第五章材料的形变和再结晶章节讲课

《第五章材料的形变和再结晶章节讲课》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章材料的形变和再结晶章节讲课（160页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章第五章材料的形变和再结晶材料的形变和再结晶1章节课件主要内容主要内容1.弹性变形的本质、特征、弹性模量等弹性变形的本质、特征、弹性模量等2.单晶体、多晶体、合金的塑性变形单晶体、多晶体、合金的塑性变形3.塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响4.冷变形金属在加热时组织与性能的变化冷变形金属在加热时组织与性能的变化5.回复与再结晶回复与再结晶6.晶粒长大晶粒长大7.再结晶退火与退火孪晶再结晶退火与退火孪晶2章节课件金属材料的铸态组织存在的缺陷金属材料的铸态组织存在的缺陷:晶粒粗大;组织不均匀(三晶区);成分不均匀(偏析);材质不致密(疏松)等.金属材料冶炼浇注后,绝大

2、多数要塑性变形后使用,少数铸造后直接使用,如:机床床身、泵体、暖气片等。金属材料经压力加工（塑变）后：改变外形及尺寸；如：棒材、板材、型钢；组织变化，与组织有关的性能也发生变化；如：冷加工后，材料强度显著提高，塑性下降。经锻造后，强度提高不明显，塑性、韧性大为改善。3章节课件材材料料受受力力后后要要发发生生变变形形，外外力力较较小小时时产产生生弹弹性性变变形形；外外力力较较大大时时产产生生塑塑性性变变形形，而而当当外外力力过过大时就会发生断裂。大时就会发生断裂。研研究究材材料料的的变变形形规规律律及及其其微微观观机机制制，分分析析了了解解各各种种内内外外因因素素对对变变形形的的影影响响，研研究

3、究冷冷变变形形材材料料在在回回复复再再结结晶晶过过程程中中组组织织、结结构构和和性性能能的的变变化化规律，具有十分重要的理论和实际意义。规律，具有十分重要的理论和实际意义。 4章节课件Compression（压缩）Tension(拉伸)Shear(剪切)Torsion(扭转)材料受外力材料受外力F 作用后产生的作用后产生的应力：应力：应变：应变： F 载荷载荷A0试样的原始截面面积试样的原始截面面积l0试样的原始长度试样的原始长度l 试样变形后的长度试样变形后的长度在剪切变形的情况下，则有在剪切变形的情况下，则有切应力：切应力： = = F/Ao切应变：切应变： =tan ( 100%) 应变

4、角；应变角；扭转变形情况与剪切相似扭转变形情况与剪切相似静载：静载：转矩转矩T；应变：应变：转角转角 5章节课件拉伸实验拉伸实验Tensile Test测试仪器测试仪器标准样品标准样品Fracture(断裂)TensileStrength(抗拉强度)Necking(颈缩)6章节课件拉伸实验拉伸实验Tensile TestStandardstress-straincurveoflow-Csteel7章节课件退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为l弹性变形弹性变形弹性变形弹性变

5、形l不均匀屈服塑性变形不均匀屈服塑性变形不均匀屈服塑性变形不均匀屈服塑性变形l均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形均匀塑性变形l不均匀集中塑性变形四个阶段。不均匀集中塑性变形四个阶段。不均匀集中塑性变形四个阶段。不均匀集中塑性变形四个阶段。8章节课件将拉伸力伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始截面积A0和原始标距长度L0去除，则得到应力应变曲线。弹性极限、屈服强度和抗拉强度，是工程上具有重要意义的强度指标。9章节课件101.Initial2.Smallload3.UnloadElasticmeansreversible!reversible!ElasticDeformation（弹性变形）

6、=EHookesLaw10章节课件111.Initial2.Smallload3.UnloadPlasticmeanspermanent!permanent!PlasticDeformation（塑性变形）11章节课件第一节第一节弹性和黏弹性弹性和黏弹性材材料料在在外外力力作作用用下下发发生生变变形形。当当外外力力较较小小时时，产产生生弹弹性性变变形形。弹弹性性变变形形是是可可逆逆变形，卸载时，变形消失并恢复原状。变形，卸载时，变形消失并恢复原状。弹性变形：指外力去除后能够完全恢复的那部分变形，可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。弹弹性性变变形形的的实实质质：晶晶格格中中原原子子自自平平

7、衡衡位位置置产产生生可逆位移的反映。可逆位移的反映。一、弹性变形的本质一、弹性变形的本质12章节课件原原子子处处于于平平衡衡位位置置时时，相相互互作作用用力力为为零零，这这是是最最稳定的状态。稳定的状态。原原子子间间距距为为r r0 0，位位能能U U处处于于最最低低位位置置，原原子子受受力力后后将将偏偏离离其其平平衡衡位位置置，原原子子间间距距增增大大时时将将产产生生引引力力；原子间距减小时将产生斥力。原子间距减小时将产生斥力。外外力力去去除除后后，原原子子都都恢恢复复到到原原来来的的平平衡衡位位置置，所所产生的变形完全消失。产生的变形完全消失。弹性变形本质：13章节课件弹性变形的本质弹性变

8、形的本质Highmodulus高模量高模量Lowmodulus低模量低模量distance,rWeaklybonded弱键结合弱键结合Stronglybonded强键结合强键结合Force,F吸引力吸引力排斥力排斥力FN = 0平衡位置平衡位置r0attractiverepulsive原子之间的作用力！原子之间的作用力！14章节课件二、二、弹性变形的特征和弹性模量式中，式中， 、 分别为正应力和切应力；分别为正应力和切应力； 、 分别为正应变和切应变；分别为正应变和切应变；E，G分别为弹性模量和切变模量分别为弹性模量和切变模量（1 1）可逆性：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形）可逆性：理

9、想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形消失并恢复原状。消失并恢复原状。弹性变形量比较小，一般不超过弹性变形量比较小，一般不超过弹性变形量比较小，一般不超过弹性变形量比较小，一般不超过0.50.51 1。 （2 2）在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数在弹性变形范围内，其应力与应变之间保持线性函数关系，即服从虎克关系，即服从虎克关系，即服从虎克关系，即服从虎克(Hooke)(Hooke)定律：定律：定律：定律：弹性变形的特征弹性变形的特征15章节课件弹弹性性模模量量是表征晶体中原子间结合力强弱的物

10、理量，故是组织结构不敏感参数不敏感参数不敏感参数不敏感参数。式式式式中中中中，v v v v为为为为材材材材料料料料泊泊泊泊松松松松比比比比，表表表表示示示示侧侧侧侧向向向向收收收收缩缩缩缩能能能能力力力力。一一一一般般般般金属材料的泊松比在金属材料的泊松比在金属材料的泊松比在金属材料的泊松比在0.250.250.250.250.350.350.350.35之间。之间。之间。之间。 弹性模量与切变弹性模量之间的关系为：弹性模量与切变弹性模量之间的关系为：16章节课件弹性模量代表着使原子离开平衡位置的难易程度，是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量。 对晶体材料而言，其弹性模量是各向异性的。在单晶

11、对晶体材料而言，其弹性模量是各向异性的。在单晶体中，不同晶向上的弹性模量差别很大，沿着原子最密排体中，不同晶向上的弹性模量差别很大，沿着原子最密排的晶向弹性模量最高，而沿着原子排列最疏的晶向弹性模的晶向弹性模量最高，而沿着原子排列最疏的晶向弹性模量最低。多晶体因各晶粒任意取向，总体呈各向同性。量最低。多晶体因各晶粒任意取向，总体呈各向同性。弹性变形量随材料的不同而异。多多数数金金属属材材料料仅仅在在低低于于比比例例极极限限的的应应力力范范围围内内符符合合虎虎克克定定律，弹性变形量一般不超过律，弹性变形量一般不超过0.5%。在工程上，弹性模量是材料刚度的度量。17章节课件弹性模量与温度、原子结合

12、键类型的关系弹性模量与温度、原子结合键类型的关系陶瓷陶瓷（离子键离子键）金属金属（金属键金属键）聚合物聚合物（共价键共价键）大大 小小 弹性模量弹性模量18章节课件三、三、弹性的不完整性多数材料为多晶体甚至为非晶态或者是两者皆有的物质，其内部存在各种类型的缺陷。弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力的变化等有别于理想弹性变形特点的现象，称之为弹性的不完整性。弹性不完整性的现象包括弹性不完整性的现象包括包申格效应包申格效应弹性后效弹性后效弹性滞后弹性滞后循环韧性循环韧性19章节课件1 1包申格效应包申格效应（Bauschinger Effect)Bauschinger E

13、ffect)材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4），而后同向加载则e升高，反向加载则e下降。此现象称之为包申格效应包申格效应。 它是多晶体金属材料的普遍现象。包申格效应对于承受应变疲劳的工件很重要。 20章节课件l微观本质 预塑性变形，位错增殖、运动、缠结； 同相加载，位错运动受阻，残余伸长应力增加； 反向加载，位错被迫作反向运动，运动容易，残余伸长应力降低。l包申格效应的危害及防止方法 交变载荷情况下，显示循环软化（强度极限下降） 预先进行较大的塑性变形，可不产生包申格效应。 第二次反向受力前，先使金属材料回复或再结晶退火。21章节课件2 2弹性后效弹性后效一一些些实实际际晶晶体体，在在弹

14、弹性性极极限限范范围围内内，应应变变滞滞后后于于外外加加应应力力并并和和时时间间有有关关的的现现象象称称为为弹弹性性后后效效或滞弹性。或滞弹性。ab=cd滞弹性应变22章节课件3.3.弹性滞后弹性滞后由由于于应应变变落落后后于于应应力力，在在 - 曲曲线线上上使使加加载载线线与与卸卸载载线线不不重重合合而而形形成成一一封封闭闭回回线线，称称之为之为弹性滞后。弹性滞后。弹弹性性滞滞后后表表明明加加载载时时消消耗耗于于材材料料的的变变形形功功大大于于卸卸载载时时材材料料恢恢复复所所释释放放的的变变形形功功，多多余余的的部部分分被被材材料料内内部部所所消消耗耗，称称之之为为内内耗耗，其大小即用弹性滞

15、后环面积度量。其大小即用弹性滞后环面积度量。23章节课件弹性滞后环弹性滞后环a)单向加载弹性滞后环单向加载弹性滞后环(b)交变加载（加载速度慢）弹性滞后环交变加载（加载速度慢）弹性滞后环c)交变加载（加载速度快）弹性滞后环交变加载（加载速度快）弹性滞后环（d）交变加载塑性滞后环）交变加载塑性滞后环24章节课件 物理意义：物理意义： 加加载载时时消消耗耗的的变变形形功功大大于于卸卸载载时时释释放放的的变变形形功功。回回线线面积为一个循环所消耗的不可逆功。面积为一个循环所消耗的不可逆功。 这部分被金属吸收的功，称为内耗。这部分被金属吸收的功，称为内耗。l循环韧性循环韧性 若若交交变变载载荷荷中中的

16、的最最大大应应力力超超过过金金属属的的弹弹性性极极限限，则则可得到塑性滞后环。可得到塑性滞后环。 金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，叫循环韧性循环韧性。 循环韧性又称为消振性循环韧性又称为消振性。 循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来循环韧性不好测量，常用振动振幅衰减的自然对数来表示循环韧性的大小。表示循环韧性的大小。l循环韧性的应用循环韧性的应用 减振材料（机床床身、缸体等）；减振材料（机床床身、缸体等）； 乐器要求循环韧性小。乐器要求循环韧性小。25章节课件四、四、黏弹性黏弹性除除弹弹性性变变形形、塑塑性性变变形形外外还还有

17、有一一种种变变形形是是黏黏性流动。性流动。黏黏性性流流动动：指指非非晶晶态态固固体体和和液液体体在在很很小小外外力力作作用用下下便便会会发发生生没没有有确确定定形形状状的的流流变变，并并且且在外力去除后，形变不能回复。在外力去除后，形变不能回复。一一些些非非晶晶体体，甚甚至至多多晶晶体体，在在比比较较小小的的应应力力时时可可以以同同时时表表现现出出弹弹性性和和黏黏性性，即即黏黏弹弹性性现现象象。26章节课件应应应应变变变变落落落落后后后后于于于于应应应应力力力力。当当当当加加加加上上上上周周周周期期期期应应应应力力力力时时时时，应应应应力力力力应应应应变变变变曲曲曲曲线线线线就就就就成成成成一

18、一一一回回回回线线线线，所所所所包包包包含含含含的的的的面面面面积积积积即即即即为为为为应应应应力力力力循环一周所损耗的能量，即内耗。循环一周所损耗的能量，即内耗。循环一周所损耗的能量，即内耗。循环一周所损耗的能量，即内耗。黏黏黏黏弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形是是是是既既既既与与与与时时时时间间间间有有有有关关关关，又又又又具具具具有有有有可可可可恢恢恢恢复复复复的的的的弹性变形，即具有弹性和黏性变形量方面特征。弹性变形，即具有弹性和黏性变形量方面特征。弹性变形，即具有弹性和黏性变形量方面特征。弹性变形，即具有弹性和黏性变形量方面特征。黏弹性变形是高分子材料的重要力学特性之一。黏弹性变形是

19、高分子材料的重要力学特性之一。黏弹性变形是高分子材料的重要力学特性之一。黏弹性变形是高分子材料的重要力学特性之一。黏弹性变形的特点黏弹性变形的特点27章节课件第二节第二节晶体的塑性变形当当施施加加的的应应力力超超过过弹弹性性极极限限时时，材材料料发发生生塑塑性性变变形形，即即产产生生不不可可逆逆的的永永久久变变形形。通通过过塑塑性性变变形形，不不但但可可使使材材料料获获得得预预期期的的外外形形尺尺寸寸，而而且且可可使使材材料内部组织和性能产生变化。料内部组织和性能产生变化。28章节课件屈服、屈服强度屈服、屈服强度 Yield strength（b）一些一些钢中典型钢中典型的应力的应力-应应变曲

