金属学与热处理 42多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形与单晶体比较并无本质上的区别,即每个晶粒的塑性变形仍然以滑 移等方式进行。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位向不同,多晶体的塑性变形要比单 晶体复杂得多,表现出以下不同于单晶体的特点 1.不均匀的塑性变形过程 由于每个晶粒的位向不相同,以致其内部的滑移面及滑移方向分布也不一致,因此在外 力作用下,各晶粒内滑移系上的分切应力也不相同,如图45所示。有些晶粒所处的位向能 使其内部的滑移系获得最大的分切应力,并将首先达到临界分切应力值而开始滑移。这些晶 粒所处的位向为易滑移位向,有称为“软位向”;还有 些晶粒所处的位向,只能使其内部滑移系获得的分切应 力最小,最难滑移,被称为“硬位向”。与单晶体塑性 变形一样,首批处于软位向的晶粒,在滑移过程中也要 发生转动。转动的结果,可能会导致从软位向逐步到硬 位向,使之不再继续滑移,而引起邻近未变形的硬位向 晶粒转动到“软位向”并开始滑移。由此可见,多晶体 的塑性变形,先发生于软位向晶粒,后发展到硬位向晶 粒,是一个塑性变形有先后和不均匀的塑性变形过程。 图45中的A、B、C示意了不同位向晶粒的滑移次序 2.晶粒间位向差阻碍滑移 图45多晶体金属中各晶粒所处位向 由于各相邻晶粒之间存在位向差,当一个晶粒发生塑性变形时,周围的晶粒如不发生 塑性变形就不能保持晶粒间的连续性,甚至造成材料出现孔隙或破裂。存在于晶粒间的这 种相互约束,必须有足够大的外力才能予以克服,即在足够大的外力下,能使某晶粒发生 滑移变形并能带动或引起其他相邻晶粒也发生相应的滑移变形。这就意味着増大了晶粒变 形的抗力,阻碍滑移的进行 3.晶界阻碍位错运动 晶界是相邻晶粒的过渡区,原子排列不规则。当位错运动到晶界附近时,受到晶界的 阻碍而堆积起来(即位错的塞积),如图46所示。若使变形继续进行,则必须增加外力,可 见晶界使金属的塑性变形抗力提高。图4.7所示为双晶粒试样的拉伸试验,在拉伸到一定 的伸长量后观察试样,发现在晶界处变形很小,而远离晶界的晶粒内变形量很大。这说明 晶界的变形抗力大于晶内 综上所述,金属的晶粒越细,晶界总面积越大,需要协调的具有不同位向的晶粒越多 其塑性变形的抗力便越大,表现出强度越高。另外,金属晶粒越细,在外力作用下,有利 于滑移和能参与滑移的晶粒数目也越多。由于一定的变形量会由更多的晶粒分散承担,不 致造成局部的应力集中,从而推迟了裂纹的产生,即使发生的塑性变形量很大也不致断裂, 表现出塑性的提高。在强度和塑性同时提高的情况下,金属在断裂前要消耗大量的功,因 而其韧性也比较好。这进一步表明了细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。·76· 金属学与热处理 ·76· 4.2 多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形与单晶体比较并无本质上的区别，即每个晶粒的塑性变形仍然以滑 移等方式进行。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位向不同，多晶体的塑性变形要比单 晶体复杂得多，表现出以下不同于单晶体的特点。 1. 不均匀的塑性变形过程 由于每个晶粒的位向不相同，以致其内部的滑移面及滑移方向分布也不一致，因此在外 力作用下，各晶粒内滑移系上的分切应力也不相同，如图 4.5 所示。有些晶粒所处的位向能 使其内部的滑移系获得最大的分切应力，并将首先达到临界分切应力值而开始滑移。这些晶 粒所处的位向为易滑移位向，有称为“软位向”；还有 些晶粒所处的位向，只能使其内部滑移系获得的分切应 力最小，最难滑移，被称为“硬位向”。与单晶体塑性 变形一样，首批处于软位向的晶粒，在滑移过程中也要 发生转动。转动的结果，可能会导致从软位向逐步到硬 位向，使之不再继续滑移，而引起邻近未变形的硬位向 晶粒转动到“软位向”并开始滑移。由此可见，多晶体 的塑性变形，先发生于软位向晶粒，后发展到硬位向晶 粒，是一个塑性变形有先后和不均匀的塑性变形过程。 图 4.5 中的 A、B、C 示意了不同位向晶粒的滑移次序。 2. 晶粒间位向差阻碍滑移 由于各相邻晶粒之间存在位向差，当一个晶粒发生塑性变形时，周围的晶粒如不发生 塑性变形就不能保持晶粒间的连续性，甚至造成材料出现孔隙或破裂。存在于晶粒间的这 种相互约束，必须有足够大的外力才能予以克服，即在足够大的外力下，能使某晶粒发生 滑移变形并能带动或引起其他相邻晶粒也发生相应的滑移变形。这就意味着增大了晶粒变 形的抗力，阻碍滑移的进行。 3. 晶界阻碍位错运动 晶界是相邻晶粒的过渡区，原子排列不规则。当位错运动到晶界附近时，受到晶界的 阻碍而堆积起来(即位错的塞积)，如图 4.6 所示。若使变形继续进行，则必须增加外力，可 见晶界使金属的塑性变形抗力提高。图 4.7 所示为双晶粒试样的拉伸试验，在拉伸到一定 的伸长量后观察试样，发现在晶界处变形很小，而远离晶界的晶粒内变形量很大。这说明 晶界的变形抗力大于晶内。 综上所述，金属的晶粒越细，晶界总面积越大，需要协调的具有不同位向的晶粒越多， 其塑性变形的抗力便越大，表现出强度越高。另外，金属晶粒越细，在外力作用下，有利 于滑移和能参与滑移的晶粒数目也越多。由于一定的变形量会由更多的晶粒分散承担，不 致造成局部的应力集中，从而推迟了裂纹的产生，即使发生的塑性变形量很大也不致断裂， 表现出塑性的提高。在强度和塑性同时提高的情况下，金属在断裂前要消耗大量的功，因 而其韧性也比较好。这进一步表明了细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 图 4.5 多晶体金属中各晶粒所处位向