材料科学基础材料的形变和再结晶学习教案.pptx

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1、会计学1材料科学基础材料的形变和再结晶材料科学基础材料的形变和再结晶第一页，编辑于星期日：十六点 六分。2内容预报内容预报为什么要认识和掌握材料的形变和再结晶规律？n n材料在加工制备及应用过程中都要受材料在加工制备及应用过程中都要受到外力的作用到外力的作用n n材料受力要发生变形：弹性变形、塑材料受力要发生变形：弹性变形、塑性变形、断裂性变形、断裂n n材料发生变形后材料的组织结构（性材料发生变形后材料的组织结构（性能）发生变化能）发生变化本章主要研究内容：一、材料的变形规律及其微观机制；二、研究变形后的材料在回复、再结晶过程中组织、结构和性能的变化规律。第1页/共161页第二页，编辑于星期

2、日：十六点 六分。3本章章节结构本章章节结构弹性和粘弹性弹性和粘弹性弹性和粘弹性弹性和粘弹性 晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形晶体的塑性变形 回复和再结晶回复和再结晶回复和再结晶回复和再结晶 热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶热变形与动态回复、再结晶陶瓷材料变形的特点陶瓷材料变形的特点陶瓷材料变形的特点陶瓷材料变形的特点高聚物的塑性变形高聚物的塑性变形高聚物的塑性变形高聚物的塑性变形 第2页/共161页第三页，编辑于星期日：十六点 六分。4材料试验机示意图拉伸材料试验机示意图拉伸位移位移载荷载荷材料力学性能测试材料力学性能测试1.拉伸实验装置拉伸

3、实验装置第3页/共161页第四页，编辑于星期日：十六点 六分。5弹性极限弹性极限抗拉强度抗拉强度屈服强度，会产生屈服强度，会产生0.2%永久变形永久变形2.应力应力-应变曲线应变曲线第4页/共161页第五页，编辑于星期日：十六点 六分。6弹性和粘弹性弹性和粘弹性n n弹性外力去除后形变能够完全恢复的性质n n线性（符合胡克定律）和非线性线性（符合胡克定律）和非线性第5页/共161页第六页，编辑于星期日：十六点 六分。75.1.1 弹性变形的特征和弹性模量弹性变形的特征和弹性模量一、特征：（1 1）理想的弹性变形是可逆的。）理想的弹性变形是可逆的。（2 2）实际材料，在）实际材料，在弹性变形范围

4、内弹性变形范围内，服从胡克定律：，服从胡克定律：第6页/共161页第七页，编辑于星期日：十六点 六分。8二、弹性模量（广义的胡克定律）：晶体的各向异性，各个方向的弹性模量不相同第7页/共161页第八页，编辑于星期日：十六点 六分。9广义的胡克定律：刚度矩阵刚度矩阵第8页/共161页第九页，编辑于星期日：十六点 六分。10柔度矩阵柔度矩阵第9页/共161页第十页，编辑于星期日：十六点 六分。11对于均质各向异性弹性体，最一般的情况，弹性系数有36个，其中21个是独立的：Cij=Cji，Sij=Sji而晶体也存在对称性，所以在某几个方向上原子排列是相同的，所以系数将会进一步减少。立方晶系，有立方晶

5、系，有3个独立弹性系数；个独立弹性系数；六方晶系，有六方晶系，有5个独立弹性系数；个独立弹性系数；正交晶系，有正交晶系，有9个独立弹性系数；个独立弹性系数；第10页/共161页第十一页，编辑于星期日：十六点 六分。12三、体弹性模量K（压缩模量）1、定义：应力与体积变化率之比。2、对模量的讨论：（1）弹性模量代表了原子离开平衡）弹性模量代表了原子离开平衡位置的位置的难易程度难易程度，也表征了原，也表征了原子间的子间的相互作用相互作用。（2）对于晶体来说，也反应了不同）对于晶体来说，也反应了不同方向原子（离子）排列的方向原子（离子）排列的紧密紧密程度程度。（见表）。（见表）（3）材料特别是）材料

