塑性变形与再结晶

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A'
b
m
③ 单晶体的屈服应力σs
• 当τ＝τk时，位错开始滑移，
m cos cos
材料屈服ζ＝ζs，代入上式：
k sm
• 对于一定材料，ηk为定值。 单晶体与外力 F 的取向不同，
m不同，屈服应力ζs也不同。
表现为各向异性。 τk值一般 可通过实验测定。
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6.4
合金的塑性变形
合金组织：单相和复相
一、固溶体塑变特点
与纯金属相比，
有固溶强化作用。作
用大小主要取决于溶 剂晶体结构，溶质浓 度及固溶体类型。
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基体金属
Al f.c.c. Cu f.c.c. Fe b.c.c. Nb b.c.c. Fe b.c.c. Nb b.c.c. Ni f.c.c.
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单晶镁的ζs－m的关系
4、滑移时晶体的转动
软取向
• 拉伸时晶体的转动，是力求使晶体的滑移方向与外力 轴平行，即λ下降，φ增加，向90°变化。
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• 压缩时晶体的转动，力求使滑移方向与外力 轴垂直，即λ增加，φ下降。
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5、多滑移与交滑移
• 晶体发生塑性变形时，随着滑移的不断进行，将发生
• 各向同性。屈服应力为定值。
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二、晶粒大小对形变的影响
• 如图为低碳钢多晶材料屈服强度 与d－1/2关系曲线，由实验证明了 Hall－Petch公式。
s o k d
1 2
d — 晶粒半径， σs — 材料屈服强度； σ0 — 单晶屈服强度 • 由实验还证明： 塑性材料σ上、σ下、5％、10％等流变应力值，以及疲劳强度与 晶粒半径之间也服从上述规律，只是σ0和k不同。 脆性材料的脆断强度σb — d也服从。
• 由于晶体转动，m 的变化也可能使螺位错由一个滑移
面转移到更有利的滑移面上进行，称为交滑移（共同
的滑移方向，不同滑移面）。
b 铝表面的波纹状滑移带
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6、单晶体的应力－应变曲线
典型曲线一般分为三阶段 Ⅰ：单滑移（加工硬化系数小） ζ
A
Ⅱ Ⅰ
Ⅲ
Ⅱ：多滑移（加工硬化明显）
Ⅲ：动态回复（异号位错抵消
[112]
(111 ) K
[112 ]
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特点： （与滑移相比）
• 孪晶的取向不同，而滑移后晶体的取向不变。
表面产生的滑移台阶经抛光后消失；但孪晶 取向不同，腐蚀速度不一样，光学性质也有 差异，因此可见两块晶体色泽不同的孪晶。 孪生的结果使晶体表面产生浮凸。
• 原子运动的大小，与距孪晶面距离成正比，呈镜面对称。
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② 滑移系上的分切应力τ
• 如图:单晶体单向拉伸，某一滑移系与
外力F 的取向关系由φ和λ唯一确定。
• 外力F 在滑移方向上的分切应力为：
n
υ
F A
λ
A'

Fb F cos F cos cos A A / cos A cos cos m
位错密度不再增加）
•
ε
沿特殊方向（多个滑移系取向因子m 相同）拉伸，此时 无第Ⅰ阶段，如图A曲线。
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例： f.c.c中特殊方向上的等同滑移系
• 沿 <001> 8个等同滑移系； • 沿 <110> 4个等同滑移系；
<110> <001> <111>
• 沿 <111> 6个等同滑移系。
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二、孪生
σk --- 断裂强度 集中塑变的最终应力值
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2、塑性指标:
σ
b k
s e 产生塑性变形而不被破坏的能力。 δ --- 延伸率
Lk Lo 100% Lo
δ < 5% δ≈ 5～10% δ > 10%0ຫໍສະໝຸດ 脆性材科 韧性材料 塑性材料ε
ψ --- 断面收缩率:
Ao Ak 100% Ao
第6 章
塑性变形与再结晶
金属成型的重要手段
成分组 织结构
材料特性 合成与制备
服役行为与寿命
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章目录：
6.1
6.2
金属的应力应变曲线
单晶体的塑性变形
6.3
6.4 6.5 6.6 6.7
多晶体的塑性变形
合金的塑性变形 冷变形金属的组织与性能 冷变形金属的组织与性能 热变形与动态回复与再结晶
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• 延展性是金属最基本的性质之一。 利用它可成型金属零部件。掌握变形的规律，可方 便的控制塑性加工的进程；如果设法阻止或延缓金 属的变形，则是强化材料的途径。 • 本章重点研究材料的变形规律及其微观机制，分析其 影响因素。
塑性变形的基本方式：滑移和孪生 一、滑移 滑移的本质 — 位错的运动 1、滑移线与滑移带
滑移带
滑移线
Cu单晶表面的滑移带
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2、滑移系
• 晶体的滑移总是沿阻力最小的晶面和晶向进行，通常为密排面和 密排方向。即单位位错的滑移面和柏氏矢量方向。 • 密排面和它上面的一个密排方向的组合称为滑移系。 f.c.c b.c.c {111}<110> 4×3 ＝12 {110}<111> 6×2 ＝12 或次密排面{112}、{123}
面心立方
体心立方
{111} {110} {112} {123}
{0001 } _ {101 0}
<110>
<111>
12 12 12 24
3 3 6
密排六方
{1011}
_
1120
• b.c.c密排面原子密度较f.c.c小，面间距也较低，滑移阻力较大， 虽然滑移系多，但塑性不如面心立方。 • h.c.p由于滑移系少，塑性差。但当温度升高时，原子振动增大， 相近的密排面和方向的数目增加，比低温时易于变形。
孪生是金属材料塑变的另一种基本方式，一般是在
滑移难以进行时发生。
1、孪生及其特点
形变孪晶（条带状）
退火孪晶（平直边界）
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晶体在一定切应力τ作用下，沿着一定的晶面和 晶向产生一个集体的有规则的位移，造成一个具有不
同取向，但有相同结构的新晶体，称为孪生。
(1 10)
孪生面K
(111)
(1 10)
孪生方向η