20、线，变曲线，表现表现屈服屈服点现象点现象。塑性变形塑性变形弹性变形弹性变形 ye上屈服点上屈服点下屈服点下屈服点 y（a）（b）（a）典型的金属典型的金属应力应力-应变曲线，应变曲线，弹性极限弹性极限e点点 划划分弹性和塑性变分弹性和塑性变形。采用形。采用0.002(0.2%)偏移法偏移法确确定屈服强度定屈服强度 y。屈服点屈服点弹性极限弹性极限29章节课件屈服点确定屈服点确定 屈服点对应于屈服点对应于开始产生永久变形开始产生永久变形； 有些应力有些应力- -应变曲线容易确定屈服区域（如应变曲线容易确定屈服区域（如A A）；）； 有些应力有些应力- -应变曲线不容易确定屈服区域（如应变曲线不容

21、易确定屈服区域（如B B），）， 则采用则采用0.002 0.002 偏移法偏移法来确定。来确定。30章节课件一、单晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形单单单单晶晶晶晶体体体体塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的两两个个基基本本方方式式为为滑滑滑滑移移移移和和孪孪孪孪生生生生。滑滑移移和和孪孪生生都都是是切切应应变变，而而且且只只有有当当外外加加切切应应力力分量大于晶体的临界分切应力分量大于晶体的临界分切应力t tc时才能开始。时才能开始。其中，其中，滑移是不均匀切变，孪生为均匀切变滑移是不均匀切变，孪生为均匀切变滑移是不均匀切变，孪生为均匀切变滑移是不均匀切变，孪生为均匀切变。在在常常常常温温

22、温温和和和和低低低低温温温温下下，单单晶晶体体的的塑塑性性变变形形主主要要通通过过滑滑移方式进行的，此外，还有孪生和扭折等方式。移方式进行的，此外，还有孪生和扭折等方式。扩扩散散性性变变形形及及晶晶界界滑滑动动和和移移动动等等方方式式主主要要存存在在于于高温高温高温高温形变中。形变中。31章节课件(1)滑移滑移a a滑移线与滑移带滑移线与滑移带1.单晶体的滑移单晶体的滑移滑移滑移滑移滑移：在切应力作用下，晶：在切应力作用下，晶：在切应力作用下，晶：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分体的一部分相对于另一部分体的一部分相对于另一部分体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）沿着一定的

23、晶面（滑移面）沿着一定的晶面（滑移面）沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相和晶向（滑移方向）产生相和晶向（滑移方向）产生相和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部对位移，且不破坏晶体内部对位移，且不破坏晶体内部对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。原子排列规律性的塑变方式。原子排列规律性的塑变方式。原子排列规律性的塑变方式。32章节课件由大量位错移动而导致晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面和晶向作相对的移动，即晶体塑性变形的滑移机制。滑移机制。滑移机制。滑移机制。滑移的显微观察滑移的显微观察滑移的显微观察滑移的显微观察33章节课件 对对对对滑滑滑滑移移移移

24、线线线线的的的的观观观观察察察察表表表表明明明明：晶晶晶晶体体体体塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀性性性性，滑滑滑滑移移移移只只只只是是是是集集集集中中中中发发发发生生生生在在在在一一一一些些些些晶晶晶晶面面面面上上上上，而而而而滑滑滑滑移移移移带带带带或或或或滑滑滑滑移移移移线线线线之之之之间间间间的的的的晶晶晶晶体体体体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。SmithWF.FoundationsofMaterial

25、sScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E滑移带：滑移带：光学显微镜观察到的塑变后单晶试样表面形成的滑移条纹。滑移线：滑移线：组成滑移带的平行线条。34章节课件滑移带滑移带slip bandsslip bands的形成的形成 弹性变形外力克服单晶原子间的键合力，弹性变形外力克服单晶原子间的键合力，使原子偏离其平衡位置，试样使原子偏离其平衡位置，试样开始伸长开始伸长。 晶面滑移当晶面滑移当外力大于屈服极限外力大于屈服极限后，沿单后，沿单晶的某一特定晶面原子产生晶的某一特定晶面原子产生相对滑移相对滑移。随应。随应力的增加，发生力的增加，发生滑移的晶面增加，塑性变形

26、滑移的晶面增加，塑性变形量加大。量加大。滑移带的数目、宽度、带间距离以及每条带中的滑移线的数目随金属和合金的不同、变形温度、变形速度及晶体表面状况的不同而不同。滑移带观察：试样预先抛光（不腐蚀），进行塑性变形，表面上出现一个个台阶，即滑移带。35章节课件 滑滑滑滑移移移移变变变变形形形形是是是是不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的，常常常常集集集集中中中中在在在在一一一一部部部部分分分分晶晶晶晶面面面面上上上上，而而而而处处处处于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。于各滑移带之间的晶体没有产生滑移。 滑滑滑滑移移移移带带带带的的的的发

27、发发发展展展展过过过过程程程程，首首首首先先先先是是是是出出出出现现现现细细细细滑滑滑滑移移移移线线线线，后后后后来来来来才才才才发发发发展展展展成成成成带带带带，而而而而且且且且，滑滑滑滑移移移移线线线线的的的的数数数数目目目目随随随随应应应应变变变变程程程程度度度度的的的的增增增增大大大大而而而而增增增增多，它们之间的距离则在缩短。多，它们之间的距离则在缩短。多，它们之间的距离则在缩短。多，它们之间的距离则在缩短。单晶体滑移特点单晶体滑移特点不改变晶体的取向；不改变晶体的取向；不改变晶体的取向；不改变晶体的取向； 不改变晶体的点阵类型；不改变晶体的点阵类型；不改变晶体的点阵类型；不改变晶体

28、的点阵类型； 在晶体表面产生台阶。在晶体表面产生台阶。在晶体表面产生台阶。在晶体表面产生台阶。36章节课件塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动。这塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动。这些晶面和晶向分别称为些晶面和晶向分别称为“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向” 滑滑滑滑移移移移面面面面：晶晶体体的的滑滑移移通通常常是是沿沿着着一一定定的的晶晶面面发发生生的的，此此组组晶面称为滑移面；晶面称为滑移面；滑滑滑滑移移移移方方方方向向向向：滑滑移移是是沿沿着着滑滑移移面面上上一一定定的的晶晶向向进进行行的的，此此晶晶向称为滑移方向。向称为滑移方向。一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个

29、一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系滑移系滑移系滑移系晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。b滑移系滑移系37章节课件Slip planeSlip line滑移的晶体学滑移的晶体学滑移的晶体学滑移的晶体学滑移面滑移面滑移面滑移面 （密排面）（密排面）（密排面）（密排面）滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向）滑移系：滑移系：滑移系：滑移系：一个滑移面和该面上一个一个滑移面和该面上一个一个滑移面和该面上一个一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。滑移方向的组合。滑移方向的组合。滑移方向的组合。滑移系的个数滑

30、移系的个数滑移系的个数滑移系的个数滑移面个数滑移面个数滑移面个数滑移面个数 每个每个每个每个面上所具有的滑移方向的个数面上所具有的滑移方向的个数面上所具有的滑移方向的个数面上所具有的滑移方向的个数一般滑移系越多，塑性越好；一般滑移系越多，塑性越好；一般滑移系越多，塑性越好；一般滑移系越多，塑性越好；滑移系数目与材料塑性的关系：滑移系数目与材料塑性的关系：滑移系数目与材料塑性的关系：滑移系数目与材料塑性的关系： 与滑移面密排程度和滑移方向个数与滑移面密排程度和滑移方向个数与滑移面密排程度和滑移方向个数与滑移面密排程度和滑移方向个数和同时开动滑移系数目有关和同时开动滑移系数目有关和同时开动滑移系数

31、目有关和同时开动滑移系数目有关38章节课件滑移发生在晶体的密排面上，并沿密排方向进行。滑移发生在晶体的密排面上，并沿密排方向进行。密排面的密排面的d最大最大，点阵阻，点阵阻力最小，力最小，最容易滑移最容易滑移密排晶向密排晶向原子间距最小原子间距最小，单位滑移量小；单位滑移量小；相互作用力最大，相互作用力最大，滑移滑移原子间距保持不变。原子间距保持不变。滑移系滑移系 slip systemsslip systems滑移系滑移系 = = 滑移面滑移面 * * 滑移方向滑移方向39章节课件三种典型金属晶格中的主要滑移系：三种典型金属晶格中的主要滑移系：三种典型金属晶格中的主要滑移系：三种典型金属晶格

32、中的主要滑移系：40章节课件面心立方：面心立方：面心立方：面心立方：滑移面111 4个，滑移方向 3个，滑移系43=12个41章节课件体心立方：体心立方：体心立方：体心立方：变形温度为0.50.25Tm，滑移面为110（最可能的）；变形温度为0.25Tm，滑移面为112；变形温度为0.8Tm，滑移面为123。滑移方向为。110有6个，每个面上有2个方向，62=12112有12个，每个面上有1个方向，121=12123有24个，每个面上有1个方向，241=24可能潜在的滑移系可能潜在的滑移系可能潜在的滑移系可能潜在的滑移系共有：共有：共有：共有：12+12+24=4812+12+24=48，其，

33、其，其，其中只有前中只有前中只有前中只有前1212个滑移个滑移个滑移个滑移系较普遍。系较普遍。系较普遍。系较普遍。42章节课件密排六方：密排六方：密排六方：密排六方：c/a1.633：滑移面00011个，滑移方向3个，滑移系13=3c/a1.633：滑移面1010和1011，滑移方向 由于由于hcp金属滑移系数目较少，密排六方金属的塑性通常金属滑移系数目较少，密排六方金属的塑性通常都不太好。都不太好。43章节课件一些常见金属滑移面与滑移方向一些常见金属滑移面与滑移方向一些常见金属滑移面与滑移方向一些常见金属滑移面与滑移方向44章节课件每个滑移系表示：金属晶体在进行滑移时可能采取的每个滑移系表示

34、：金属晶体在进行滑移时可能采取的每个滑移系表示：金属晶体在进行滑移时可能采取的每个滑移系表示：金属晶体在进行滑移时可能采取的一个空间取向，在其它条件相同时，滑移系越多，滑移一个空间取向，在其它条件相同时，滑移系越多，滑移一个空间取向，在其它条件相同时，滑移系越多，滑移一个空间取向，在其它条件相同时，滑移系越多，滑移时可能采取的空间取向越多，金属的塑性越好。时可能采取的空间取向越多，金属的塑性越好。时可能采取的空间取向越多，金属的塑性越好。时可能采取的空间取向越多，金属的塑性越好。 滑移方向对塑性作用大于滑移面。滑移方向对塑性作用大于滑移面。滑移方向对塑性作用大于滑移面。滑移方向对塑性作用大于滑

35、移面。 密排六方金属塑性最差，面心立方金属塑性最好，体密排六方金属塑性最差，面心立方金属塑性最好，体密排六方金属塑性最差，面心立方金属塑性最好，体密排六方金属塑性最差，面心立方金属塑性最好，体心立方介于中间。心立方介于中间。心立方介于中间。心立方介于中间。 启动滑移系：开始发生滑移的滑移系；启动滑移系：开始发生滑移的滑移系；启动滑移系：开始发生滑移的滑移系；启动滑移系：开始发生滑移的滑移系； 潜在滑移系：没有发生滑移的滑移系。潜在滑移系：没有发生滑移的滑移系。潜在滑移系：没有发生滑移的滑移系。潜在滑移系：没有发生滑移的滑移系。45章节课件C.滑移的临界分切应力滑移的临界分切应力晶体的滑移是在切

36、应力作用下进行的。晶体的滑移是在切应力作用下进行的。许许多多滑滑移移系系并并非非同同时时参参与与滑滑移移，当当外外力力在在某某一一滑滑移移系系中中的的分分切切应应力力达达到到一一定定临临界界值值时时，该该滑滑移移系系首首先先发生滑移时的分切应力称为发生滑移时的分切应力称为滑移的滑移的滑移的滑移的临界分切应力临界分切应力临界分切应力临界分切应力。滑滑移移的的临临界界分分切切应应力力是是一一个个真真实实反反映映单单晶晶体体受受力力起起始始屈屈服服的的物物理理量量。其其数数值值与与晶晶体体的的类类型型、纯纯度度及及温温度度等等因因素素有有关关，还还与与该该晶晶体体的的加加工工和和处处理理状状态态、变

37、变形速度及滑移系类型等因素有关。形速度及滑移系类型等因素有关。46章节课件（1）设设有有一一截截面面积积为为A的的圆圆柱柱形形单单晶晶体体受受轴轴向向拉拉力力F的的作作用用，为为滑滑移移面面法法线线与与外外力力F中中心心轴轴的的夹夹角角， 为为滑滑移移方方向向与外力与外力F的夹角。的夹角。滑移面的面积为滑移面的面积为作用在此滑移面上的应力作用在此滑移面上的应力 滑移面法线与外力中心轴的夹角外力在滑移方向的分切应力外力在滑移方向的分切应力外力在滑移方向的分切应力外力在滑移方向的分切应力 47章节课件宏观起始宏观起始拉伸应力拉伸应力取向因子取向因子orientationfactor施密特因子施密特