6、特别是复合材料复合材料由于组织由于组织结构的各同异性也会导致不同结构的各同异性也会导致不同方向模量的不同方向模量的不同第11页/共161页第十二页，编辑于星期日：十六点 六分。13原子、离子间的相互作用力：原子、离子间的相互作用力：平衡位置平衡位置r0，系统的能量最低，系统的能量最低受外力偏离平衡位置，有变形，产生受外力偏离平衡位置，有变形，产生引力或斥力，能量升高引力或斥力，能量升高当外力消失，原子将恢复到平衡位置，当外力消失，原子将恢复到平衡位置，变形完全消失，能量下降变形完全消失，能量下降5.1.2 弹性变形的本质弹性变形的本质第12页/共161页第十三页，编辑于星期日：十六点 六分。1

7、45.1.3 弹性的不完整性弹性的不完整性理想的弹性体：理想的弹性体是不存在的，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等弹性不完整性。包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等。第13页/共161页第十四页，编辑于星期日：十六点 六分。15一、包申格效应一、包申格效应 预先加载产生少量塑性变形（小于4）而后再同向加载则e升高，但反向加载则e下降。第14页/共161页第十五页，编辑于星期日：十六点 六分。16二、弹性后效二、弹性后效 在加载或卸载时，应变的弛豫过程现象。在弹性极限e范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性 第15页/共161页第十六页，编辑

8、于星期日：十六点 六分。17三、弹性滞后三、弹性滞后 应变落后于应力，应变落后于应力，-曲线上曲线上加载线加载线与与卸载线不再是一条直卸载线不再是一条直线，线，而是形成一而是形成一封闭回线封闭回线表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的表明加载时消耗于材料的变形功大于卸载时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗内耗，其大，其大小即用弹性滞后环面积度量。小即用弹性滞后环面积度量。功功第16页/共161页第十七页，编辑于星期日：十六点 六分。185.1.4 粘弹性（高分子材粘弹性（高分子材料）料）1、粘弹性：一些非晶或

9、多晶体，在比较小的应力时可以同时表现出粘性和弹性。2、所谓粘性流动是指非晶态固体和液体在外力作用下便会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。第17页/共161页第十八页，编辑于星期日：十六点 六分。193、粘弹性是高分子材料的重要力学状态n n主链的内旋转，沿外力方向伸展；主链的内旋转，沿外力方向伸展；n n分子链之间发生相对滑移，产生粘分子链之间发生相对滑移，产生粘性变形。性变形。4、粘弹性的特点：n n应变落后于应力。应力应变落后于应力。应力-应变回线，应变回线，存在内耗存在内耗Maxwell适用于应力松弛适用于应力松弛Voigt蠕变回复、弹性后效和弹性记忆蠕变回复、弹性

10、后效和弹性记忆第18页/共161页第十九页，编辑于星期日：十六点 六分。20、晶体的塑性变形、晶体的塑性变形超过弹性极限后，开始屈服，出现塑性变形超过弹性极限后，开始屈服，出现塑性变形多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系多晶材料中的变形行为也与各个小晶料的变形有关系第19页/共161页第二十页，编辑于星期日：十六点 六分。215.2.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形常温及低温下，塑性变形方式：滑移，孪生，扭折。高温下的形变的方式：扩散，蠕变等1、滑移 当应力达到一定的大小时，晶体中一定方向的层片之间就会产生的相对滑移，大量的层片间滑动的累积，就成为宏观塑性变形。第20页/共161

11、页第二十一页，编辑于星期日：十六点 六分。22单晶锌变形后产生的滑单晶锌变形后产生的滑移带移带第21页/共161页第二十二页，编辑于星期日：十六点 六分。23（1 1）滑移线与滑移带）滑移线与滑移带）滑移线与滑移带）滑移线与滑移带 第22页/共161页第二十三页，编辑于星期日：十六点 六分。24滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已位移而已 第23页/共161页第二十四页，编辑于星期日：十六点 六分。25（2 2）滑移系）滑移系塑性变形时位错

12、只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。不同的晶体结构，其滑移面和滑移方向也不同。同一晶体结构，也会有不同的滑移面和滑移方向。第24页/共161页第二十五页，编辑于星期日：十六点 六分。26思考：滑移面及滑移方向上的原子排布密度上有什么特思考：滑移面及滑移方向上的原子排布密度上有什么特征？征？1 1、面与面之间的结合力、面与面之间的结合力2、密排面和密排方向、密排面和密排方向第25页/共161页第二十六页，编辑于星期日：十六点 六分。27面心立方晶体中的滑移面心立方晶体中的滑移面心立方晶体中的滑移面心立方

