第七章 材料的塑性变形

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 材料的塑性变形,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,1,第七章 材料的塑性变形,纳米铜的室温超塑性,2,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,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,：,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。,4,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,5,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. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,6,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,7,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,8,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,9,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,10,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面开始滑移的最小分切应力。,(,外力在滑移方向上的分解,),c,s,cos,cos,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,取决于金属的本性，不受,，,的影响；,或,90,时，,s,；,c,s,cos,cos,s,的取值,，,45,时，,s,最小，晶体易滑移；,软取向：值大；,取向因子：,cos,cos,硬取向：值小。,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,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,13,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,）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,14,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,15,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,16,第二节 单晶体的塑性变形,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,17,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,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,（,3,）,孪生变形的特点,滑移,孪生,相同点,1,切变；,2,沿一定的晶面、晶向进行；,3,不改变结构,。,不,同,点,晶体位向,不改变（对抛光面观察无重现性）,。,改变，形成镜面对称关系（对抛光面观察有重现性）,位移量,滑移方向上原子间距的整数倍，较大。,小于孪生方向上的原子间距，较小。,对塑变的贡献,很大，总变形量大。,有限，总变形量小。,变形应力,有一定的临界分切压力,所需临界分切应力远高于,滑移,变形条件,一般先发生滑移,滑移困难时发生,变形机制,全位错运动的结果,分位错运动的结果,19,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,20,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 相邻晶粒变形 塑变,2,晶粒之间变形的协调性,（,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）,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,3,晶界对变形的阻碍作用,（,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,22,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,23,第四节 合金的塑性变形,一 固溶体的塑性变形,1,固溶体的结构,2,固溶强化,（,1,）固溶强化：固溶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。,晶格畸变，阻碍位错运动；,（,2,）强化机制,柯氏气团强化。,第七章塑性变形,第四节合金塑变,24,第四节 合金的塑性变形,一 固溶体的塑性变形,2,固溶强化,（,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,4h,25,第四节 合金的塑性变形,一 固溶体的塑性变形,2,固溶强化,（,4,）固溶强化的影响因素,溶质原子含量越多，强化效果越好；,溶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；,间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。,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,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,27,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,28,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,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,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,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,力学性能：利,:,深冲板材变形控制,;,弊：制耳,。,（,3,）对性能的影响,(,各向异性,),物理性能,:,硅钢片,100100,织构可减少铁损。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,31,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,3,形成位错胞,变形量 位错缠结 位错胞,（大量位错缠结在胞壁，胞内位错密度低。,),第七章塑性变形,第五节组织性能变化,32,第五节,塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响,1,对力学性能的影响（加工硬化）,（,1,）加工硬化（形变强化、冷作强化）：随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,33,第五节,塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响,1,对力学性能的影响（加工硬化）,强化金属的重要途径；,利 提高材料使用安全性；,（,2,）利弊 材料加工成型的保证。,弊 变形阻力提高，动力消耗增大；,脆断危险性提高。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,34,第五节,塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响,2,对物理、化学性能的影响,导电率、导磁率下降，比重、热导率下降；,结构缺陷增多，扩散加快；,化学活性提高，腐蚀加快。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,35,第五节,塑性变形对材料组织和性能的影响,三,残余应力（约占变形功的,10,）,第一类残余应力（,）：宏观内应力，由整个物,体变形不均匀引起。,1,分类,第二类残余应力（,）：微观内应力，由晶粒变,形不均匀引起。,第三类残余应力（,）：点阵畸变，由位错、空,位等引起。,80-90%,。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,36,第五节,塑性变形对材料组织和性能的影响,三,残余应力（约占变形功的,10,）,利：预应力处理，如汽车板簧的生产。,2,利弊,弊：引起变形、开裂,如黄铜弹壳的腐蚀开裂。,3,消除：去应力退火。,第七章塑性变形,第五节组织性能变化,6h,37,