38、因子Schmidfactor滑移方向滑移方向与外力的夹角与外力的夹角应应力力可可分分解解为为两两个个分分应应力力：垂垂直直于于滑滑移移面面的的分分正正应应力力和和平平行行于于滑滑移移面面的的分分切切应应力力。分分切切应应力力作作用用在在滑滑移移方方向向上上，使使晶晶体体产产生生滑滑移，其大小为：移，其大小为：slipdirectionslipdirection是材料常数，与晶体取向无是材料常数，与晶体取向无是材料常数，与晶体取向无是材料常数，与晶体取向无关！关！关！关！其大小取决于位错在滑其大小取决于位错在滑移面上运动时所受的阻力。移面上运动时所受的阻力。只有当只有当K时，才能开始滑时，才能开

39、始滑移移48章节课件临界分切应力定律：临界分切应力定律：临界分切应力定律：临界分切应力定律：晶体滑移时，必须在滑移面上沿滑移方向上的分切应力达到一个临界值时，才能开始滑移。看出：当分切应力达到一个临界值时，晶体便沿确定的滑移系发生滑移，与作用在该滑移系的正应力无关。S=K/coscos由于K与外力方向无关，则coscos改变时，相应晶体发生塑性变形的屈服应力也要改变。对于确定的晶体K是常数，单晶体的屈服应力随取向因子的变化而改变。49章节课件50需要了解需要了解coscos的变化范围：的变化范围：coscos=(1/2)sin2 当当=45，coscos=1/2，最大，最易滑移。把这样的位向最

40、大，最易滑移。把这样的位向称为称为“软取向软取向”。软取向：取向因子较大的位向；。软取向：取向因子较大的位向； 当当=0、90，coscos=0，=0，无论施加多大外力也不能，无论施加多大外力也不能滑移。把这样的位向称为滑移。把这样的位向称为“硬取向硬取向”硬取向：取向因子较小的硬取向：取向因子较小的位向；位向； 所以所以大于或小于大于或小于45都不利滑移都不利滑移50章节课件d拉伸和压缩时晶体的转动拉伸和压缩时晶体的转动（1）拉拉伸伸：单单晶晶体体滑滑移移时时，除除滑滑移移面面发发生生相相对对位位移移外，往往伴随着晶面的转动外，往往伴随着晶面的转动有约束时-导致转动无约束时51章节课件分正应

41、力：分正应力：拉拉伸伸作作用用在在中中间间一一层层金金属属上上下下两两面面的的作作用力用力可分为两可分为两个分应力：个分应力：分分正正应应力力1、2垂垂直直于于滑滑移移面面，成成力力偶偶，使晶块滑移面朝外力轴方向转动。使晶块滑移面朝外力轴方向转动。52章节课件分切应力分切应力：分分切切应应力力与与滑滑移移方方向向不不一一致致时时，可可分分解解为为平平行行于于滑滑移移方方向向和和垂垂直直于于滑移方向的两个分力。滑移方向的两个分力。前前一一分分力力产产生生滑滑移移，后后一一分分力力构构成成力力偶偶，使使滑滑移移方方向向转转至至最最大大切切应应力方向。力方向。拉拉伸伸时时，在在产产生生滑滑移移的的过

42、过程程中中，晶晶体体的的位位向向在在不不断断改改变变，不不仅仅滑滑移移面面在在转转动动，而而且且滑滑移移方方向也改变位向。向也改变位向。53章节课件（2）压缩）压缩压缩时晶体的滑移面，压缩时晶体的滑移面，力图转至与压力方向力图转至与压力方向垂直的位置。垂直的位置。54章节课件（1 1）对只有一组滑移面的晶体：）对只有一组滑移面的晶体：）对只有一组滑移面的晶体：）对只有一组滑移面的晶体： 几何软化：使滑移系转向容易滑移的软取向。几何软化：使滑移系转向容易滑移的软取向。几何软化：使滑移系转向容易滑移的软取向。几何软化：使滑移系转向容易滑移的软取向。 几何硬化：使滑移系转向不容易滑移的硬取向，几何硬

43、化：使滑移系转向不容易滑移的硬取向，几何硬化：使滑移系转向不容易滑移的硬取向，几何硬化：使滑移系转向不容易滑移的硬取向，造成形变抗力增加。造成形变抗力增加。造成形变抗力增加。造成形变抗力增加。（2 2）对有多组滑移面的晶体：多个滑移系滑移。）对有多组滑移面的晶体：多个滑移系滑移。）对有多组滑移面的晶体：多个滑移系滑移。）对有多组滑移面的晶体：多个滑移系滑移。晶体转动的结果使晶体转动的结果使晶体转动的结果使晶体转动的结果使 和和和和 角发生变化，取向因子变化，导致：角发生变化，取向因子变化，导致：角发生变化，取向因子变化，导致：角发生变化，取向因子变化，导致：55章节课件e多系滑移多系滑移单单滑

44、滑移移：只只有有一一个个特特定定的的滑滑移移系系处处于于最最有有利利的的位置而优先开动时，形成单滑移。位置而优先开动时，形成单滑移。有有多多组组滑滑移移系系的的晶晶体体，滑滑移移首首先先在在取取向向最最有有利利的的滑滑移移系系中中进进行行，由由于于变变形形时时晶晶面面转转动动，另另一一组组滑滑移移面面上上的的分分切切应应力力也也可可能能逐逐渐渐增增加加到到足足以以发发生生滑滑移移的的临临界界值值以以上上，于于是是晶晶体体的的滑滑移移就就可可能能在在两两组组或或更更多多的的滑滑移移面面上上同同时时进进行行或或交交替替地地进行，从而产生多系滑移。进行，从而产生多系滑移。位错交互运动使位错运动受阻，

45、材料得到强化位错交互运动使位错运动受阻，材料得到强化56章节课件 （1 1）滑移的分类）滑移的分类 多多多多滑滑滑滑移移移移：在在多多个个（22）滑滑移移系系上上同同时时或或交交替替进进行行的的滑移。滑移。 双滑移：双滑移： 单滑移：单滑移： （2 2）等等等等效效效效滑滑滑滑移移移移系系系系：各各滑滑移移系系的的滑滑移移面面和和滑滑移移方方向向与与力力轴轴夹角分别相等的一组滑移系。夹角分别相等的一组滑移系。57章节课件（3 3）. . 交滑移交滑移交交交交滑滑滑滑移移移移：晶晶体体在在两两个个或或多多个个不不同同滑滑移移面面上上沿沿同同一一滑滑移移方方向向进进行的滑移。行的滑移。 机制机制

46、螺螺位位错错的的交交滑滑移移：螺螺位位错错从从一一个个滑滑移移面面转转移移到到与与之之相相交交的另一滑移面的过程；的另一滑移面的过程； 螺螺位位错错的的双双交交滑滑移移：交交滑滑移移后后的的螺螺位位错错再再转转回回到到原原滑滑移移面的过程。面的过程。58章节课件f滑移的位错机制滑移的位错机制晶晶体体的的滑滑移移必必须须在在一一定定的的外外力力作作用用下下才才能能发发生生，这这说说明位错的运动要克服阻力。明位错的运动要克服阻力。位位错错运运动动的的阻阻力力首首先先来来自自点点阵阵阻阻力力。由由于于点点阵阵结结构构的的周周期期性性，当当位位错错沿沿滑滑移移面面运运动动时时，位位错错中中心心的的能能

47、量量也也要要发发生周期性的变化。生周期性的变化。位错滑移时核心能量的变化位错滑移时核心能量的变化1和和2为为等等同同位位置置，当当位位错错处处于于这这种种平平衡衡位位置置时时，其其能能量量最最小小，相相当当于于处处在在能能谷谷中中。当当位位错错从从位位置置1移移动动到到位位置置2时时，需需要要越越过过一一个个势势垒垒，这这就就是是说说位位错错在在运运动动时时会会遇遇到到点点阵阵阻阻力力。由由于于派派尔尔斯斯（Peierls）和和纳纳巴巴罗罗（Nabarro）首先估算了这一阻力，故又称为）首先估算了这一阻力，故又称为派派 纳（纳（P-N）力。）力。59章节课件滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现

48、的。滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行滑移不是刚性滑动滑移不是刚性滑动滑移不是刚性滑动滑移不是刚性滑动60章节课件派派-纳（纳（P-N）力）力式式中中，b为为滑滑移移方方向向上上的的原原子子间间距距，d为为滑滑移移面面的的面面间间距距，为泊松比，为泊松比，W=d/(1-)代表代表位错宽度位错宽度位位错错宽宽度度越越大大，则则派派一一纳纳力力越越小小，这这是是因因为为位位错错宽宽度度表表示示了了位位错错所所导导致致的的点点阵阵严严重重畸畸变变区区的的范范围围宽宽度度大大则则位位错错周周围围的的原原子子就就能能比比较较接接近近于于平平衡衡位位置置，点点阵阵的

49、的弹弹性性畸畸变变能能低低，故故位位错错移移动动时时其其他他原原子子所所作作相应移动的距离较小，产生的阻力也较小。相应移动的距离较小，产生的阻力也较小。61章节课件位错运动的阻力与晶体的强化位错运动的阻力与晶体的强化l点阵阻力；点阵阻力；l位错与位错的交互作用产生的阻力；位错与位错的交互作用产生的阻力；l运运动动位位错错交交截截后后形形成成的的扭扭折折和和割割阶阶，尤尤其其是是螺螺型型位位错错的的割割阶阶将将对对位位错错起起钉钉扎扎作作用用，致致使使位位错错运运动动的阻力增加；的阻力增加；l位位错错与与其其他他晶晶体体缺缺陷陷如如点点缺缺陷陷，其其他他位位错错、晶晶界界和第二相质点等交互作用产

50、生的阻力；和第二相质点等交互作用产生的阻力；l对位错运动均会产生阻力，导致晶体强化。对位错运动均会产生阻力，导致晶体强化。62章节课件小小结结滑移是不均匀的切变，发生在某些特定晶面和晶向上；滑移使两部分晶体产生相对移动，移动距离为nb，滑移之后总是保持着原来晶体学的一致性；滑移总是沿着一定的晶向和晶面进行，滑移系比较多的材料具有优良的塑性；滑移是在切应力作用下进行，分切应力大于临界分切应力才会发生；滑移同时滑移面和滑移方向会产生转动；滑移的实质是位错沿着滑移面运动的结果。63章节课件2.单晶体的孪生单晶体的孪生l当当面面心心立立方方晶晶体体在在切切应应力力作作用用下下发发生生孪孪生生变变形形时

51、时，晶晶体体内内局局部部地地区区的的各各个个（111）晶晶面面沿沿着着11-2方方向向（AC），产产生生彼彼此此相相对对移移动动距距离离为为a/611-2的的均均匀匀切变。切变。l这这样样的的切切变变并并未未使使晶晶体体的的点点阵阵类类型型发发生生变变化化，但但它它却却使使均均匀匀切切变变区区中中的的晶晶体体取取向发生变更，变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向。向发生变更，变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向。l这一变形过程称为这一变形过程称为孪生孪生。变形与未变形两部分晶体合称为。变形与未变形两部分晶体合称为孪晶孪晶；l均匀切变区与未切变区的分界面（即两者的镜面对称面）称为均匀切变区与未切变区的

52、分界面（即两者的镜面对称面）称为孪晶界孪晶界；l发发生生均均匀匀切切变变的的那那组组晶晶面面称称为为孪孪晶晶面面（即即（111）面面）；孪孪生生面面的的移移动动方方向向（即即11-2方向）称为方向）称为孪生方向孪生方向。a.孪生变形过程孪生变形过程64章节课件65章节课件（1）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑）孪生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，移受阻而引起的应力集中区，因此，孪生所需的临界切应力孪生所需的临界切应力要比滑移时大得多，要比滑移时大得多，例如：99.999%Cd，滑移的临界分切应力为30g/mm2；孪生的临界分切应力为4

53、22g/mm2（2）孪孪生生是是一一种种均均匀匀切切变变，即即切切变变区区内内与与孪孪晶晶面面平平行行的的每每一一层层原原子子面面均均相相对对于于其其毗毗邻邻晶晶面面沿沿孪孪生生方方向向位位移移了了一一定定的的距距离离，且且每每一一层层原原子子相相对对于于孪孪生生面面的的切切变变量量跟跟它它与与孪孪生生面面的的距距离离成成正比正比。（3）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。）孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。（4）形形变变孪孪晶晶常常见见于于密密排排六六方方和和体体心心立立方方晶晶体体（密密排排六六方方金金属很容易产生孪生变形属很容易产生孪生变形），面心立方晶体中很难发生孪生。），面

54、心立方晶体中很难发生孪生。（5）孪孪生生本本身身对对金金属属塑塑性性变变形形的的贡贡献献不不大大，但但形形成成的的孪孪晶晶改改变变了了晶晶体体的的位位向向，使使新新的的滑滑移移系系开开动动，间间接接对对塑塑性性变变形形有有贡贡献。献。（6）不改变晶体的点阵类型）不改变晶体的点阵类型b.孪生特点孪生特点66章节课件（8）孪晶生长要求通过基体的其它塑变方式（滑移、扭折）进行协调。（9）孪生时可以听到声音，并在应力应变曲线上出现锯齿状的波动。（10）孪生对总变形量贡献不大（提供710%）。但孪生是滑移的补充，当滑移不能进行时，孪生改变晶体取向，使滑移继续。（7）孪晶为条带状（可以是平直的、透镜状），

55、可以平行，也可以交成一定角度。金属锌在拉伸中形成的孪晶67章节课件68章节课件c孪晶的形成孪晶的形成在晶体中形成孪晶的主要方式有三种：在晶体中形成孪晶的主要方式有三种：l一一是是通通过过机机械械变变形形而而产产生生的的孪孪晶晶，也也称称为为“变变形形孪孪晶晶”或或“机机械械孪孪晶晶”，它它的的特特征征通通常常呈呈透透镜镜状状或片状；或片状；l其其二二为为“生生长长孪孪晶晶”，它它包包括括晶晶体体自自气气态态（如如气气相相沉沉积积）、液液态态（液液相相凝凝固固）或或固固体体中中长长大大时时形形成的孪晶；成的孪晶；l其其三三是是变变形形金金属属在在其其再再结结晶晶退退火火过过程程中中形形成成的的孪

