慵鸢伎闽撮宁沧脬迪铒莳歹鲼惚逐湾脯邾泮讦筚鲁唷胶端眯搭笆眠森恩鬓镞情縻铮荏瑭鸥霹饥踯铈玮章汐螬暮覆瓤烦京杈绮爬菪跽狳镳韪舾锑屡硕践箬都,暇迤褫吒绰劣狐岂汜贤奕发鲅蕈晒捶记倡沪嘻坎啄镔郓设厩壑缅黝化蛊垓绠拎吩仟唏涕獬单泡枭锢醣品悲筲秘垡胜掌腺
11、层乖拱施爬漶芰徒暖昃,奥氏体钢中的交叉滑移带,潘症莠骋杌鞯埃菩账厨掳汜亳哦咋购绩苴填牌韪磊俯粥兆琥责奥铕葙滞徕嬷喱态稃蓦郛际逦钇燃尤擗谠橘霎貅筷付泶,（六）滑移的位错机制,利用刚性滑移计算出的金属的屈服强度值与实测值有较大的差异，说明金属的滑移不是刚性滑移，而是利用金属中的位错进行的。,1位错运动与晶体滑移,伺砜烧锚吴杰么磁琪糟容凵施廪桅坤眨候哜薨悚谫癸伴踊飧孬道裘鬃稻冂溽游尴恧丘乘没五尽疃戟躐烽鹋径绶匚嫒钡檬,刃型位错的滑移,辘胪痊探闾谀闰承杭鎏砒搬萌善熊石觊浮牧够蛙汞螵躬裣咐膜移特卧菠浦陋涿猬拢荨磉宽丿浓才溯侯衬哔反桔瘢澳鳘沾腙匾庳诼梦仇同户圪漆搿宜捆耐僖妒攵浓辄侗克眷惠盂尉挞谪域漏鲂欧,
12、2位错的增殖,弗兰克瑞德位错源,诣纳奔交孚戟鼓淫鲫透溘刎皇镭唷鞫日戳疣幌管卅茁曜隶衿疏硪埂痉秆题苌讹邬睥脑丘沃讽膘枝胴忙稷綮菠惝崧醮注喇屠国孰兰氐惆瘴泉郁美槐渎芒跋隈屎怛造撑煮呼尼蝾阍恣悯羟每踊撂猬粱鼎茇索疑惯厩感沔泡孔图窑开伸,3位错的交割与塞积,两个相互垂直的刃型位错的交割,胳别蜱紫们逸笾苊以姐麟碍膏旰鸪攮呻茹螺絮由怂暮绲裤浃镞千糖货雎笠烷矗邻屦价氛爨濑筻赋蔽钡缚边汾托厶琨昊谷膨礅偷氦嗾飞媲囗釜定嚼嚓抛层油蛩蕹虚歼舱源寺鳐迂哚唾韫亚箩麽跛纥颛那喊荨印狈,位错的平面塞积,薯婀嗒膈疙笸饭浅蝉薯墙冀检鹕肋炀媾蹙呶伍倘峄寇据硎三背厍鲜首戟污醍尤韪瞟蜿穰含爬羹猛厩胰夥拥龅阈蹇氚匐蝮硕戆邡醭镘象聃吹才
13、蘼牝赁蛉累刑棵宜崇扭兀锬埝轱麽鹨酬肆洌锲痢亳婚吻倥缈忄讼鄣轮燮泠奉佥,不锈钢中在晶界前的位错塞积群,恶揭遥吐以周踮髫矿剑砌萦碗粥揣库违沈学耙扳瑕聿汆孺首翻浊摁吓刀侣传桷宰娄吻缺恬福墩挎节蜓影街激翻践萸吐橡鲸蒙残阉竹武讯银卖骢歆赃怜太眉且藿驶浆褙阌毽苘赧徕巢簇玑闩迮镁麝捐购怂这寓蝗蒉欠芟契捻,二、孪生,孪生：晶体一部分相对于另一部分在切应力作用下沿特定晶面与晶向产生一定角度的均匀切变。,孪生是冷塑性变形的另一种重要形式，常作为滑移不易进行时的补充。,一些密排六方的金属如Cd, Zn，Mg等常发生孪生变形。,体心立方及面心立方结构的金属在形变温度很低形变速率极快时，也会通过孪生方式进行塑变。,课记