13、晶体中的滑移111滑移面滑移面滑移方向滑移方向第26页/共161页第二十七页，编辑于星期日：十六点 六分。28体心立方晶体中体心立方晶体中110滑移面滑移面112滑移面滑移面123滑移面滑移面滑移方向滑移方向第27页/共161页第二十八页，编辑于星期日：十六点 六分。29滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。n n原子密度大面间距大点阵阻原子密度大面间距大点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；移；n n至于滑移方向为原子密度最大的方向至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错

14、即位错b最小。最小。n n体心立方滑移面有三组，原因是没有体心立方滑移面有三组，原因是没有特别突出的密排面。特别突出的密排面。n n六方密排，滑移方向一般为六方密排，滑移方向一般为，而滑移面除而滑移面除0001之外还与其轴比之外还与其轴比(c/a)有关，当时，密排面可能为有关，当时，密排面可能为1011或或1010等晶面等晶面（3）关于滑移系的讨论）关于滑移系的讨论第28页/共161页第二十九页，编辑于星期日：十六点 六分。30n n在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多，滑在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，取向便愈多，滑移容易进行，它的塑性便愈好。移容易进行，它的塑性便愈好。n

15、 n面心立方晶体的滑移系共有面心立方晶体的滑移系共有1111114 43 3=12=12n n体心立方晶体，滑移系共有体心立方晶体，滑移系共有1101106 62 2+112+11212121 1+123+12324241 1=48=48n n密堆六方晶体的滑移系仅有密堆六方晶体的滑移系仅有(0001)(0001)1 1 110 3 3=3=3n n由于滑移系数目太少，由于滑移系数目太少，hcphcp多晶体的塑性不如多晶体的塑性不如fccfcc或或bccbcc的好。的好。第29页/共161页第三十页，编辑于星期日：十六点 六分。31思考题思考题n n今有纯Ti，Al二种铸锭，试判断它们在室温（

16、20）轧制的难易顺序？已知：Ti熔点为1672 ，在883以下为密排六方，在883 以上为面心立方；Al的熔点为660，面心立方。第30页/共161页第三十一页，编辑于星期日：十六点 六分。32外加应力外加应力两个两个角度角度第31页/共161页第三十二页，编辑于星期日：十六点 六分。33位错的滑移是实现塑性变形的一种方式位错的滑移是实现塑性变形的一种方式第32页/共161页第三十三页，编辑于星期日：十六点 六分。34n n晶体什么时候开始屈服晶体什么时候开始屈服(开始有塑性形变开始有塑性形变)？n n有滑移系开动有滑移系开动有滑移系开动有滑移系开动!n n这么多滑移系到底是哪个滑移？这么多滑

17、移系到底是哪个滑移？n n看哪个先达到其临界分切应力看哪个先达到其临界分切应力看哪个先达到其临界分切应力看哪个先达到其临界分切应力n n此时的此时的此时的此时的 应该称为屈服强度应该称为屈服强度应该称为屈服强度应该称为屈服强度第33页/共161页第三十四页，编辑于星期日：十六点 六分。35外力方向、法外力方向、法线、线、滑移方向滑移方向不一定共面不一定共面第34页/共161页第三十五页，编辑于星期日：十六点 六分。36cos cos：取向因子或施密特因子：取向因子或施密特因子 因子大：软取向因子大：软取向 因子小：硬取向因子小：硬取向当当=90时：时：滑移面平行于外力方向滑移面平行于外力方向当

18、当=90时：时：滑移面垂直于外力方向滑移面垂直于外力方向不滑移不滑移当外力方向、法线、滑移方向共面当外力方向、法线、滑移方向共面，且且+=90,=45时，取向因子最大时，取向因子最大第35页/共161页第三十六页，编辑于星期日：十六点 六分。37滑移的临界分切应力的影响因素滑移的临界分切应力的影响因素n n真实反映了单晶体的一个物理量n n大小n n晶体结构（类型及缺陷）晶体结构（类型及缺陷）晶体结构（类型及缺陷）晶体结构（类型及缺陷）n n温度温度温度温度n n变形速度变形速度变形速度变形速度见表见表第36页/共161页第三十七页，编辑于星期日：十六点 六分。38对密排六方的单晶体拉伸对密排