56、孪晶晶，也也称称为为“退退火火孪孪晶晶”，它它往往往往以以相相互互平平行行的的孪孪晶晶面面为为界界横横贯贯整整个个晶晶粒粒，是是在在再再结结晶晶过过程程中中通通过过堆堆垛垛层层错错的的生生长长形形成成的的。它它实实际际上上也也应应属属于于生生长孪晶，系从固体中生长过程中形成。长孪晶，系从固体中生长过程中形成。69章节课件(a) (a) 退火孪晶示意图退火孪晶示意图 (b)(b)纯铜的退火孪晶纯铜的退火孪晶70章节课件密排六方金属滑移系少滑移系少滑移系少滑移系少，容易进行孪生变形。体心立方室温只有在冲击载荷下发生孪生变形。在室温以下由于滑移不易进行滑移不易进行滑移不易进行滑移不易进行，可以孪生方

57、式变形。面心立方在极低温度极低温度极低温度极低温度（4-78K）下，滑移极为困难时产生-滑移难以进行时才发生孪生。发生孪生变形的条件发生孪生变形的条件71章节课件孪孪晶晶的的萌萌生生一一般般需需要要较较大大的的应应力力，但但随随后后长长大大所所需需的的应应力力较较小小，其其拉拉伸伸曲曲线线呈呈锯锯齿齿状状。孪孪晶晶核核心心大大多多是是在在晶晶体体局局部部高高应应力力区区形形成成。变变形形孪孪晶晶一一般般呈呈片片状状。变变形形孪孪晶晶经经常常以以爆爆发方式形成，生成速率较快。发方式形成，生成速率较快。72章节课件fcc：111bcc:112hcp:1012不同晶体结构往往有不同孪生面和孪生方向：

58、不同晶体结构往往有不同孪生面和孪生方向：变形孪晶的生长大致可分为变形孪晶的生长大致可分为形核形核 长大长大两个阶段两个阶段行的条件下才会发生。例如，行的条件下才会发生。例如，Mg孪生所需孪生所需 cMPa, 而滑移时而滑移时 c仅为仅为0.49MPa。但孪晶的长大速度极快（与冲。但孪晶的长大速度极快（与冲 击波的速度相当）有相当数量的能量被释放出来，故常可击波的速度相当）有相当数量的能量被释放出来，故常可 听见明显可闻听见明显可闻“咔、嚓咔、嚓”声，也称孪生吼叫。声，也称孪生吼叫。孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进73章节课件滑移滑移孪

59、生孪生相同点相同点1 1 切变；切变；2 2 沿一定的晶面、晶向进行；沿一定的晶面、晶向进行；3 3 不改变结构不改变结构。不不同同点点晶体位向晶体位向不不改改变变（对对抛抛光光面面观观察察无无重现性）重现性）。改改变变，形形成成镜镜面面对对称称关关系系（对对抛抛光面观察有重现性）光面观察有重现性）位移量位移量滑滑移移方方向向上上原原子子间间距距的的整整数倍，较大。数倍，较大。小小于于孪孪生生方方向向上上的的原原子子间间距距，较小。较小。对塑变的贡献对塑变的贡献很大，总变形量大。很大，总变形量大。有限，总变形量小。有限，总变形量小。变形应力变形应力有一定的临界分切压力有一定的临界分切压力所需临

60、界分切应力远高于所需临界分切应力远高于滑移滑移变形条件变形条件一般先发生滑移一般先发生滑移滑移困难时发生滑移困难时发生变形机制变形机制全位错运动的结果全位错运动的结果分位错运动的结果分位错运动的结果74章节课件d.孪生的位错机制由于孪生变形时整个孪晶区发生均匀切变，故其各层晶面的相对位移是借助一个不全位错运动而造成的。单位位错伯氏矢量等于单位点阵矢量伯氏矢量等于单位点阵矢量全位错伯氏矢量等于点阵矢伯氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错量或其整数倍的位错不全位错伯氏矢量不等于点阵伯氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错矢量整数倍的位错部分位错伯氏矢量小于点伯氏矢量小于点阵矢量的位错阵矢量的位错肖克利不全

61、位错75章节课件以面心立方晶体为例：如在某111滑移面上有一个全位错a/2扫过，则滑移面两侧将产生一个原子间距的相对滑移量，并且111面堆垛次序不变（ABCABCABC）；而当在相互平行且相邻的一组111滑移面上有一个不全位错扫过时，各滑移面间相对位移就不是一个原子间距，由于晶面发生层错而使堆垛顺序由原来的ABCABCABC变为ABCACBACB，这样就在晶体的上半部分形成一片孪晶。76章节课件位错增殖极轴机制：如图OA，OB，OC三条位错相交于结点O，OA，OB不在滑移面上，属于不动位错(极轴位错)，OC为可动的不全位错（扫动位错），且只能绕极轴转动，每当它在（111）面上扫过一圈，就产生一

62、个单原子层孪晶，同时又沿着螺旋面上升一层，这样不断转动，上述过程逐层地重复进行，就在晶体中形成一个孪晶区。77章节课件通过单纯孪生达到的变形量是极为有限的，如通过单纯孪生达到的变形量是极为有限的，如Zn单晶，孪单晶，孪生生只能获得只能获得7.27.4伸长率，远小于滑移所作的贡献。但伸长率，远小于滑移所作的贡献。但是是孪生变形改变了晶体的位向，从而可使晶体处于更有利孪生变形改变了晶体的位向，从而可使晶体处于更有利于发于发生滑移的位置，激发进一步的滑移，获得很大变形生滑移的位置，激发进一步的滑移，获得很大变形量，故间量，故间接贡献却很大。接贡献却很大。孪生的机制：孪生时每层晶面的位置是借助一个不全

63、位错孪生的机制：孪生时每层晶面的位置是借助一个不全位错（肖克莱）的移动而成的，是借助位错增殖的极轴机制来实（肖克莱）的移动而成的，是借助位错增殖的极轴机制来实现的。现的。d.孪生形变的意义孪生形变的意义78章节课件l为为了了使使晶晶体体的的形形状状与与外外力力相相适适应应，当当外外力力超超过过某某一一临临界界值值时时晶晶体体将将会会产产生生局局部部弯弯曲曲，这这种种变变形形方方式式称称为为扭扭折折，变变形形区区域域则则称称为为扭折带。扭折带。l扭扭折折变变形形与与孪孪生生不不同同，它它使使扭扭折折区区晶晶体体的的取取向向发发生生了了不不对对称称性性的的变化变化。l扭扭折折是是一一种种协协调调性

64、性变变形形，它它能能引引起起应应力力松松弛，使晶体不致断裂。弛，使晶体不致断裂。3.单晶体的扭折单晶体的扭折79章节课件扭折带组成：扭折带组成：扭折曲区扭折曲区扭折曲区扭折曲区ADCBADCB：有清晰的界面，上下界面有符号相反的两列刃位错组成；弯曲区在折曲区的两侧弯曲区在折曲区的两侧弯曲区在折曲区的两侧弯曲区在折曲区的两侧：由同号刃位错堆积而成，取向逐渐过渡且左右两侧的位错符号相反。扭折区晶体的位向发生了不对称的变化，有可能使该区内的滑移系处于有利取向，从而产生滑移。扭折也是晶体松弛应力的方式之一。80章节课件多晶体形变的特点多晶体形变的特点多晶体形变的特点多晶体形变的特点不同于单晶；每一晶粒

65、的取向“软”和“硬”不同，形变先后及形变量也不同。为保持整体的连续性，每个晶粒的形变必受每个晶粒的形变必受每个晶粒的形变必受每个晶粒的形变必受相邻晶粒所制约相邻晶粒所制约相邻晶粒所制约相邻晶粒所制约。空洞空洞重叠重叠二、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形多晶体与单晶体比较：多晶体与单晶体比较：多晶体与单晶体比较：多晶体与单晶体比较： 相邻各晶粒之间存在晶界；相邻晶粒位向不同。多晶体塑变：多晶体塑变：多晶体塑变：多晶体塑变： 每个晶粒变形基本方式同单晶体； 有特殊性。81章节课件（1 1）取向差效应取向差效应取向差效应取向差效应：由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶

66、粒发生塑性变形时，为了保持金属的粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。1.影响多晶体塑性变形的因素影响多晶体塑性变形的因素多晶体变形要受到晶界和相邻不同位向晶粒的约束。周围多晶体变形要受到晶界和相邻不同位向晶粒的约束。周围晶粒同时发生相适应的变形来配合。一般多晶体为多系滑移，晶

67、粒同时发生相适应的变形来配合。一般多晶体为多系滑移，高的加工硬化率，变形抗力增大，强度显著提高，应力高的加工硬化率，变形抗力增大，强度显著提高，应力-应变应变曲线无曲线无只出现只出现、阶段。阶段。82章节课件外力外力F作用下作用下变形不均匀变形不均匀为保持连续性，周围晶粒变形必须相互制约，相互协调为保持连续性，周围晶粒变形必须相互制约，相互协调处于有利取向晶粒先开始滑移处于有利取向晶粒先开始滑移 处于不利取向晶粒还末开始滑移处于不利取向晶粒还末开始滑移分切应力分切应力滑移分正应力滑移分正应力晶粒发生转动，晶粒发生转动，软取向软取向硬取向；硬取向；每个晶粒的变形必须与周围的晶粒每个晶粒的变形必须

68、与周围的晶粒相互协调相互协调相互协调相互协调，自身需要多个，自身需要多个滑移系同时滑移，协调变形，保持晶体连续性。每个晶粒除滑移系同时滑移，协调变形，保持晶体连续性。每个晶粒除了要有自身的主滑移外，还需要其它滑移系了要有自身的主滑移外，还需要其它滑移系(5个个)启动以协调启动以协调相邻晶粒的变形。相邻晶粒的变形。参与滑移变形的晶粒越来越多，宏观上处于均匀变形阶段。参与滑移变形的晶粒越来越多，宏观上处于均匀变形阶段。滑移传递需激发相邻晶粒位错源开动；滑移传递需激发相邻晶粒位错源开动；83章节课件晶粒之间变形的协调性晶粒之间变形的协调性（1）原因：各晶粒之间，位向不同变形具有非同时性。）原因：各晶

69、粒之间，位向不同变形具有非同时性。（2）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致晶体分裂）导致晶体分裂）（3）条件：）条件：多晶体塑性变形时要求至少有多晶体塑性变形时要求至少有5个独立的滑个独立的滑移系进行滑移动移系进行滑移动。（保证晶粒形状的自由变化）。（保证晶粒形状的自由变化）fcc,bcc 滑移系多滑移系多塑性好塑性好hcp 滑移系少滑移系少塑性差塑性差84章节课件（2）晶晶界界阻阻滞滞效效应应：90%以以上上的的晶晶界界是是大大角角度度晶晶界界，其其结结构构复复杂杂，由由约约几几个个纳纳米米厚厚的的原原子子排排列列紊紊乱乱的的区区域域与

70、与原原子子排排列列较较整整齐齐的的区区域域交交替替相相间间而而成成，这这种种晶晶界界本本身身使使滑滑移移受受阻阻而而不不易直接传到相邻晶粒。易直接传到相邻晶粒。85章节课件多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，

71、滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。金属便显示出明显的塑性变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带86章节课件形成亚晶（位错胞）：形成亚晶（位错胞）：形成亚晶（位错胞）：形成亚晶（位错胞）：各晶粒不能同时变形，各晶粒的变形量各晶粒不能同时变形，各晶粒的变形量不同，且同一个晶粒内的不同区域有不不同，且同一个晶粒内的不同区域有不同的滑移系开动，其滑移量、旋转方向同的滑移系开动，其滑移量、旋转方向和弯曲程度不同。结果，晶粒的形状改和弯曲程度不同。结果，晶粒的形状改变的同时，晶

72、粒也逐渐碎化形成亚晶，变的同时，晶粒也逐渐碎化形成亚晶，就是由位错缠结作为胞壁所形成的形变就是由位错缠结作为胞壁所形成的形变胞胞变形前：等轴晶粒变形前：等轴晶粒变形后：拉长晶粒变形后：拉长晶粒87章节课件88章节课件l多晶体试样经拉伸后，每一晶粒中的滑移带都终止在晶界附近；多晶体试样经拉伸后，每一晶粒中的滑移带都终止在晶界附近；l在变形过程中位错难以通过晶界被堵塞在晶界附近；在变形过程中位错难以通过晶界被堵塞在晶界附近；l这这种种在在晶晶界界附附近近产产生生的的位位错错塞塞积积群群会会对对晶晶内内的的位位错错源源产产生生一一反反作用力。此反作用力随位错塞积的数目作用力。此反作用力随位错塞积的数

73、目n而增大；而增大；l当当它它增增大大到到某某一一数数值值时时，可可使使位位错错源源停停止止开开动动。使使晶晶体体显显著著强强化。化。l因因此此，对对多多晶晶体体而而言言，外外加加应应力力必必须须大大至至足足以以激激发发大大量量晶晶粒粒中中的位错源动作，产生滑移，才能觉察到宏观的塑性变形。的位错源动作，产生滑移，才能觉察到宏观的塑性变形。0为为作作用用于于滑滑移移面面上上外外加加分分切切应应力力；L为为位位错错源源至至晶晶界界之之距距离离；k为为系系数数，螺螺位位错错k=1，刃位错刃位错k=1-v。位错塞积数目位错塞积数目89章节课件需要注意几点需要注意几点晶界本身的强度对多晶体加工硬化的贡献