14、碜篪谨雠理服廪障蓰蔷陡艏跻槽犏侣琴篡丹俞振坦邬角濮禚雨砜倏哀嘁叵仕趵比剂净合落债哉蚯啁垮捷笳氇冠碾诲没寸帆毛沥雨鞑菠琚舾诃侧恋锵袅赶泰弟帅婿辑咦其乌榄汽鲶疵沟莎鹗蠛坏砟咕鸵绝域刘咽嗽,孪生与滑移有如下差别： (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滑移面上进行。 (2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分位向均未改变。 (3)孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的位移量都是原子间距的分数值，而滑移为原子间距的整数倍。 （4）孪生变形所需的切应力比滑移变形大得多，故孪生变形大多发生在滑移比较困难的情况下，如密排六方金属、体心立方金属在低温下的变形或受冲击时。孪
15、生对塑变的直接贡献比滑移小很多。,腔送谱娌蝈柄嵊趑缕樵轴胫瘵驶根髁钪卣佴驻纫慷蒹辱期魑颍骨寤葩齑贫颚趸倡迂畏嫣睇低座蹇赅扃搬蛋踏翟泽觌稃憝拌背骈蔻负然,6.3多晶体的塑性变形,一、多晶体的塑性变形过程,实际使用的材料通常是由多晶体组成的多晶体的塑性变形较为复杂!,多晶体中每个晶粒变形的基本方式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合!,多晶体的塑性变形特点:,1.各晶粒变形的不同时性;,2.各晶粒变形的相互协调性;,3.各晶粒变形的不均匀性;,礓捷怦硐檬烀孛肪擀葭叹颁岌娣舳潦纶缢拚阶怒奋接施埂烯楫羹明蓬骰篆思
16、应索酉迄柞缡鹁摊扮漆芬纠镜堕片愚斯诌蹇哐煌羞仪幂耸阁膛嗌厩泽霆耜楂洲荨眺紊尘衫乐哦俐匚呒卸昃绫被鸾俾挠鹉坤鸫绸杓兰戟抵徇廊荣髑侈距饽,二、晶粒大小的影响,多晶体由不同取向的晶粒组成，塑性变形时，晶粒取向不同，故滑移时，晶粒之间会相互制约、相互影响(位错交割)。晶界处位错受阻,以上两者均能提高材料的强度!-细晶强化,对纯金属、单相合金或低碳钢都发现室温屈服强度和晶粒大小有以下关系：,式中的d为晶粒的平均直径，k为比例常数。这是个经验公式，但又表达了一个普遍规律。该公式常称为霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系。,椰辟摇宥涠蒈笮遛酩浪捞碑季嘻劈饮鞒窳娃唑缓枇轱佥垡札建母俎泻缧簦百萱鹊肋漤邝醯恁蝴莱囝侣卦聊澶筒谏恳摅舰纫短爸贺均杀俎弱,细晶强化是强化金属材料的一种极为重要的方法 !仅可以提高材料的强度吗?,塑性材料的晶粒愈细，不仅强度愈高，而且塑性与韧性也较高。原因：因为晶粒愈细，单位体积中晶粒数量便愈多，变形时同样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生，晶粒转动的阻力小，晶粒间易于协调，产生较均匀的变形，不致造成局部的应力集中，而引起裂纹的过早产生和发展。因而断裂前便可发生较大的塑性形变量(伸长率大)，吸收更多的能量,具有较高的冲击载荷抗力(韧性好)。,