19、六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸对密排六方的单晶体拉伸n n只有一个滑移面(0001)，如果垂直或者平行此面进行拉伸，会不会产生滑移？n n不会不会n n所以对于单晶材料来说，拉伸试所以对于单晶材料来说，拉伸试样的晶格取向决定了其屈服强度样的晶格取向决定了其屈服强度!第37页/共161页第三十八页，编辑于星期日：十六点 六分。391 1、材料什么时候屈服？、材料什么时候屈服？有一滑移系达到临界分切应力2 2、取向因子与什么有关系？、取向因子与什么有关系？各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系思考思考第38页/共161页第三十九页，编辑于星期日：十六点 六分。40滑移时晶面的转动滑移时

20、晶面的转动第39页/共161页第四十页，编辑于星期日：十六点 六分。41拉伸时旋转机制拉伸时旋转机制最大切应力最大切应力 滑移滑移 旋转旋转旋转效果：使滑移方向转旋转效果：使滑移方向转至最大切应力方向，从而至最大切应力方向，从而更容易滑移更容易滑移第40页/共161页第四十一页，编辑于星期日：十六点 六分。42受压时的旋转受压时的旋转结果，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直结果，使滑移面逐渐趋于与压力轴线相垂直第41页/共161页第四十二页，编辑于星期日：十六点 六分。43滑移面转动，滑移方向不断改变滑移面转动，滑移方向不断改变n n滑移面上的分切应力也会发生变化。滑移面上的分切应力也会发生变化

21、。n n 越造近越造近4545，越有利于滑移。反之，不利于滑移。，越有利于滑移。反之，不利于滑移。第42页/共161页第四十三页，编辑于星期日：十六点 六分。44多系滑移多系滑移n n多个滑移系：在外力增加时，谁先达到临界值，谁先滑移；n n滑移过程中各滑移系上的分切应力会不断变化；n n一组不能滑移时，另一组滑移系有可能达到临界值；n n所以有可能两组或者更多组滑移面上同时进行滑移，或交替进行。第43页/共161页第四十四页，编辑于星期日：十六点 六分。45n n交滑移现象：两个或多个滑移面沿着共同的滑移方向同时或者交替滑移。n n强化机制：在多系滑移过程中，不同滑移系的位错相互交割，而使位

22、错移动困难，从而起到强化的作用。第44页/共161页第四十五页，编辑于星期日：十六点 六分。46FCC结构中确定滑移系统结构中确定滑移系统镜像法则镜像法则n n找到加载方向所在的取向三角形n n根据位置确定先开始的滑移系第45页/共161页第四十六页，编辑于星期日：十六点 六分。47Example:Given:BCC crystal having 110 slip system Determine active slip system in response to tensile loading along .Solve:Draw a standard projection.Label the

23、 loading direction in standard projection.Determine the active S.S by Reflection Rule.第46页/共161页第四十七页，编辑于星期日：十六点 六分。48 n n locate inside the orientation triangle(locate inside the orientation triangle(),single slip.),single slip.n n locate at the edge of the orientation locate at the edge of the ori

24、entation triangle(),double(duplex)slip.triangle(),double(duplex)slip.a)a)locate at the corner of the orientation locate at the corner of the orientation triangle,multiple slip.triangle,multiple slip.When the axis of load is in the edge or corner of the orientation triangle,muli-slip occurs.F F1 1F F

25、2 2F F3 3第47页/共161页第四十八页，编辑于星期日：十六点 六分。49n n三角形内部三角形内部三角形内部三角形内部1 1 1 1个滑移个滑移个滑移个滑移系开动系开动系开动系开动n n三角形边界三角形边界三角形边界三角形边界2 2 2 2个滑移个滑移个滑移个滑移系开动系开动系开动系开动n n110110110110顶点上顶点上顶点上顶点上 4 4 4 4个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动n n111111111111顶点上顶点上顶点上顶点上 6 6 6 6个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动n n001001001001顶点上顶点上顶点上顶点上 8 8 8