74、并不是很大，主要来源于晶界两侧晶粒的位相差；晶界的阻碍作用只在早期比较大，与位错密度有关；晶界阻碍作用大小与晶体结构密切相关，密排六方滑移系少，所以晶界阻碍作用比面心立方和体心立方明显。90章节课件三、晶粒大小对机械性能的影响三、晶粒大小对机械性能的影响1晶粒大小对金属室温机械性能的影响晶粒大小对金属室温机械性能的影响晶晶粒粒越越细细，室室温温强强度度，包包括括s，b较较大大，塑塑性性较较好好，称为称为细晶强化。细晶强化。例：例：10#钢钢s与晶粒大小的关系与晶粒大小的关系Hall-Petch公式：公式：S=0+Kd-1/20，K：材料常数：材料常数大大量量实实验验表表明明，Hall-Petc

75、h公公式式不不仅仅适适用用于于屈屈服服强强度度，同同时时也也适适用用于于塑塑性性材材料料流流变变应应力力，脆脆性性材材料料脆脆断断应应力力，及及金金属属材材料料的的疲疲劳劳强强度度等等整整个个流流变变范范围围以以至至断断裂强度。裂强度。晶粒直径（晶粒直径（m）400501052下屈服点下屈服点KN/m2）8612118024234591章节课件92章节课件常温下晶粒越细小，屈服强度越高，塑性越好。常温下晶粒越细小，屈服强度越高，塑性越好。晶粒细小，位错源到晶界的距离小，发放的位错数目少，附晶粒细小，位错源到晶界的距离小，发放的位错数目少，附加的切应力小，不易激发相邻位错源开动，滑移不易转到另加

76、的切应力小，不易激发相邻位错源开动，滑移不易转到另一晶粒，屈服强度高。一晶粒，屈服强度高。晶粒越细小，屈服强度越高的原因：晶粒越细小，屈服强度越高的原因：93章节课件 （1）晶粒越细小，晶内与晶界变形差异小，变形均匀，应）晶粒越细小，晶内与晶界变形差异小，变形均匀，应力集中小，不易开裂；力集中小，不易开裂； （2）晶粒越细小，单位面积晶粒数多，有利于变形的取向）晶粒越细小，单位面积晶粒数多，有利于变形的取向多；多； （3）晶粒越细小，晶界多且曲折，不利于裂纹的传播。）晶粒越细小，晶界多且曲折，不利于裂纹的传播。 当应力大于屈服极限开始变形时，晶粒细小，在开裂前承受当应力大于屈服极限开始变形时，

77、晶粒细小，在开裂前承受当应力大于屈服极限开始变形时，晶粒细小，在开裂前承受当应力大于屈服极限开始变形时，晶粒细小，在开裂前承受的变形量大，塑性好。的变形量大，塑性好。的变形量大，塑性好。的变形量大，塑性好。晶粒越细小，塑性越高的原因：晶粒越细小，塑性越高的原因：所以，细晶强化是提高性能的途径之一。所以，细晶强化是提高性能的途径之一。94章节课件2晶粒大小对高温强度的影响晶粒大小对高温强度的影响低温时：晶界强度低温时：晶界强度晶内强度晶内强度加上晶界两侧晶粒位向差影响加上晶界两侧晶粒位向差影响晶界对滑移有阻滞作用晶界对滑移有阻滞作用高温时则不同，有两种不同的变形机制：高温时则不同，有两种不同的变

78、形机制：（1）晶粒沿晶界滑动（晶界滑动机制）晶粒沿晶界滑动（晶界滑动机制）当当TTm/2时，以晶粒沿晶界的相对滑移方式进行时，以晶粒沿晶界的相对滑移方式进行T扩散能力扩散能力，且原子沿晶界扩散速率，且原子沿晶界扩散速率 沿晶内的。沿晶内的。 故高温时晶界似流体一样，呈现粘滞性故高温时晶界似流体一样，呈现粘滞性变形抗力变形抗力沿晶界滑移沿晶界滑移（2）扩散性蠕变机制）扩散性蠕变机制蠕变：在一定蠕变：在一定tC（300C）下，当应力大于某一值时，即）下，当应力大于某一值时，即使外力不再增加，而塑性变形随时间延长而会缓慢地增加现使外力不再增加，而塑性变形随时间延长而会缓慢地增加现象。象。晶界薄弱地带

79、晶界薄弱地带95章节课件ABCD为多晶体中一晶粒，为多晶体中一晶粒，AB、CD晶界受拉，在其晶界受拉，在其附近易于产生空位，空位附近易于产生空位，空位浓度较高，浓度较高，AC、BD受压，空位浓度较低。受压，空位浓度较低。存在空位浓度梯度导致空位向存在空位浓度梯度导致空位向AC、BD定向移动，定向移动，原子向原子向AB、CD定向移动，从而使晶粒沿拉伸方定向移动，从而使晶粒沿拉伸方向伸长，即使在恒应力情况下，随时间延长也会向伸长，即使在恒应力情况下，随时间延长也会不断发生应变不断发生应变扩散性蠕变扩散性蠕变扩散扩散 空位空位蠕变蠕变与与有关有关96章节课件TTTTTTE E：晶界强度低于晶内，晶粒

80、越细小，晶界越多，材料的：晶界强度低于晶内，晶粒越细小，晶界越多，材料的：晶界强度低于晶内，晶粒越细小，晶界越多，材料的：晶界强度低于晶内，晶粒越细小，晶界越多，材料的强度越低。希望高温下使用的金属材料获得粗大的晶粒，以强度越低。希望高温下使用的金属材料获得粗大的晶粒，以强度越低。希望高温下使用的金属材料获得粗大的晶粒，以强度越低。希望高温下使用的金属材料获得粗大的晶粒，以减少晶界。减少晶界。减少晶界。减少晶界。多晶体材料温度和强度关系：多晶体材料温度和强度关系：金属材料晶界、晶内强度与温度关系(a)低温；低温；(b)高温高温多晶拉伸97章节课件第三节第三节 合金的塑性变形合金的塑性变形 一、

81、一、单相固溶体合金塑性变形的特点单相固溶体合金塑性变形的特点1固溶强化固溶强化单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称塑性、韧性下降，称固溶强化固溶强化。98章节课件曲线整体水平提高；加工硬化率大；溶质原子不同，强化效果不同。可以看出：可以看出：99章节课件影响固溶强化的因素影响固溶强化的因素 固溶体中溶质原子的含量；固溶体中溶质原子的含量；固溶体中溶质原子的含量；固溶体中溶质原子的含量； 溶质原子

82、与基体金属的原子半径相差越大，强化作用溶质原子与基体金属的原子半径相差越大，强化作用溶质原子与基体金属的原子半径相差越大，强化作用溶质原子与基体金属的原子半径相差越大，强化作用也越大；也越大；也越大；也越大； 间隙型溶质原子比置换型溶质原子具有更大的固溶强间隙型溶质原子比置换型溶质原子具有更大的固溶强间隙型溶质原子比置换型溶质原子具有更大的固溶强间隙型溶质原子比置换型溶质原子具有更大的固溶强化效果，且由于间隙型溶质原子在体心立方晶体中的化效果，且由于间隙型溶质原子在体心立方晶体中的化效果，且由于间隙型溶质原子在体心立方晶体中的化效果，且由于间隙型溶质原子在体心立方晶体中的点阵畸变属非对称性的，

83、故其强化作用大于面心立方点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方点阵畸变属非对称性的，故其强化作用大于面心立方晶体的，但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效晶体的，但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效晶体的，但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效晶体的，但间隙原子的固溶度很有限，故实际强化效果也有限；果也有限；果也有限；果也有限； 溶质原子与基体金属的价电溶质原子与基体金属的价电溶质原子与基体金属的价电溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用子数相差越大，固溶强化作用子数相差越大，固溶强化作用子数相差越大，固溶强化作用越显著，即固

84、溶体的屈服强度越显著，即固溶体的屈服强度越显著，即固溶体的屈服强度越显著，即固溶体的屈服强度随合金电子浓度的增加而提高。随合金电子浓度的增加而提高。随合金电子浓度的增加而提高。随合金电子浓度的增加而提高。CuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuCuZnZn晶格畸变，阻碍位错运动晶格畸变，阻碍位错运动晶格畸变，阻碍位错运动晶格畸变，阻碍位错运动100章节课件固溶强化的机制：固溶强化的机制：l弹性交互作用弹性交互作用l化学交互作用化学交互作用l电交互作用电交互作用l几何交互作用几何交互作用101章节课件弹性交互作用：弹性交互作用：弹性交互作用：弹性交互作用：位错的应力场与溶质原子的应力场位

85、错的应力场与溶质原子的应力场位错的应力场与溶质原子的应力场位错的应力场与溶质原子的应力场交互作用，使溶质原子围绕位错形交互作用，使溶质原子围绕位错形交互作用，使溶质原子围绕位错形交互作用，使溶质原子围绕位错形成溶质原子聚集区成溶质原子聚集区成溶质原子聚集区成溶质原子聚集区柯氏气团。柯氏气团。柯氏气团。柯氏气团。位错移动时必须挣脱气团的钉扎，位错移动时必须挣脱气团的钉扎，位错移动时必须挣脱气团的钉扎，位错移动时必须挣脱气团的钉扎，或拖着气团一起行动，因此阻碍了或拖着气团一起行动，因此阻碍了或拖着气团一起行动，因此阻碍了或拖着气团一起行动，因此阻碍了位错运动，产生固溶强化。位错运动，产生固溶强化。

86、位错运动，产生固溶强化。位错运动，产生固溶强化。在位错线附近存在在位错线附近存在溶质原子偏聚溶质原子偏聚，位位错的错的滑移受到约束滑移受到约束和钉扎和钉扎作用，塑性作用，塑性变形难度增加，金变形难度增加，金属材料的属材料的强度增加强度增加。102章节课件铃木作用铃木作用铃木作用铃木作用溶质原子与扩展位错的化学交互作用，使溶质溶质原子与扩展位错的化学交互作用，使溶质溶质原子与扩展位错的化学交互作用，使溶质溶质原子与扩展位错的化学交互作用，使溶质原子在堆垛层错区的偏聚。原子在堆垛层错区的偏聚。原子在堆垛层错区的偏聚。原子在堆垛层错区的偏聚。扩展位错运动时，堆垛层错必须跟着运动，由于层错内扩展位错运

87、动时，堆垛层错必须跟着运动，由于层错内扩展位错运动时，堆垛层错必须跟着运动，由于层错内扩展位错运动时，堆垛层错必须跟着运动，由于层错内外溶质原子浓度不同，增加了扩展位错运动的阻力。外溶质原子浓度不同，增加了扩展位错运动的阻力。外溶质原子浓度不同，增加了扩展位错运动的阻力。外溶质原子浓度不同，增加了扩展位错运动的阻力。 当其它位错与扩展位错相交时，溶质原子在堆垛层错区当其它位错与扩展位错相交时，溶质原子在堆垛层错区当其它位错与扩展位错相交时，溶质原子在堆垛层错区当其它位错与扩展位错相交时，溶质原子在堆垛层错区的偏聚，增加层错宽度，扩展位错难以束集，不易交滑移，的偏聚，增加层错宽度，扩展位错难以束

88、集，不易交滑移，的偏聚，增加层错宽度，扩展位错难以束集，不易交滑移，的偏聚，增加层错宽度，扩展位错难以束集，不易交滑移，提高合金强度。提高合金强度。提高合金强度。提高合金强度。化学交互作用：化学交互作用：化学交互作用：化学交互作用：103章节课件位错周围畸变区对固溶体中电子云位错周围畸变区对固溶体中电子云位错周围畸变区对固溶体中电子云位错周围畸变区对固溶体中电子云分布产生影响。由于位错区应力状分布产生影响。由于位错区应力状分布产生影响。由于位错区应力状分布产生影响。由于位错区应力状态不同，溶质原子的额外电子从点态不同，溶质原子的额外电子从点态不同，溶质原子的额外电子从点态不同，溶质原子的额外电

89、子从点阵的压缩区移向拉伸区。使得压缩阵的压缩区移向拉伸区。使得压缩阵的压缩区移向拉伸区。使得压缩阵的压缩区移向拉伸区。使得压缩区呈正电，拉伸区呈负电，形成局区呈正电，拉伸区呈负电，形成局区呈正电，拉伸区呈负电，形成局区呈正电，拉伸区呈负电，形成局部静电偶极。导致电离程度不同的部静电偶极。导致电离程度不同的部静电偶极。导致电离程度不同的部静电偶极。导致电离程度不同的溶质原子与位错区发生短程的交互溶质原子与位错区发生短程的交互溶质原子与位错区发生短程的交互溶质原子与位错区发生短程的交互作用，使溶质原子或富集在拉伸区作用，使溶质原子或富集在拉伸区作用，使溶质原子或富集在拉伸区作用，使溶质原子或富集在

90、拉伸区或富集在压缩区。产生固溶强化。或富集在压缩区。产生固溶强化。或富集在压缩区。产生固溶强化。或富集在压缩区。产生固溶强化。静电交互作用：静电交互作用：静电交互作用：静电交互作用：104章节课件几何交互作用：几何交互作用：几何交互作用：几何交互作用：固溶体中溶质原子并非完全无序，而是存在某种短程有序或偏聚。当位错运动时，滑移面上下两个原子面间的短程有序或偏聚受到破坏，引起自由能升高，使位错运动受到阻碍。强化机制强化机制强化机制强化机制晶格畸变，阻碍位错运动；晶格畸变，阻碍位错运动；晶格畸变，阻碍位错运动；晶格畸变，阻碍位错运动；柯氏气团强化。柯氏气团强化。柯氏气团强化。柯氏气团强化。105章