L
L0
dL L ln ln( 1 ) L L0
体积不变
P P A0 L S (1 ) （缩颈以前） A A0 A L0
当应变很小时， << 1 有：
e ≈ ，s ≈σ，两者相近，可通用。
但当应变很大时，两者相差较多。
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• 真应力－应变曲线如图所示，产生 缩颈后，应力继续上升，表明加工 硬化继续发生。 • 该曲线可表示为：
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• 孪生的发生需要较大的应力， 拉伸曲线呈锯齿状。
• 孪生所能产生的总形变量很 小，但可调节晶体位向。
镉孪生变形时的 应力－应变曲线
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2、实际晶体中的孪晶
• 以上孪晶是形变孪晶，常呈透镜状，在b.c.c和h.c.p
中常见，特别是后者。f.c.c形变孪晶少见，常见的是
退火孪晶，即在高温下发生，通常边界平直。 K面 η方向
S
断裂 集中塑变 均匀塑变 弹性范围
S k en
n —— 加工硬化指数，约在 0.1~ 0.5之间 不锈钢： 0.45～0.55 黄 铜： 0.36～0.4 铜： 铝： 0.3 ～ 0.35 0.15～0.25 f.c.c 高
0
e
铁：0.05～0.15 h.c.p 很小
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b.c.c
6.2 单晶体的塑性变形
转动。
• 转动的结果，m 值不断变化。原先处于有利地位的滑
移系可能转到不利的地位，停止滑移；原来不利地位 的滑移系可能转到有利地位，发生滑移。 • 最后稳定在多个滑移系取向因子相当的地位，于是产 生了多个滑移系交替滑移的局面，即称多滑移。
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铜在双滑移时产生的交叉滑移带
奥氏体钢中的交叉滑移带
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3、滑移的临界分切应力 k
① 定义：
• 作用在位错的滑移面，且平行于布氏矢量的分切应力τ，称为 作用于滑移系的分切应力。 • 当τ达到足以克服位错滑移阻力τk时，滑移系方能开动，称τk 为滑移的临界分切应力。
或：使滑移系开动的最小分切应力。称为临界分切应力τk 。
• τk是材料的性质，取决于材料本身。
112
111
_
f.c.c
b.c.c h.c.p
{111}
{112}
{101 2}
_
_
10 11
__
随c/a值变化
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6.3
多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形与单晶体一样，包括滑移与孪生，但由于晶 界的存在，各晶粒的取向不同，使多晶体的塑变具有新的特点。
一、多晶体塑变过程及特点
• 高分子材料的变形属粘弹性变形，陶瓷材料几乎没有
塑性，在工业上主要通过热成型或湿成型。所以研究 他们的塑性变形，意义有限。
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6.1 金属的应力-应变曲线
σ
均匀塑变
b
集中塑变
e
s
k
断裂
弹性变形
0
应力—应变曲线
p A0 L L0 L0
ε
拉伸缩颈
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金属的变形特性
• 变形的分类:
溶质原子
臵换 臵换 臵换 臵换 间隙（C） 间隙（N） 间隙（C）
d （强化效果） 畸变对称性 dc
G/10 G/20 弱 G/16 G/10 3G 强 2G G/10 弱 球对称