26、 8个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动个滑移系开动第48页/共161页第四十九页，编辑于星期日：十六点 六分。50例：例：例：对一个例：对一个FCCFCC单晶棒，沿单晶棒，沿215215方向拉方向拉伸，请确定哪个滑移系先开动。伸，请确定哪个滑移系先开动。n n首先：画出晶体的首先：画出晶体的(001)(001)标准投影标准投影图，然后找到所在的取向三角形图，然后找到所在的取向三角形101-111-001101-111-001n n按照镜像法则，按照镜像法则，FCCFCC晶体的滑移面应晶体的滑移面应该是该是(111)(111)的镜像的镜像(1(11 11)1)，滑移方向应该，滑移方向应该是是1

27、01101的镜像的镜像011011。所以，滑移系。所以，滑移系(1(11 11)0111)011先开动。先开动。第49页/共161页第五十页，编辑于星期日：十六点 六分。51滑移的位错机制滑移的位错机制 n n滑移不是面与面之间做刚性运动，而是通过位错的移动逐步进行的。n n一个位错移动到表面，会产生一个b的滑移，大量的位错移动到表面就会产生宏观的塑性变形。n n位错运动是有阻力的，所以滑移的容易与否，与位错滑移的阻力有很大的关系。第50页/共161页第五十一页，编辑于星期日：十六点 六分。52n n派-纳(P-N)力n n位错滑移要克服点阵周期性阻力位错滑移要克服点阵周期性阻力与与d和和b之

28、间的关系之间的关系第51页/共161页第五十二页，编辑于星期日：十六点 六分。53n n讨论一下P-N力与d和b的关系d大，b小，力小，容易滑移而d大的面，是密排面，d小是密排方向这也解释了为什么滑移面是密排面，滑移方向是密排方这也解释了为什么滑移面是密排面，滑移方向是密排方向向第52页/共161页第五十三页，编辑于星期日：十六点 六分。54n n位错的运动不是整齐划一地前进，而是有前有后，存在扭折现象。n n可以进一步降低滑移所需的应力。第53页/共161页第五十四页，编辑于星期日：十六点 六分。55n n所有阻碍位错运动的因素，都会导致强化n n位错应力场之间的相互作用位错应力场之间的相互

29、作用位错应力场之间的相互作用位错应力场之间的相互作用n n位错交割后产生的扭折和割阶位错交割后产生的扭折和割阶位错交割后产生的扭折和割阶位错交割后产生的扭折和割阶n n位错运动过程中，与晶界和第二相质点位错运动过程中，与晶界和第二相质点位错运动过程中，与晶界和第二相质点位错运动过程中，与晶界和第二相质点的相互作用的相互作用的相互作用的相互作用第54页/共161页第五十五页，编辑于星期日：十六点 六分。562、孪生、孪生n n常作为滑移的救星a、孪生变形过程一系列一系列(111)沿沿111按按abcabc堆垛堆垛第55页/共161页第五十六页，编辑于星期日：十六点 六分。57(110)上的原子排

30、布上的原子排布(111)112第56页/共161页第五十七页，编辑于星期日：十六点 六分。58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切变区与未切变区的分界面为切变区与未切变区的分界面为孪晶界孪晶界发生均匀切变的那组晶面称为发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面孪晶面孪生面的移动方向称为孪生面的移动方向称为孪生方向孪生方向均匀切变均匀切变第57页/共161页第五十八页，编辑于星期日：十六点 六分。59b b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点相同点：相同点：相同点：相同点：n n都是在切应力作用下产生的剪切应变都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。过程。n

31、 n都不改变晶体结构。都不改变晶体结构。n n都存在临界分切应力。都存在临界分切应力。n n都是晶体中的一部分相对于另一部分都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。沿一定的晶面和晶向的平移。第58页/共161页第五十九页，编辑于星期日：十六点 六分。60b b、孪生的特点及与滑移的异同点、孪生的特点及与滑移的异同点不同点：不同点：不同点：不同点：n n对塑性变形的对塑性变形的对塑性变形的对塑性变形的贡献小贡献小贡献小贡献小，但是可以，但是可以，但是可以，但是可以改变位向改变位向改变位向改变位向，因此可以进一步，因此可以进一步，因此可以进一步，因此可以进一步诱诱诱诱发滑移发滑移