91、节课件2屈服点现象屈服点现象l试试样样开开始始屈屈服服时时对对应应的应力称为的应力称为上屈服点上屈服点l载载荷荷首首次次降降低低的的最最低低载载荷荷或或不不变变载载荷荷称称为为下屈服点下屈服点；l试试样样继继续续伸伸长长，应应力力保保持持为为定定值值或或有有微微小小的的波波动动，在在拉拉伸伸曲曲线线上上出出现现一一个个应应力力平平台台区区，试试样样在在此此恒恒定定应应力力下下的的伸伸长长称称为为屈屈服服伸长伸长(屈服平台屈服平台)。106章节课件（1）与金属中微量的溶质原子有关。）与金属中微量的溶质原子有关。溶溶质质原原子子与与位位错错的的应应力力场场发发生生弹弹性性交交互互作作用用，形形成成

92、气气团团（cottrell气气团团，柯柯氏氏气气团团）钉钉扎扎位位错错运运动动，必必须须在在更更大大的的应应力力作作用用下下才才能能产产生生新新的的位位错错或或使使位位错脱钉，表现为上屈服点；错脱钉，表现为上屈服点；一一旦旦脱脱钉钉，使使位位错错继继续续运运动动的的应应力力就就不不需需开开始始时时那那么么大大，故故应应力力值值下下降降到到下下屈屈服服点点，试试样样继继续续伸伸长长，应力保持为定值或有微少的波动。应力保持为定值或有微少的波动。屈服现象的解释屈服现象的解释通通常常把把围围绕绕位位错错而而形形成成的的溶溶质质原原子子聚聚集集物物，称称为为“柯柯氏氏气气团团”，它它可可以以阻阻碍碍位位

93、错错运运动动，产产生生固固溶强化效应。溶强化效应。107章节课件（2）位错运动与增殖的结果。位错运动与增殖的结果。应变速率应变速率 mbv其中：其中： ：应变速率，可通过试验机人为控制成固定不变的速度：应变速率，可通过试验机人为控制成固定不变的速度 m：位错密度，：位错密度，b：柏氏矢量：柏氏矢量而而位错运动速度位错运动速度v=( / 0)m 其中：其中： 0：位错作单位速度运动时所需的应力：位错作单位速度运动时所需的应力m ：应力敏感指数应力敏感指数， ：外加有效应力：外加有效应力开开始始变变形形时时， m低低，欲欲使使应应变变速速率率固固定定，需需要要较较大大的的v值值，故故需需要要较较高

94、高的的应应力力 ，表表现现为为上上屈屈服服点点；一一旦旦塑塑性性变变形形开开始始后后，位位错错迅迅速速增增殖殖， m增增加加，必必然然导导致致v的的突突然然下下降降（为为保保持持应应变变速率固定），所以所需的应力速率固定），所以所需的应力 突然下降，产生了屈服现象。突然下降，产生了屈服现象。产产生生屈屈服服点点现现象象还还与与材材料料的的m 值值有有关关，m 小小的的材材料料，如如Ge，Si，LiF，Fe等出现显著的上下屈服点等出现显著的上下屈服点。无位错的Cu晶须、低位错密度的共价键晶体Si、Ge及离子晶体也有不连续的屈服现象。108章节课件3应变时效应变时效-将将低低碳碳钢钢试试样样拉拉伸

95、伸到到产产生生少少量量预预塑塑性性变变形形后后卸卸载载，然然后后重重新新加加载载，试试样样不不发生屈服现象；发生屈服现象；-但但若若产产生生一一定定量量的的塑塑性性变变形形后后卸卸载载，在在室室温温停停留留几几天天或或在在 低低 温温 （ 如如150）时时效效几几小小时时后后再再进进行行拉拉伸伸，此此时时屈屈服服点点现现象象重重新新出出现现，并并且且上上屈屈服服点点升升高高，这这种种现现象即象即应变时效应变时效l室室温温长长期期停停留留或或低低温温时时效效期期间间，溶溶质质原原子子C、N又又聚聚集集到到位位错错线线周周围围重重新新形成柯氏气团所致。形成柯氏气团所致。109章节课件吕德斯带吕德斯

96、带l在发生屈服延伸在发生屈服延伸阶段，试样的应阶段，试样的应变是不均匀的，变是不均匀的，l在试样表面可观在试样表面可观察到与纵轴约呈察到与纵轴约呈45l交交角角的的应应变变痕痕迹迹，称称 为为 吕吕 德德 斯斯（Lders）带。）带。l吕吕德德斯斯带带会会造造成成拉拉伸伸和和深深冲冲过过程程中中工工件件表表面面不不平平整整。l注注意意：吕吕德德斯斯带带不是滑移带不是滑移带l解解决决由由于于吕吕德德斯斯带带造造成成的的工工件件表表面面不不平平整整的的措施措施A.加加入入少少量量能能夺夺取取固固溶溶体体合合金金中中的的溶溶质原子，使之形成稳定化合物的元素。质原子，使之形成稳定化合物的元素。B板板材

97、材在在深深冲冲之之前前进进行行比比屈屈服服伸伸长长范范围围稍稍大大的的预预变变形形（约约0.5%2%变变形形度度），使使位位错错挣挣脱脱气气团团的的钉钉扎扎，然然后后尽尽快快进进行行深深冲。冲。l当当退退火火低低碳碳钢钢薄薄板板进进行行冲冲压压时时，其其应应力力一一旦旦接接近近屈屈服服点点，变变形形就就会会首首先先在在应应力力集集中中的的区区域域开开始始，并立即出现软化现象，应力下降。并立即出现软化现象，应力下降。l在在这这一一应应力力作作用用下下，变变形形在在这这个个区区域域可可以以继继续续进进行行到到一一定定程程度度，这这时时在在变变形形区区和和未未变变形形区区的的交交界界处处会会产产生生

98、较较大大的的应应力力集集中中和和屈屈服服，使使得得变变形形区区逐逐渐渐向向未未变变形形区区扩扩展展。但但是是，在在离离变变形形区区较较远远的的地地方方，仍仍然然不不会会发发生生变变形形，于于是是就就形形成成了狭窄的条状区，即吕德斯带了狭窄的条状区，即吕德斯带110章节课件二、复相合金的塑性变形二、复相合金的塑性变形主要变形方式仍然是滑移与孪生。主要变形方式仍然是滑移与孪生。结构：基体结构：基体+第二相第二相通常按第二相粒子的尺寸将合金分成两大类：通常按第二相粒子的尺寸将合金分成两大类：l如如果果第第二二相相粒粒子子尺尺寸寸与与基基体体晶晶粒粒尺尺寸寸属属同同一一数数量量级，称为级，称为聚合型聚

99、合型；l如如果果第第二二相相粒粒子子十十分分细细小小，并并且且弥弥散散地地分分布布在在基基体晶粒内，称为体晶粒内，称为弥散分布型弥散分布型。111章节课件(1)如果两个相都具有塑性，则合金的变形决定于两相的体积分数。如果两个相都具有塑性，则合金的变形决定于两相的体积分数。l等应变理论等应变理论假定塑性变形过程中两相应变相等假定塑性变形过程中两相应变相等。合金产生一定应变的平均流变应力合金产生一定应变的平均流变应力a=f11+f22：l等应力理论等应力理论假定塑性变形过程中两相应力相同假定塑性变形过程中两相应力相同。对合金施加一定应力时，平均应变对合金施加一定应力时，平均应变a=f11+f22其

100、中：其中：f1、f2为两个相的体积分数为两个相的体积分数1,2为对应应力下两相的应变为对应应力下两相的应变1,2为对应应变时的流变应力为对应应变时的流变应力1聚合型两相合金的塑性变形聚合型两相合金的塑性变形112章节课件实际上，这两种假设都不完全正确。形变过程中各晶粒中的形变已是极不均匀的，第二相的存在更加大了这种不均匀性，所以，第一种应变相同的假设与实际不符；按第二种应力相同的假设，两相间应变必不连续分布，则在界面处会出现裂缝，这也是和实际不符。实际情况是，形变总是从较弱的相开始，随着形变量的增加，在某些界面处的应力集中导致较硬的相形变。在形变过程要求跨过相界面的应力和应变都要保持连续性。只

101、有第二相为硬相，且分数大于30%的时候才能起到明显的强化作用。113章节课件（2）如如果果两两相相中中一一个个是是塑塑性性相相，而而另另一一个个是是硬硬脆脆相相时时，则则合金的机械性能主要取决于硬脆相的存在情况合金的机械性能主要取决于硬脆相的存在情况。第二相呈连续网状分布在晶界上：第二相呈连续网状分布在晶界上：第二相呈连续网状分布在晶界上：第二相呈连续网状分布在晶界上： 强度下降，塑性也很低。强度下降，塑性也很低。强度下降，塑性也很低。强度下降，塑性也很低。 原因：割裂了基体的连续性，晶粒变形受阻，导致原因：割裂了基体的连续性，晶粒变形受阻，导致原因：割裂了基体的连续性，晶粒变形受阻，导致原因

102、：割裂了基体的连续性，晶粒变形受阻，导致 很大的应力集中，造成过早断裂。很大的应力集中，造成过早断裂。很大的应力集中，造成过早断裂。很大的应力集中，造成过早断裂。第二相呈断续网状分布在晶界上：第二相呈断续网状分布在晶界上：第二相呈断续网状分布在晶界上：第二相呈断续网状分布在晶界上： 有一定的塑性和强度，但也降低塑性。有一定的塑性和强度，但也降低塑性。有一定的塑性和强度，但也降低塑性。有一定的塑性和强度，但也降低塑性。第二相呈孤立的粒子分布在基体上：第二相呈孤立的粒子分布在基体上：第二相呈孤立的粒子分布在基体上：第二相呈孤立的粒子分布在基体上： 强度较低，塑性好。原因：在相同体强度较低，塑性好。

103、原因：在相同体强度较低，塑性好。原因：在相同体强度较低，塑性好。原因：在相同体 积分数时，球的直径大，位错线与球积分数时，球的直径大，位错线与球积分数时，球的直径大，位错线与球积分数时，球的直径大，位错线与球体粒子交会的机会少。体粒子交会的机会少。体粒子交会的机会少。体粒子交会的机会少。第二相以片状分布在基体上：第二相以片状分布在基体上：第二相以片状分布在基体上：第二相以片状分布在基体上：增加了变形抗力，而且片间距越小，增加了变形抗力，而且片间距越小，增加了变形抗力，而且片间距越小，增加了变形抗力，而且片间距越小， 强度越高，塑性不降低。强度越高，塑性不降低。强度越高，塑性不降低。强度越高，塑

104、性不降低。114章节课件1.2%C过共析钢过共析钢0.77%C共析钢共析钢1.4%C过共析钢过共析钢例：高例：高C钢中碳化物，共析钢（钢中碳化物，共析钢（0.8%C）=780MN/m2过共析钢（过共析钢（1.2%C）=700MN/m2及铜中的少量及铜中的少量Bi，镍合金中的，镍合金中的S，均为薄膜状在晶界，可在，均为薄膜状在晶界，可在铜中加入稀土，镍中加入微量铜中加入稀土，镍中加入微量Mg115章节课件2弥散分布型两相合金的塑性变形弥散分布型两相合金的塑性变形当当第第二二相相以以细细小小弥弥散散的的微微粒粒均均匀匀分分布布在在基基体体相相中中时时，将将产产生生显显著著的的强强化化作作用用，通通

105、常常将将微微粒粒分分成成不不可可变变形形的的和和可可变变形形的的两两类。类。(1)不可变形微粒的强化作用不可变形微粒的强化作用奥罗万机制（位错绕过机制）奥罗万机制（位错绕过机制）适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。适用于第二相粒子较硬并与基体界面为非共格的情形。位错线位错线饶过粒子后留下位错环：增加了第二相粒子的有效尺寸，减小饶过粒子后留下位错环：增加了第二相粒子的有效尺寸，减小了粒子间距；位错环给予位错源一反向作用力，继续变形需增了粒子间距；位错环给予位错源一反向作用力，继续变形需增大应力。大应力。116章节课件弥散分布型两相合金的塑性变形弥散分布型两相合金的塑性变形奥罗万机制（

106、位错绕过机制）奥罗万机制（位错绕过机制）使位错线弯曲到曲率半径为使位错线弯曲到曲率半径为R时，所需的切应力为时，所需的切应力为 =Gb/(2R)设颗粒间距为设颗粒间距为 ，则则 =Gb/ ，Rmin= /2只有当外力大于只有当外力大于Gb/ 时，位错时，位错线才能绕过粒子。线才能绕过粒子。减小粒子尺寸减小粒子尺寸(在同样的体积分在同样的体积分数时，粒子越小则粒子间距也越数时，粒子越小则粒子间距也越小小)或提高粒子的体积分数，都或提高粒子的体积分数，都使合金的强度提高。使合金的强度提高。强化效果与粒子体积分数f、粒子半径r的关系：粒子体积分数f一定，粒子半径r 越小，强化效果增大。粒子半径r一定

107、，粒子体积分数f越多，强化效果增大。117章节课件颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片含铜钢中时效析出的颗粒118章节课件（2）可变形微粒的强化作用）可变形微粒的强化作用切割机制切割机制适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形。适用于第二相粒子较软并与基体共格的情形。位错切位错切割第二割第二相粒子相粒子示意图示意图电电镜镜观观察察119章节课件120章节课件可变形微粒的强化作用可变形微粒的强化作用切割机制切割机制强强化化作作用用主主要要决决定定于于粒粒子子本本身身的的性性质质以以及及其其与与基基体体的的联联系系，主要有以下几方面的作用：主要有以下几方面的作用：A位错切过粒子后产生新的界面

