第二章材料的塑性变形 chapter 2 plastic deformation of materials 概述 对塑性变形的认识过程 三,塑性变形的本质 四.简述多晶体塑性变形 概述 定义在外力除去后变形不能回复的叫塑性变形 2度量其大小有用延伸率和断面收缩率来度量 6 100 小 ×100% 工程上区别脆性塑性 >59%塑性材料 <5%脆性材料 3影响因素 ①温度T↑塑性变好 ②加载速度 最早对塑性变形的认识过程起始于单晶的拉伸试验 滑移side(占90%) 产生塑性变形的方式< 孪生twin(占10%) 1滑移 定义警惕在外力作用下,其中一部分沿着一定晶面和这个晶面上的一定方向对其另一部分产生的相对移动 2滑移的晶体学条件 ①几何条件:滑移沿密排面进行 ②静电条件:对于离子晶体和共价晶体滑移过程中不应遇 到同号离子的斥力作用 ③滑移系的概念 滑移面与滑移方向的组合称为滑移系 3临界分切应力 F cos cos a t=a, cos o cos a 对于单晶固定(为临界分切应力) cos pcos变化固定os(屈服应力)也变化,故研究单晶没有意义 滑移面法线 滑移面A/ 图3.12在单晶体某滑移系上的 分切应力 三塑性变形的本质 1理论剪切强度
第二章 材料的塑性变形 chapter 2 plastic deformation of materials 一.概述 二.对塑性变形的认识过程 三.塑性变形的本质 四.简述多晶体塑性变形 一. 概述 1.定义 :在外力除去后变形不能回复的叫塑性变形. 2.度量其大小有用延伸率和断面收缩率来度量 工程上区别脆性,塑性 塑性材料 脆性材料 3.影响因素: ①温度 塑性变好 ②加载速度 二.对塑性变形的认识过程 最早对塑性变形的认识过程起始于单晶的拉伸试验 滑移 slide (占90%） 产生塑性变形的方式 孪生 twin(占10%） 1.滑移 定义:警惕在外力作用下,其中一部分沿着一定晶面和这个 晶面上的一定方向,对其另一部分产生的相对移动. 2.滑移的晶体学条件 ①几何条件: 滑移沿密排面进行 ②静电条件:对于离子晶体和共价晶体,滑移过程中不应遇 到同号离子的斥力作用. ③滑移系的概念: 滑移面与滑移方向的组合称为滑移系 3.临界分切应力 对于单晶 固定(为临界分切应力) 变化 固定σs（屈服应力）也变化，故研究单晶没有意义 图3.12 在单晶体某滑移系上的 分切应力 三.塑性变形的本质 1.理论剪切强度
2丌A切变模量 Orowan修正了值为1050 实际发生塑性变形时,τ比小2~3个数量级造成这一差别的原因在于假设条件的差异,计算理论剪切强度时假定 两排原子是刚性滑移,而实际过程并不是这样,而是位错运动的结果 2.位错运动理论 dislocation ①定义:线状缺陷 ②位错的类型 刃位错( edge dislocation 正负右 基本类型 嫘位错( screw dislocation) 混合位错( screw dislocation) ③位错造成畸变的度量 柏格斯矢量 ④柏格斯矢量与位错线的几何关系 刃位错 ⊥位错线 螺位错: 位错线 滑移面:由位错线与柏格斯矢量组成的面 刃位错只有唯一一个的滑移面,对于螺位错,凡通过位错线的晶面,都是滑移面,有无数个 ⑤柏格斯矢量的守恒 a.一个位错沿其长度各柏氏矢量相等 为错在晶体内运动或者改变方向其柏氏矢量不变,即一个位错只有唯一的一个矢量,一个位错的形态可以是刃 性,螺形或混合型,只要看位错线与柏氏矢量之间的角度怎样。 b位错线不能在晶体内部中断,因此,它只能露出晶体表面,或接于其他位错 c.当数个位错交于一点时,指向节点的柏氏矢量等于离开节点的位错的柏氏矢量。 ⑥晶体内位错数量的表征 a.单位体积内位错线的长度 b.单位面积上位错线的露点数/Cn c.⑦位错的宽度 错排最大量1/4处为位错的宽度 位错的宽度是衡量畸变的集中程度的量,离子晶体中位错宽度窄,要对整体性好,金属晶体宽度大,要求对整体性 不高。位错可以销毁,可以增值。 ⑧位错存在为何容易滑移 4◆◆◆◆中◆φ◆+ 图28完整晶体中原子排列及其势能曲线 无位错 有位错 正常原子滑移需越过势垒H 位错处,越过能量势垒h 有外切力时为h时,h<h 位错除滑移外,还可以产生攀移,由于热运动,原子之间扩散,空位扩散到位错处,使位错上移,杂质离子扩散 到位错处,使位错下移