32、发滑移发滑移。n n孪晶的两部分晶体形成孪晶的两部分晶体形成孪晶的两部分晶体形成孪晶的两部分晶体形成镜面对称镜面对称镜面对称镜面对称的位向关系。的位向关系。的位向关系。的位向关系。n n滑移的机制是滑移的机制是滑移的机制是滑移的机制是位错位错位错位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移方向的方向的方向的方向的均匀切变，不全位错均匀切变，不全位错均匀切变，不全位错均匀切变，不全位错参与。参与。参与。参与。n n孪生的临界孪生的临界孪生的临界孪生的临界分切应力大分切应

33、力大分切应力大分切应力大。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。第59页/共161页第六十页，编辑于星期日：十六点 六分。61c、孪生的形成n n变形孪晶（机械孪晶）呈片状变形孪晶（机械孪晶）呈片状n n生长孪晶生长孪晶n n退火孪晶横贯整个晶粒，退火孪晶横贯整个晶粒，堆垛层错堆垛层错第60页/共16

34、1页第六十一页，编辑于星期日：十六点 六分。62变形孪晶变形孪晶n n形核和长大n n极快爆发（有时有极快爆发（有时有响声）出薄片孪晶响声）出薄片孪晶需较大的应力，需较大的应力，发生在滑移受阻的发生在滑移受阻的应力集中区应力集中区n n孪晶界扩展来增宽孪晶界扩展来增宽所需的应力则较所需的应力则较小，所以长大速度小，所以长大速度快快第61页/共161页第六十二页，编辑于星期日：十六点 六分。63n n六方：滑移系少，容易出现孪生变形n n体心立方：在低温，形变速度快，滑移受阻时，也会出现孪生现象。n n面心：滑移系较多，形变孪晶很少，较多的是退火孪晶。孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方

35、位孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方位，由不利转为有利位置，从而进一步滑移。两者相辅，由不利转为有利位置，从而进一步滑移。两者相辅相成，有时交替进行。相成，有时交替进行。第62页/共161页第六十三页，编辑于星期日：十六点 六分。64d、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，其各层晶面的相对位移是借助一个不全位错（肖克莱不全位错）运动而造成的。第63页/共161页第六十四页，编辑于星期日：十六点 六分。653、扭折、扭折n n为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方式称为扭折，变形区域则称为扭折带。n n扭折是一种扭折是一种

36、协调性变形协调性变形，它能引起应力松，它能引起应力松弛，使晶体不致断裂。弛，使晶体不致断裂。第64页/共161页第六十五页，编辑于星期日：十六点 六分。66与孪晶不同n n扭折区晶体的取向不对称性。n n会使滑移系的方位发生变化，从而进一步滑移。第65页/共161页第六十六页，编辑于星期日：十六点 六分。67还会伴随孪晶的出现第66页/共161页第六十七页，编辑于星期日：十六点 六分。68多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形1、晶粒取向的影响：、晶粒取向的影响：n n多晶体由很多小单晶组成，晶粒多晶体由很多小单晶组成，晶粒取取向各不相同向各不相同，变形影响因素复杂。，变形影响因素复杂。n n变形时

37、要变形时要保持整体的连续性保持整体的连续性，所以，所以要要相互配合相互配合。n n各晶粒不一定在最有利于滑移的方各晶粒不一定在最有利于滑移的方向进行滑移。向进行滑移。第67页/共161页第六十八页，编辑于星期日：十六点 六分。69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,173倍倍(采自采自,美国国家标准局美国国家标准局)第68页/共161页第六十九页，编辑于星期日：十六点 六分。70第69页/共161页第七十页，编辑于星期日：十六点 六分。71n n一个多晶体是否能够塑性变形，决定于它是否具备有一个多晶体是否能够塑性变形，决定于它是否具备有5 5个个独立的滑移系独立的滑移系来

38、满足各晶粒变形时相互协调的要求来满足各晶粒变形时相互协调的要求n n面心、体心多晶体塑性好面心、体心多晶体塑性好n n密排六方晶体塑性差密排六方晶体塑性差 第70页/共161页第七十一页，编辑于星期日：十六点 六分。722 2、晶界的影响、晶界的影响n n晶粒取向各不相同，存在晶界晶粒取向各不相同，存在晶界n n结构特征n n两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致两侧，晶粒取向不同，滑移方向和滑移面不一致n n滑移很难跨过晶界延续滑移很难跨过晶界延续滑移很难跨过晶界延续滑移很难跨过晶界延续n n所以在所以在