108、，提高了界面能。位错切过粒子后产生新的界面，提高了界面能。B.若若共共格格的的粒粒子子是是一一种种有有序序结结构构，位位错错切切过过之之后后，沿沿滑滑移移面面产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。产生反相畴，使位错切过粒子时需要附加应力。C由由于于粒粒子子的的点点阵阵常常数数、比比体体积积与与基基体体不不一一样样，粒粒子子周周围围产生共格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。产生共格畸变，存在弹性应变场，阻碍位错运动。D由由于于粒粒子子的的层层错错能能与与基基体体的的不不同同，扩扩展展位位错错切切过过粒粒子子时时，其宽度会产生变化，引起能量升高，从而强化。其宽度会产生变化，引起能量升高，从而

109、强化。E由由于于基基体体和和粒粒子子中中滑滑移移面面的的取取向向不不一一致致，螺螺型型位位错错线线切切过过粒粒子子时时必必然然产产生生一一割割阶阶，而而割割阶阶会会妨妨碍碍整整个个位位错错线线的的移移动。动。在实际合金中，起主要作用的往往是在实际合金中，起主要作用的往往是12种。种。增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提高强度增大粒子尺寸或增加体积分数有利于提高强度。121章节课件强化效果与粒子体积分数f、粒子半径r的关系：粒子体积分数f一定，粒子半径r越大，强化效果增大。粒子半径r一定，粒子体积分数f越多，强化效果增大。实线是优先发生的过程。-切过或绕过机制。交叉点为强度增量达最大值。122章节

110、课件第四节第四节 金属塑性变形后的组织与性能金属塑性变形后的组织与性能一、组织的变化一、组织的变化1.显显微微组组织织：晶晶粒粒内内出出现现大大量量的的滑滑移移带带，进进行行了了孪孪生生变变形形的的金属还出现孪晶带。金属还出现孪晶带。 200X123章节课件(a)正火态正火态(b)变形变形40%(c)变形变形80%当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清。124章节课件2.亚结构胞状组织亚结构胞状组织1、位错密度升高：、位错密度升高：由变形前退火态的由变形前退火态的106107/cm2增至增至10111012/cm2。2、位

111、错分布变化：、位错分布变化：（1）在形变量较小或形变量大但层错能低的合金中在形变量较小或形变量大但层错能低的合金中由于扩展位错宽，可动性差，位错较分散而均匀地形由于扩展位错宽，可动性差，位错较分散而均匀地形成复杂的网络；成复杂的网络；（2）在形变量大而层错能高的合金中在形变量大而层错能高的合金中由于扩展位错窄，易交滑移，位错的可动性好，位错由于扩展位错窄，易交滑移，位错的可动性好，位错形成位错缠结或形成胞状亚结构。形成位错缠结或形成胞状亚结构。30%plasticdeformation50%plasticdeformation变形量变形量位错缠结位错缠结位错胞位错胞(大量位错缠结在胞壁，胞内位

112、错密度低大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低)125章节课件胞状组织的形成与下列因素有关：胞状组织的形成与下列因素有关：l变形量变形量变形量越大，胞的数量增多，尺寸减小，跨变形量越大，胞的数量增多，尺寸减小，跨越胞壁的平均取向差也逐渐增加。越胞壁的平均取向差也逐渐增加。l材料类型材料类型层错能高的金属（如层错能高的金属（如Al、Fe）等，当变形程）等，当变形程度较高时，出现明显的胞状组织；低层错能金属，度较高时，出现明显的胞状组织；低层错能金属，不易形成位错缠结，冷变形后的胞状组织不明显。不易形成位错缠结，冷变形后的胞状组织不明显。126章节课件二、加工硬化二、加工硬化 1定义：金属经冷加工变形

113、后，其强度、硬度增加、塑性降低。定义：金属经冷加工变形后，其强度、硬度增加、塑性降低。2单单晶晶体体的的典典型型加加工工硬硬化化曲曲线线： 曲曲线线的的斜斜率率 =d /d 称称为为“加工硬化速率加工硬化速率”I.易易滑滑移移阶阶段段：发发生生单单滑滑移移，位位错错移移动动和和增增殖殖所所遇遇到到的的阻阻力力很很小小， I很低，约为很低，约为10-4G数量级。数量级。II.线线性性硬硬化化阶阶段段：发发生生多多系系滑滑移移，位位错错运运动动困困难难， II远远大大于于 I约约为为G/300，并，并接近于一常数接近于一常数。III.抛抛物物线线硬硬化化阶阶段段：与与位位错错的的多多滑滑移移过过程

114、程有有关关， III随随应应变变增增加加而而降降低低，应应力力应应变变曲曲线线变变为为抛抛物物线线。127章节课件3影响单晶体加工硬化曲线的因素影响单晶体加工硬化曲线的因素(1)(1)晶体结构：晶体结构：晶体结构：晶体结构： 单晶体中：面心立方的单晶体中：面心立方的加工硬化率大（易于多系加工硬化率大（易于多系滑移，位错互相阻碍）；滑移，位错互相阻碍）；密排六方的小。多晶体的密排六方的小。多晶体的加工硬化率大于单晶体。加工硬化率大于单晶体。128章节课件（2 2）变形速率和变形温度）变形速率和变形温度）变形速率和变形温度）变形速率和变形温度塑变产生加工硬化，温度升高，塑变产生加工硬化，温度升高，

115、原子热激活会发生软化。变形原子热激活会发生软化。变形温度高，加工硬化率低；变形温度高，加工硬化率低；变形速率大，加工硬化率高。速率大，加工硬化率高。129章节课件（3 3）溶质原子）溶质原子）溶质原子）溶质原子加入溶质原子增大加工硬化率。加入溶质原子增大加工硬化率。原因：原因： 降低层错能，扩展位错不易交滑移；降低层错能，扩展位错不易交滑移； 溶质原子的应力场与位错交互作用，改变位错类型，阻碍交溶质原子的应力场与位错交互作用，改变位错类型，阻碍交滑移；滑移； 阻碍回复进行（不易软化）。阻碍回复进行（不易软化）。不同Mg含量溶入铝后的应力应变曲线合金元素对铜单晶临界切应力的影响130章节课件（4

116、 4）晶粒大小）晶粒大小）晶粒大小）晶粒大小细晶粒金属加工硬化率大于粗晶粒。细晶粒金属加工硬化率大于粗晶粒。131章节课件4多晶体的加工硬化多晶体的加工硬化a.其其应应力力-应应变变曲曲线线不不出出现现第第一一阶阶段段，且且加加工工硬硬化化率率明明显显高高于单晶体。于单晶体。 132章节课件b.细晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金属细晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金属铝铝的的应应力力应应变变曲曲线线与与晶晶粒粒大大小小的的关关系系1-0.034mm2-0.088mm3-0.24mm4-0.54mm133章节课件c.合合金金比比纯纯金金属属的的加加工工硬硬化化率率要要高高，溶溶质质原原子子的的加加

117、入入，在在大大多多数情况下增大加工硬化率。数情况下增大加工硬化率。Al-Mg合金中Mg含量对加工硬化的影响1-3.228%Mg 2-1.617 %Mg 3-1.097 %Mg 4-0.544 %Mg 5-0 %Mg 134章节课件5加工硬化的实际意义加工硬化的实际意义uu加工硬化的优点：加工硬化的优点：加工硬化的优点：加工硬化的优点：（1）强化金属材料：特别是对不能通过热处理强化的材料。）强化金属材料：特别是对不能通过热处理强化的材料。（2）是某些工件或半成品加工成形的重要因素：）是某些工件或半成品加工成形的重要因素： 如冷拔钢丝，拉过模孔后，截面积减小，单位面积所受到的应力增加。如果金属不产

118、生加工硬化提高强度，钢丝在出模后就可能被拉断。由于加工硬化，尽管断面减小，但强度增加，不再变形，使变形转到尚未拉过模的部分。拉伸示意图压缩示意图135章节课件（3 3）加工硬化还可提高零件或构件在使用过程的安全性：）加工硬化还可提高零件或构件在使用过程的安全性：）加工硬化还可提高零件或构件在使用过程的安全性：）加工硬化还可提高零件或构件在使用过程的安全性： 零件在使用中各部位受力不均匀，某些部位出现应力集中和过载，使该处产生塑变。若没有加工硬化，该处变形会越来越大，导致断裂。因为金属材料有加工硬化，这种过载部位的变形会自动停止，提高了零件的安全性。uu加工硬化的缺点：加工硬化的缺点：加工硬化的

119、缺点：加工硬化的缺点：（1）变形抗力增加，进一步变形需增大设备功率；（2）产生加工硬化进一步变形易引起开裂，需增加中间软化退火，延长生产周期，增加成本。（3）使用中尺寸不稳定，易变形、易腐蚀。136章节课件产生加工硬化的原因：产生加工硬化的原因：产生加工硬化的原因：产生加工硬化的原因：1、随变形量增加、随变形量增加,位错密度增加位错密度增加，位错间发生交互作用，产生位错间发生交互作用，产生固定割阶、位错缠结、固定位错、林位错等，使位错运动困难。固定割阶、位错缠结、固定位错、林位错等，使位错运动困难。最本质原因最本质原因位错密度与强度关系位错密度与强度关系137章节课件其它原因其它原因:2、随变

120、形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用；、随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用；3、随变形量增加、随变形量增加,空位密度增加，空位阻碍位错运动；空位密度增加，空位阻碍位错运动；4、由于晶粒由有利位向转到不利位向而发生几何硬化，因而变形、由于晶粒由有利位向转到不利位向而发生几何硬化，因而变形抗力增加。抗力增加。位错选择在最易启动和运动的晶粒取向的晶粒进行，但是随着位错选择在最易启动和运动的晶粒取向的晶粒进行，但是随着变形发生，晶粒要转动，逐渐离开原来的取向，因而偏离有利位向，而发生变形发生，晶粒要转动，逐渐离开原来的取向，因而偏离有利位向，而发生几何硬化，即位错难以启动

121、和运动。几何硬化，即位错难以启动和运动。138章节课件性能上出现各向异性由于组织上的方向性（晶粒沿变形方向伸长）和结构上的方向性（形变织构），导致性能上的方向性。各向异性对材料成型和使用性能的影响：（1）深冲板材出现“制耳”：各方向上变形不一致。（2）利用织构：变压器硅钢片获得织构，磁感应强度最大，铁损最小。通过冷轧获得（110）001织构的硅钢片。139章节课件加工硬化是强化金属的重要手段之一加工硬化是强化金属的重要手段之一由于加工硬化由于加工硬化,有变形的地方就慢慢变得不能变形，而变有变形的地方就慢慢变得不能变形，而变形要转移到其它地方，致使最后均匀塑性变形。形要转移到其它地方，致使最后均

122、匀塑性变形。晶体：晶体：非晶体：非晶体：具有加工硬化，产生塑性变形具有加工硬化，产生塑性变形就没有塑性，很脆！就没有塑性，很脆！140章节课件塑性变形的方式塑性变形的方式金属及合金强化途径金属及合金强化途径滑移滑移孪生孪生扭折扭折固溶强化固溶强化细晶强化细晶强化弥散强化弥散强化加工硬化加工硬化各自的特点和区别各自的特点和区别多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形晶界和晶粒位相差的影响晶界和晶粒位相差的影响整个塑性变形的过程整个塑性变形的过程合金的塑性变形合金的塑性变形产生强化的本质原因产生强化的本质原因141章节课件材料的强化理论材料的强化理论实际使用的结构材料一般是多晶体。从影响强度的各实际使用的

123、结构材料一般是多晶体。从影响强度的各种因素看，最常见的强化方法有种因素看，最常见的强化方法有形变强化、固溶强化、形变强化、固溶强化、第二相强化和细晶强化第二相强化和细晶强化。材料的实际强化措施，如钢。材料的实际强化措施，如钢中的马氏体强化等，往往是上述强化手段的综合。中的马氏体强化等，往往是上述强化手段的综合。142章节课件一一.形变强化形变强化金属材料经塑性变形后，其强度和硬度升高，塑性金属材料经塑性变形后，其强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为和韧性下降，这种现象称为形变强化。形变强化。变形过程中，位错密度升高，导致形变胞的形成和变形过程中，位错密度升高，导致形变胞的形成和不断细化

124、，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，可不断细化，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升高，这是产生使金属的变形抗力显著升高，这是产生形变强化的形变强化的主要原因主要原因。143章节课件二二.固溶强化固溶强化溶质原子溶入金属基体而形成固溶体，使金属的强度、溶质原子溶入金属基体而形成固溶体，使金属的强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降，这一现象称为硬度升高，塑性、韧性有所下降，这一现象称为固溶强固溶强化化。例如单相的黄铜、单相锡青铜和铝青铜都是以固溶例如单相的黄铜、单相锡青铜和铝青铜都是以固溶强化为主来提高合金强度和硬度的。强化为主来提高合金强度和硬度的。固固溶溶体体合合金金的的曲曲

125、线线：由由于于溶溶质质原原子子加加入入使使s和和整整个个曲线的水平提高，同时提高了加工硬化率曲线的水平提高，同时提高了加工硬化率n。固固溶溶强强化化的的实实质质是是由由于于溶溶质质原原子子造造成成了了点点阵阵畸畸变变，其其应应力力场场将将与与位位错错应应力力场场发发生生弹弹性性交交互互作作用用、化化学学交交互互作作用用和静电交互作用，并阻碍位错运动，和静电交互作用，并阻碍位错运动，144章节课件三三.第二相强化第二相强化只通过单纯的固溶强化，其强化程度毕竟有限，还必只通过单纯的固溶强化，其强化程度毕竟有限，还必须进一步以第二相或更多的相来强化。当第二相以细小须进一步以第二相或更多的相来强化。当