:切变模量 Orowan修正了 值为 实际发生塑性变形时,τ比 小2~3个数量级造成这一差别的原因在于假设条件的差异,计算理论剪切强度时假定 两排原子是刚性滑移,而实际过程并不是这样,而是位错运动的结果. 2.位错运动理论 dislocation ①定义:线状缺陷 ②位错的类型 正 刃位错（edge dislocation) 负 右 基本类型 螺位错（screw dislocation) 左 混合位错（screw dislocation) ③位错造成畸变的度量 柏格斯矢量 ④柏格斯矢量与位错线的几何关系 刃位错: 位错线 螺位错: 位错线 滑移面:由位错线与柏格斯矢量组成的面 刃位错只有唯一一个的滑移面，对于螺位错，凡通过位错线的晶面，都是滑移面，有无数个. ⑤柏格斯矢量的守恒 a.一个位错沿其长度各柏氏矢量相等 为错在晶体内运动或者改变方向其柏氏矢量不变，即一个位错只有唯一的一个矢量，一个位错的形态可以是刃 性，螺形或混合型，只要看位错线与柏氏矢量之间的角度怎样。 b.位错线不能在晶体内部中断，因此，它只能露出晶体表面，或接于其他位错。 c.当数个位错交于一点时，指向节点的柏氏矢量等于离开节点的位错的柏氏矢量。 ⑥晶体内位错数量的表征 a. 单位体积内位错线的长度 b. 单位面积上位错线的露点数 c. ⑦位错的宽度 错排最大量1/4 处为位错的宽度 位错的宽度是衡量畸变的集中程度的量，离子晶体中位错宽度窄，要对整体性好，金属晶体宽度大，要求对整体性 不高。位错可以销毁，可以增值。 ⑧位错存在为何容易滑移 图2.8 完整晶体中原子排列及其势能曲线 无位错 有位错 正常原子滑移需越过势垒H 位错处，越过能量势垒h 有外切力时为h’时，h’﹤h 位错除滑移外，还可以产生攀移，由于热运动，原子之间扩散，空位扩散到位错处，使位错上移，杂质离子扩散 到位错处，使位错下移
⑨位错运动的阻力派一纳力 ifep 2和 b 只与柏氏矢量和位错宽度有关 bw都是表征位错造成畸变程度的物理量 b是一个总的畸变量 是错排最大量74处的畸变宽度,表畸变的集中程度 ⑩0位错增殖机理 宏观上观察到的变形,是无数位错运动的结果。因此,要表现出塑性变形,必须有位错增殖的机理 Frank-Read源 位错线在空间三维分布,必须有位错线交割 位错线与点缺陷的交点 b.位错源的运动过程 c.位错增殖的受力过程 单位位错线受力 br:外切力 L:晶体移动距离 b:变形大小 E,L=τb·l A,=t b AB 开动 Frank-Read源最大的切应力 从受力情况分析,可以得出以下结论: a被钉住位错线的长度越长(AB长),开动的应力越小,如合金钢,在钢中加合金元素,使钉住的位错线AB变 短,v增大使钢的强度提高 b.该材料的切变模量越大,开动它需要力越大。 c柏氏矢量越大,开始位错需要的力越大。 3、孪生 ①定义 孪晶:以共格晶面(晶面)相连接,呈镜面对称的一对晶体的合称. 孪生:以产生孪晶方式进行切变变形的过程。 ②与位错滑移的异同点 不同点:i)滑移不改变晶体结构和取向 孪生不改变晶体结构,改变了晶体取向 i)孪生切变量是b的一个分数 滑移切变量是b的整数倍 ⅲ1)孪生切应力大,如MgO发生孪生是滑移切应力的2个数量级 g/mmim 滑移 孪生 t=500~3500mn )孪生的晶体学条件更严格 相同点:i)都不改变晶体结构 孪生过程实际就是“部分位错“的运动,不同的柏氏矢量的位错相继扫过孪生面。 二者的关系:
⑨位错运动的阻力 派—纳力 只与柏氏矢量和位错宽度有关 都是表征位错造成畸变程度的物理量 是一个总的畸变量 是错排最大量 处的畸变宽度，表畸变的集中程度 ⑩位错增殖机理 宏观上观察到的变形，是无数位错运动的结果。因此，要表现出塑性变形，必须有位错增殖的机理。 a. Frank-Read源 位错线在空间三维分布，必须有位错线交割 位错线与点缺陷的交点 b.位错源的运动过程 c.位错增殖的受力过程 ：单位位错线受力 ：外切力 L:晶体移动距离 b:变形大小 T R 开动Frank-Read源最大的切应力 从受力情况分析，可以得出以下结论： a.被钉住位错线的长度越长（ 长），开动的应力越小，如合金钢，在钢中加合金元素，使钉住的位错线 变 短， 增大使钢的强度提高。 b.该材料的切变模量越大，开动它需要力越大。 c.柏氏矢量越大，开始位错需要的力越大。 3、孪生 ①定义： 孪晶：以共格晶面（晶面）相连接，呈镜面对称的一对晶体的合称. 孪生：以产生孪晶方式进行切变变形的过程。 ②与位错滑移的异同点 不同点 ：ⅰ）滑移不改变晶体结构和取向 孪生不改变晶体结构，改变了晶体取向 ⅱ）孪生切变量是b 的一个分数 滑移切变量是b 的整数倍 ⅲ）孪生切应力大，如 发生孪生是滑移切 应力的2个数量级 滑移 孪生 ⅳ）孪生的晶体学条件更严格 相同点 ：ⅰ）都不改变晶体结构 ⅱ）都是位错运动 孪生过程实际就是“部分位错“的运动，不同的柏氏矢量的位错相继扫过孪生面。 二者的关系：
变形首先由滑移完成,到一定程度滑移困难时,产生孪生。由于取自改变后,切应力又容易使位错进行,滑移 开始。在整个塑性变形过程中,二者是相互协同完成的。 对于对称性差的晶体,可能首先产生孪生,然后再进行滑移,但以孪生为主。 孪生发生切变变行占变形总量的10% A 位错 四、多晶体塑性变形 14多墨的移示g图 1、多晶与单晶构造上的区别 2、多晶体塑性变形过程 金属--协调滑移 陶瓷--位错赛积 3、位错赛积 ①位错在障碍物前的有序排列 ②位错赛积所形成的应力集中 ③晶粒尺寸对塑性变形的影响 T=2t 位错形成的应力场 2(同号位错间斥力)位错间距离 F2=西→⊥T 设单位长度位错的向前移&,做的功 W=NF.&x= NEx w=Tb& w =XT w=NF&x= NthEx w=tb&x w=w 可大,容易引起晶粒中位错的滑移。 可的大小取决于位错的个数(在外加应力一定情况下),而位错的个数又与位错源距离有关,采取细化晶粒法。使 N减少,也就是使变小,难以达到产生塑性变形时的值,故晶体提高,强度提高 4、产生协调滑移对位错数量的要求 根据很多人的研究结果,每个晶粒有5个独立的滑移系时,才能产生协调滑移。 对于耐火材料,MgO塑性最好,有5个独立的滑移系(高温时) 5、晶界对于多晶体塑性变形的作用 晶界通过对传达应力集中将应力传到第二个晶粒上,协调相邻晶粒间的变形过程。缺点是阻止位错滑移到晶界外
变形首先由滑移完成，到一定程度滑移困 难时，产生孪生。由于取自改变后，切应力又容易使位错进行，滑移 开始。在整个塑性变形过程中，二者是相互协同完成的。 对于对称性差的晶体，可能首先产生孪生，然后再进行滑移，但以孪生为主。 孪生发生切变变行占变形总量的10%。 四、多晶体塑性变形 1、多晶与单晶构造上的区别 2、多晶体塑性变形过程 金属---协调滑移 陶瓷---位错赛积 3、位错赛积 ①位错在障碍物前的有序排列 ②位错赛积所形成的应力集中 ③晶粒尺寸对塑性变形的影响 位错形成的应力场 （同号位错间斥力） 位错间距离 设单位长度位错的向前移 ，做的功 大，容易引起晶粒中位错的滑移。 的大小取决于位错的个数（在外加应力一定情况下），而位错的个数又与位错源距离有关，采取细化晶粒法。使 N减少，也就是使 变小，难以达到产生塑性变形时的 值，故晶体 提高，强度提高。 4、产生协调滑移对位错数量的要求 根据很多人的研究结果，每个晶粒有5个独立的滑移系时，才能产生协调滑移。 对于耐火材料， 塑性最好，有5个独立的滑移系（高温时） 5、晶界对于多晶体塑性变形的作用 晶界通过对传达应力集中将应力传到第二个晶粒上，协调相邻晶粒间的变形过程。缺点是阻止位错滑移到晶界外