39、所以在所以在室温下室温下室温下室温下，晶界对滑移具有阻碍作用，晶界对滑移具有阻碍作用，晶界对滑移具有阻碍作用，晶界对滑移具有阻碍作用晶界变形量小晶界变形量小第71页/共161页第七十二页，编辑于星期日：十六点 六分。73n n位错的塞积（交通堵塞）n n晶界附近产生晶界附近产生晶界附近产生晶界附近产生塞积群塞积群塞积群塞积群；n n对位错源产生一对位错源产生一对位错源产生一对位错源产生一反作用力反作用力反作用力反作用力。阻止新位错的产生；。阻止新位错的产生；。阻止新位错的产生；。阻止新位错的产生；n n要继续塑性变形，必须加大应力，使另一取向晶粒中位错源的开始要继续塑性变形，必须加大应力，使另

40、一取向晶粒中位错源的开始要继续塑性变形，必须加大应力，使另一取向晶粒中位错源的开始要继续塑性变形，必须加大应力，使另一取向晶粒中位错源的开始动作；动作；动作；动作；n n对多晶体来说，对多晶体来说，对多晶体来说，对多晶体来说，外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求外加应力必须满足大部分晶粒的滑移要求，才能产生宏观的塑性变形。才能产生宏观的塑性变形。才能产生宏观的塑性变形。才能产生宏观的塑性变形。第72页/共161页第七十三页，编辑于星期日：十六点 六分。74n n晶界的数量与晶粒大小有直接关系n n晶粒尺寸晶粒尺寸晶界数量晶

41、界数量n n霍尔佩奇公式：n n多晶体的屈服强度多晶体的屈服强度 s与晶粒平均与晶粒平均直径直径d的关系的关系室温下室温下第73页/共161页第七十四页，编辑于星期日：十六点 六分。75l晶粒细小的材料具有良好的的综合力学性能晶粒细小的材料具有良好的的综合力学性能具有较高的强度、硬度具有较高的强度、硬度良好的塑性和韧性良好的塑性和韧性第74页/共161页第七十五页，编辑于星期日：十六点 六分。76n n细化晶粒能够提高塑性的原因是：n n多晶体内各晶粒变形是不均匀的，其不均匀程度会因晶粒大小的不同而有很大差异。晶粒越细小，这种不均匀程度越小，因为晶粒越小，塞积在晶界的位错群所产生的应力场将很容

42、易影响到相邻晶粒的整个体积，也就容易启动相邻晶粒的位错源而产生协调变形，是变形不均匀程度减小。所以不容易在晶粒中产生应力集中，继而达到塑性提高的效果。第75页/共161页第七十六页，编辑于星期日：十六点 六分。77高温下（Tm）n n扩散快；n n晶界的相对滑动。高温蠕变等强温度TE，晶界强度与晶粒本身强度比较晶界强度与晶粒本身强度比较第76页/共161页第七十七页，编辑于星期日：十六点 六分。78航空发动机叶片航空发动机叶片(a)多晶，多晶，(b)柱状晶，柱状晶，(c)单晶单晶 高温下使用的合金应该具有高的熔点，高的弹性高温下使用的合金应该具有高的熔点，高的弹性模量和大的晶粒。模量和大的晶粒

43、。第77页/共161页第七十八页，编辑于星期日：十六点 六分。79合金的塑性变形合金的塑性变形n n工程上一般不使用纯金属材料，而是使用合金。工程上一般不使用纯金属材料，而是使用合金。为什么？为什么？n n和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点和金属类似，但由于合金元素的存在，有新的特点n n可分为单相固溶体合金的塑性变形和多相合金的塑性变形 第78页/共161页第七十九页，编辑于星期日：十六点 六分。801、单相固溶体合金的塑性变形n n存在溶质原子n n固溶强化、明显的屈服点与应变时效。a、固溶强化第79页/共161页第八十页，编辑于星期日：十六点 六分。81n n不同溶质原子所引起