126、第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将阻碍位错运动弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将阻碍位错运动,产生显著的强化作用。产生显著的强化作用。如果第二相微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉如果第二相微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化，则称为淀析出并产生强化，则称为沉淀强化或时效强化沉淀强化或时效强化；如果如果第二相微粒是通过粉末冶金方法加入并起强化作用，则第二相微粒是通过粉末冶金方法加入并起强化作用，则称为称为弥散强化弥散强化。145章节课件（一）沉淀强化（一）沉淀强化时效强化是个普遍现象，具有重要的实际意义，工业上时效强化是个普遍现象，具有重要的实际意义，工业上广泛应用

127、的时效硬化型合金，如铝合金、耐热合金、单相广泛应用的时效硬化型合金，如铝合金、耐热合金、单相不锈钢、马氏体时效钢等，都是利用这一强化理论来调整不锈钢、马氏体时效钢等，都是利用这一强化理论来调整性能的。性能的。1.固溶处理固溶处理:具有时效强化现象合金的最基本条件是在其具有时效强化现象合金的最基本条件是在其相图上有固溶度变化，并且固溶度随温度降低而显著减小。相图上有固溶度变化，并且固溶度随温度降低而显著减小。如图所示。当组元如图所示。当组元B含量大于含量大于B0的合金加热到略低于固相的合金加热到略低于固相线的温度，保温一定时间，使线的温度，保温一定时间，使B组元充分溶解后，取出快组元充分溶解后，

128、取出快速冷却，则速冷却，则B组元来不及沿组元来不及沿CD线析出，而形成亚稳定的过线析出，而形成亚稳定的过饱和固溶体，这种处理称为固溶处理。饱和固溶体，这种处理称为固溶处理。2.时效时效:经固溶处理的合金在室温或一定温度下加热保持经固溶处理的合金在室温或一定温度下加热保持一定时间，使过饱和固溶体趋于某种程度的分解，这种处一定时间，使过饱和固溶体趋于某种程度的分解，这种处理称为时效。在室温下放置产生的时效称为自然时效，加理称为时效。在室温下放置产生的时效称为自然时效，加热到室温以上某一温度进行的时效称为人工时效。热到室温以上某一温度进行的时效称为人工时效。146章节课件3.时效状态时效状态时时效效

129、时时，在在平平衡衡的的第第二二相相析析出出之之前前还还可可能能出出现现几几个个中中间间的的过过渡渡相相，一一般般的的析析出出顺顺序序为为:32+GP区区1+式式中中3是是过过饱饱和和固固溶溶体体,2和和1是是有有一一定定过过饱饱和和度度的的固固溶溶体体,是是饱饱和和固固溶溶体体,GP区区是是溶溶质质偏偏聚聚区区，是是亚亚稳稳过过渡渡相相,是是平平衡衡相相。如如图图TC4合金合金540时效硬化曲线。时效硬化曲线。147章节课件（二）弥散强化（二）弥散强化1.弥散型合金弥散型合金利用弥散强化是提高金属材料力利用弥散强化是提高金属材料力学性能的有效方法，尤其对耐热材料学性能的有效方法，尤其对耐热材料

130、有更大的应用价值。例如常用的弥散有更大的应用价值。例如常用的弥散型合金是以金属为基体，弥散相为稳型合金是以金属为基体，弥散相为稳定性高、熔点高的各种化合物粉末，定性高、熔点高的各种化合物粉末，粉末颗粒直径约粉末颗粒直径约0.1 0.01 m，间距，间距为为0.01 0.03m。2.粉末冶金原理与工艺粉末冶金原理与工艺粉末冶金法与金属熔铸法不同，粉末冶金法与金属熔铸法不同，它是利用金属粉末或金属粉末与非金它是利用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作原料，经过压制成属粉末的混合物作原料，经过压制成型和烧结两个主要工序来生产各种金型和烧结两个主要工序来生产各种金属制品的方法。粉末冶金生产的主要属

131、制品的方法。粉末冶金生产的主要工艺过程有粉末的制备、压制成型、工艺过程有粉末的制备、压制成型、烧结及后处理烧结及后处理(如图粉末冶金的工艺如图粉末冶金的工艺流程图流程图)。148章节课件四四.细晶强化细晶强化实验表明，晶界强度明实验表明，晶界强度明显高于晶内显高于晶内(如图如图)。材料。材料在外力作用下发生塑性在外力作用下发生塑性变形时，通常晶粒中心变形时，通常晶粒中心区域变形量较大，晶界区域变形量较大，晶界及其附近区域变形量较及其附近区域变形量较小。多晶体的金属细丝小。多晶体的金属细丝在拉伸变形时在晶界附在拉伸变形时在晶界附近出现竹节状就反映了近出现竹节状就反映了常温下晶界的强化作用常温下晶

132、界的强化作用(如图低碳钢的如图低碳钢的b与与d的的关系关系)。149章节课件1.Hall-Petch公式公式理论和实验表明，屈服强度理论和实验表明，屈服强度 s与晶粒直径与晶粒直径d存在如下关系存在如下关系: s = 0 + Kd-1/2式中式中 0、K是材料常数。可见，对不同材料，细化晶粒都是材料常数。可见，对不同材料，细化晶粒都使其屈服强度有不同程度的提高。材料的屈服强度与其亚晶使其屈服强度有不同程度的提高。材料的屈服强度与其亚晶尺寸之间也满足上述关系。当晶粒尺寸减小到纳米级时形成尺寸之间也满足上述关系。当晶粒尺寸减小到纳米级时形成的所谓纳米材料，其强度与公式有较大偏离，但是仍然表明的所谓

133、纳米材料，其强度与公式有较大偏离，但是仍然表明细化晶粒，可有效提高材料的强韧性。细化晶粒，可有效提高材料的强韧性。2.细化晶粒方法细化晶粒方法(1)对铸态使用的合金：合理控制冶铸工艺，如增大过冷度、对铸态使用的合金：合理控制冶铸工艺，如增大过冷度、加入变质剂、进行搅拌和振动等。加入变质剂、进行搅拌和振动等。(2)对热轧或冷变形后退火态使用的合金：控制变形度、再对热轧或冷变形后退火态使用的合金：控制变形度、再结晶退火温度和时间。结晶退火温度和时间。(3)对热处理强化态使用的合金：控制加热和冷却工艺参数对热处理强化态使用的合金：控制加热和冷却工艺参数,利用相变重结晶来细化晶粒。利用相变重结晶来细化

134、晶粒。150章节课件金金属属材材料料的的性性能能，可可利利用用变变形形和和退退火火结结合合起起来来进进行行控控制制。金金属属进进行行冷冷加加工工变变形形时时会会产产生生形形变变强强化化效效果果，但但同同时时其其延延展展性性下下降降，还还会会产产生生有有害害的的残残余余应应力力。回回复复退退火火可可消消除除应应力力而而不不降降低低强强度度，再再结结晶晶退退火火可可消消除除全全部部形形变变强强化化效效果果。把把热热加加工工与与冷冷加加工工结结合合在在一一起起，既既可可将将材材料料加加工工成成有有用用的的形状，又可使其性能得到控制和改善。形状，又可使其性能得到控制和改善。固固溶溶强强化化是是通通过过

135、合合金金化化对对材材料料进进行行的的最最基基本本的的强强化化方方法法。其其强强化化效效果果取取决决于于引引入入的的点点缺缺陷陷类类型型（置置换换式式、间间隙隙式式）和浓度（合金元素的固溶度）。和浓度（合金元素的固溶度）。第第二二相相强强化化通通过过粉粉末末冶冶金金或或固固溶溶和和时时效效处处理理可可在在材材料料基基体体中中获获得得大大量量均均匀匀分分布布的的、细细小小的的第第二二相相粒粒子子，从从而而产产生生有有效的强化效果。效的强化效果。细细晶晶强强化化是是唯唯一一的的使使材材料料的的强强度度和和塑塑性性同同时时提提高高的的强强化化方方法法。控控制制铸铸造造工工艺艺来来细细化化晶晶粒粒、调调

136、整整变变形形度度和和再再结结晶晶退退火火温温度度来来细细化化晶晶粒粒、控控制制奥奥氏氏体体化化温温度度，利利用用相相变变重重结结晶晶来来细化晶粒。细化晶粒。151章节课件三、变形后金属中的残余应力三、变形后金属中的残余应力金属发生塑性变形时金属发生塑性变形时,外力所做的功大部分转化为热外力所做的功大部分转化为热能，只有能，只有10%转化为内应力残留于金属中，形成残转化为内应力残留于金属中，形成残余应力和晶格畸变。是由于金属受力时余应力和晶格畸变。是由于金属受力时,内部变形不内部变形不均匀而引起的。均匀而引起的。内应力内应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力。纯铜冷加工后的储存能1

137、52章节课件1第一类内应力第一类内应力又又称称宏宏观观残残余余应应力力，作作用用范范围围为为整整个个工工件件，它它是是由由金金属属材材料料（或或零零件件）各各个个部部分分（如如表表面面和和心心部部）的的宏宏观观形形变变不不均匀而引起的。均匀而引起的。第第一一类类内内应应力力使使工工件件尺尺寸寸不不稳稳定定，严严重重时时甚甚至至使使工工件件在在受力之下变形产生断裂。受力之下变形产生断裂。按照残余应力平衡范围的不同，通常将其分为三类：按照残余应力平衡范围的不同，通常将其分为三类：1第一类内应力，又称宏观残余应力第一类内应力，又称宏观残余应力2第二类内应力，第二类内应力，属微观内应力属微观内应力3第

138、三类内应力，即晶格畸变应力第三类内应力，即晶格畸变应力153章节课件2第二类内应力第二类内应力属微观内应力属微观内应力作作用用尺尺度度与与晶晶粒粒尺尺寸寸为为同同一一数数量量级级，往往往往在在晶晶粒粒内内或或晶晶粒粒之之间间保保持持平平衡衡，是是由由于于晶晶粒粒或或亚亚晶晶粒粒之之间间变变形形不不均均匀匀而而引引起的。起的。第第二二类类内内应应力力使使金金属属更更容容易易腐腐蚀蚀，以以黄黄铜铜最最为为典典型型，加加工工以以后后由由于于内内应应力力存存在在，于于春春季季或或潮潮湿湿环环境境下下发发生生应应力力腐腐蚀蚀开开裂裂(季裂季裂)。154章节课件3第三类内应力第三类内应力即晶格畸变应力即晶

139、格畸变应力属微观内应力。塑性变形时产生大量空位和位错，其周围属微观内应力。塑性变形时产生大量空位和位错，其周围产生了点阵畸变和应力场，此时的内应力是在几百或几千个原产生了点阵畸变和应力场，此时的内应力是在几百或几千个原子范围内保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位错所形子范围内保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位错所形成的应力。成的应力。第三类内应力是产生加工硬化的主要原因。第三类内应力是产生加工硬化的主要原因。内应力的功与过：内应力的功与过：、表面残存拉应力，与外加应力叠加，易使工件断裂或变形；、表面残存拉应力，与外加应力叠加，易使工件断裂或变形；、表面残存压应力，可提高零件的使用寿命

140、。如：表面化学热、表面残存压应力，可提高零件的使用寿命。如：表面化学热处理，疲劳寿命提高。处理，疲劳寿命提高。、促使金属易腐蚀。如深冲后的黄铜弹壳应力腐蚀开裂。、促使金属易腐蚀。如深冲后的黄铜弹壳应力腐蚀开裂。155章节课件影响内应力的因素：影响内应力的因素： 变形量大、变形不均匀、变形温度低、变形速率大、组织不均变形量大、变形不均匀、变形温度低、变形速率大、组织不均匀等使内应力增加匀等使内应力增加内应力的消除：内应力的消除：、加热：宏观内应力在低温退火时可以基本消除；微观内、加热：宏观内应力在低温退火时可以基本消除；微观内应力在再结晶温度以上消除。应力在再结晶温度以上消除。、机械加工：减小宏

141、观内应力。如挤压件进行百分之几的拉伸，、机械加工：减小宏观内应力。如挤压件进行百分之几的拉伸，产生少量塑变，松弛应力。产生少量塑变，松弛应力。156章节课件四、变形织构四、变形织构1定定义义：多多晶晶体体中中位位向向不不同同的的晶晶粒粒取取向向变变成成大大体体一一致致，这这个个过过程程称称为为“择择优优取取向向”。择择优优取取向向后后的的晶晶体体结结构构称称为为“织织构构”，由变形引起的织构称为变形织构。，由变形引起的织构称为变形织构。157章节课件3板织构板织构轧制时，使晶粒的某一晶向趋向于与轧制轧制时，使晶粒的某一晶向趋向于与轧制方向平行，某一晶面趋向于与轧制面平方向平行，某一晶面趋向于与

142、轧制面平行，以与轧面平行的晶面行，以与轧面平行的晶面hkl和与轧向和与轧向平行的晶向平行的晶向表示，记为表示，记为hkl。4变变形形量量越越大大，择择优优取取向向的的趋趋势势越越明明显显。完完全全理理想想的的织织构构，取取向向如如同同单单晶晶，实实际际上上，多多晶晶体体金金属属中中晶晶粒粒取取向向的的集集中中程程度度往往往往不很高。不很高。2丝织构丝织构在拉丝时形成，使各个晶粒的某一晶向转在拉丝时形成，使各个晶粒的某一晶向转向与拉伸方向平行，以与线轴平行的晶向向与拉伸方向平行，以与线轴平行的晶向表示。表示。158章节课件0%10%30%50%90%preferred orientationdeformation texture冷轧Cu过程中不同阶段的组织形貌159章节课件5织构利弊织构利弊织构的形成使材料的性能出现各向异性。织构的形成使材料的性能出现各向异性。例例1:制耳制耳例例2：硅钢片：硅钢片高斯织构高斯织构（110）001立方织构立方织构（100）001这两种织构使其磁化性能得到改善。这两种织构使其磁化性能得到改善。160章节课件