第五章-材料的形变和再结晶.ppt

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23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。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。45Compression（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 6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)7拉伸实验拉伸实验Tensile TestStandardstress-straincurveoflow-Csteel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。910101.Initial2.Small load3.UnloadElastic means reversible!reversible!reversible!reversible!ElasticDeformation（弹性变形）=EHookesLaw11111.Initial2.Small load3.UnloadPlastic means permanent!permanent!permanent!permanent!PlasticDeformation（塑性变形）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。弹弹性性变变形形：指指外外力力去去除除后后能能够够完完全全恢恢复复的的那那部部分分变变形形，可可从从原原子子间间结结合合力力的的角角度来了解它的物理本质。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：1314弹性变形的本质弹性变形的本质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！二、二、弹性变形的特征和弹性模量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：理想的弹性变形是加载时变形，卸载时变形）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。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弹性变形的特征弹性变形的特征15弹弹性性模模量量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，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弹弹性性模模量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。弹弹性性变变形形量量随随材材料料的的不不同同而而异异。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。1718弹性模量与温度、原子结合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 弹性模量弹性模量三、三、弹性的不完整性弹性的不完整性多多数数材材料料为为多多晶晶体体甚甚至至为为非非晶晶态态或或者者是是两两者者皆皆有有的物质，其内部存在各种类型的缺陷的物质，其内部存在各种类型的缺陷。弹弹性性变变形形时时，可可能能出出现现加加载载线线与与卸卸载载线线不不重重合合、应应变变的的发发展展跟跟不不上上应应力力的的变变化化等等有有别别于于理理想想弹弹性性变形特点的现象，称之为变形特点的现象，称之为弹性的不完整性。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191 1包申格效应包申格效应（Bauschinger Effect)Bauschinger Effect)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。20l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。212 2弹性后效弹性后效一一些些实实际际晶晶体体，在在弹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223.3.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，其大小即用弹性滞后环面积度量。其大小即用弹性滞后环面积度量。23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 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。回回线线面面积为一个循环所消耗的不可逆功。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，则则可可得到塑性滞后环。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第二节第二节晶体的塑性变形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塑塑性性性性变变变变形形形形，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。2829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30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。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(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 对对对对滑滑滑滑移移移移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.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.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。3435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。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3738Slip 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目有关和同时开动滑移系数目有关39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40三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：三种典型金属晶格中的主要滑移系：41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42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，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。43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。44一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45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。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（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 4748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，才能开始滑移移49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。5050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分正应力：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（2）压缩）压缩压缩时晶体的滑移面，压缩时晶体的滑移面，力图转至与压力方力图转至与压力方向向垂直的位置。垂直的位置。5455（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：e多系滑移多系滑移单单滑滑移移：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，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5657 （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。58（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 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。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。5960滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。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。6263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。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时，晶晶体体内内