44、的固溶强化效果不同第80页/共161页第八十一页，编辑于星期日：十六点 六分。82n n影响固溶强化的因素影响固溶强化的因素n n溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显n n与基体相差越大，强化作用越强。与基体相差越大，强化作用越强。与基体相差越大，强化作用越强。与基体相差越大，强化作用越强。n n间隙型原子比置换型强化作用大；间隙型原子比置换型强化作用大；间隙型原子比置换型强化作用大；间隙型原子比置换型强化作用大；n n间隙原子在体心中的强化效果要强于面心

45、中。但由于间隙固间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固溶度小，所以作用也是有限。溶度小，所以作用也是有限。溶度小，所以作用也是有限。溶度小，所以作用也是有限。n n价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。第81页/共161页第八十二页，编辑于星期日：十六点 六分。83b、屈服现象与应变时效吕德斯带吕德斯带形成形成扩展扩展与滑移带区别与滑移带区别多晶粒协作的结果多晶粒协

46、作的结果贯穿截面每个晶粒贯穿截面每个晶粒每个晶粒内部按各自每个晶粒内部按各自的滑移系滑移的滑移系滑移第82页/共161页第八十三页，编辑于星期日：十六点 六分。84屈服点屈服点n n上屈服点：试样发生屈服而试验力首次下降前的最大应力。n n下屈服点：屈服阶段的最小应力。n n采用下屈服点的理由：上屈服点su波动性很大，对试验条件的变化很敏感；而下屈服点sl再现性较好。第83页/共161页第八十四页，编辑于星期日：十六点 六分。85n n为什么会存在这种明显的屈服现象！n nCottrel气团n n在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错在固溶体合

47、金中，溶质原子或杂质原子可以与位错在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成交互作用而形成交互作用而形成交互作用而形成溶质原子气团溶质原子气团溶质原子气团溶质原子气团n n如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子如刃位错中，滑移面下有拉应力，间隙原子C C，NN等或等或等或等或尺寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，尺寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，尺寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，尺寸大的原子会在此处偏聚以消除应力，则位错的能量降低，趋于稳定，则位错的能量降低，趋于稳定，则位错的能量降低，趋于稳定，则位

48、错的能量降低，趋于稳定，即位错被钉扎即位错被钉扎即位错被钉扎即位错被钉扎屈服的物理本质屈服的物理本质上屈服点：挣脱上屈服点：挣脱Cottrel气团，需要较大的应力气团，需要较大的应力下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降第84页/共161页第八十五页，编辑于星期日：十六点 六分。86n n从位错的运动规律来解释屈服现象应变速率应变速率可动位错密度可动位错密度运动速度运动速度柏氏矢量柏氏矢量受到的受到的有效应力有效应力作单位速度运动作单位速度运动所需应力所需应力应力敏感指数应力敏感指数 不变不变初始阶段：初始阶段：m小，需要小，需要v大，则大，则

49、 大大开始后：开始后：m大，需要大，需要v小，则小，则 小小第85页/共161页第八十六页，编辑于星期日：十六点 六分。87n n应变时效n nCottrell气团气团第86页/共161页第八十七页，编辑于星期日：十六点 六分。882、多相合金的塑性变形n n第二相数量、尺寸、形状和分布n n根据尺寸大小分为n n聚合型相差不多聚合型相差不多n n弥散型细小弥散型细小第87页/共161页第八十八页，编辑于星期日：十六点 六分。89a、聚合型n n若全是塑性相时，塑性取决于两相若全是塑性相时，塑性取决于两相的体积分数的体积分数变形先发生在变形先发生在较软的相中较软的相中第88页/共161页第八十

50、九页，编辑于星期日：十六点 六分。90b、弥散分布型n n强化作用：弥散相对位错的阻碍作用n n弥散相是否可变形？n n不可变形（外加的）不可变形（外加的）阻挡，弯曲阻挡，弯曲反作用反作用粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提高体积分粒子愈多，强化作用越明显。减小粒子尺寸或提高体积分数都会提高合金强度数都会提高合金强度第89页/共161页第九十页，编辑于星期日：十六点 六分。91夹杂物对位错运动的阻夹杂物对位错运动的阻碍碍第90页/共161页第九十一页，编辑于星期日：十六点 六分。92n n可变形（沉淀相）位错会切过粒子，强化作用取决于粒子本身位错会切过粒子，强化作用取决于粒子本身的性质，