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1、金屬材料的變形與再結(jié)晶金屬材料的變形與再結(jié)晶123金屬熱變形、蠕變與超塑性金屬熱變形、蠕變與超塑性4金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線金屬的塑性變形金屬的塑性變形回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶9.1 9.1 金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線9.1.1 工程應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力應(yīng)變曲線塑性階段塑性階段彈性階段彈性階段頸縮頸縮屈服強度屈服強度抗拉強度抗拉強度應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)變0.2有屈服點工程應(yīng)力有屈服點工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線無屈服點工程應(yīng)力無屈服點工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線9.1.2 真應(yīng)力應(yīng)變曲線真應(yīng)力應(yīng)變曲線 9.1 9.1 金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線9.2 9.2 金屬的塑性變

2、形金屬的塑性變形9.2.1 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形一、滑移一、滑移 1、滑移線和滑移帶、滑移線和滑移帶 工工業(yè)業(yè)純純銅銅中中的的滑滑移移 帶帶 9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 (1)面心立方面心立方滑移面滑移面111滑移方向滑移方向滑移系共滑移系共12個個9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形(2)體心體心立方立方滑滑移移面面不不穩(wěn)穩(wěn)定定，低低溫溫時時多多為為112，中中溫溫時時多多為為110，高溫，高溫時多為時多為123；滑移滑移方向很方向很穩(wěn)定：穩(wěn)定：；滑移系滑移系可能有可能有1248個。個?；葡担夯葡担?2滑移系：滑移系：12滑移系：滑移系：249.2

3、9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形滑移系滑移系：3一般來說一般來說，fcc和和bcc中中滑移系較多滑移系較多，比，比hcp塑性好塑性好；bcc中雖然滑移系的中雖然滑移系的數(shù)目較數(shù)目較多多，但滑移面的密排，但滑移面的密排程度比程度比fcc低，低，且滑移方向較少，且滑移方向較少，故故塑性不如塑性不如fcc。一些金屬的滑移系一些金屬的滑移系9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 3、滑移的臨界分切應(yīng)力、滑移的臨界分切應(yīng)力 晶體晶體中的中的某滑移系是否某滑移系是否開動開動，決定于沿此滑移系分切應(yīng)力的決定于沿此滑移系分切應(yīng)力的大小，當(dāng)分切應(yīng)力達(dá)到某一臨大小，當(dāng)分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時，滑移才能發(fā)

4、生。界值時，滑移才能發(fā)生。鎂晶體拉伸屈服應(yīng)力與晶體取向的關(guān)系鎂晶體拉伸屈服應(yīng)力與晶體取向的關(guān)系 9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形4、滑移時晶面的轉(zhuǎn)動9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 4、滑移時晶面的轉(zhuǎn)動、滑移時晶面的轉(zhuǎn)動 拉伸時，晶面拉伸時，晶面轉(zhuǎn)動使滑移面和滑轉(zhuǎn)動使滑移面和滑移方向都逐漸與應(yīng)移方向都逐漸與應(yīng)力軸平行。力軸平行。自由滑移自由滑移受限制的滑移受限制的滑移9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形壓縮時的晶面轉(zhuǎn)動壓縮時的晶面轉(zhuǎn)動壓縮時的晶面轉(zhuǎn)動壓縮時的晶面轉(zhuǎn)動 壓縮時，壓縮時，晶面轉(zhuǎn)動使滑晶面轉(zhuǎn)動使滑移面和滑移方移面和滑移方向都逐漸與應(yīng)向都逐漸與應(yīng)力軸垂直

5、。力軸垂直。單軸拉伸時晶體轉(zhuǎn)動的力偶單軸拉伸時晶體轉(zhuǎn)動的力偶9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形5 5、復(fù)滑移、復(fù)滑移 滑滑移移過過程程能能夠夠沿沿兩兩個個以以上上滑滑移移系系同同時時或或交交替替進(jìn)進(jìn)行行，這這種種滑滑移過程就稱為復(fù)滑移，又稱多滑移。移過程就稱為復(fù)滑移，又稱多滑移。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形立方晶體（立方晶體（001）標(biāo)準(zhǔn)投影圖）標(biāo)準(zhǔn)投影圖fcc晶體滑移系晶體滑移系9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形fcc晶體滑移的超越現(xiàn)象晶體滑移的超越現(xiàn)象 例題：例題：當(dāng)面當(dāng)面心立方晶體拉伸時，心立方晶體拉伸時，根

6、據(jù)下圖所給的立方晶體根據(jù)下圖所給的立方晶體(001)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)投影圖回答投影圖回答：(a)拉伸沿拉伸沿P點所代表的方向進(jìn)行時，點所代表的方向進(jìn)行時，哪個滑移系首先開動哪個滑移系首先開動？(b)拉伸軸平行于拉伸軸平行于001時，共有幾時，共有幾個滑移系可能開動，寫出所有可能個滑移系可能開動，寫出所有可能的情況。的情況。6 6、交、交滑移滑移9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形宏宏觀觀：兩兩個個或或兩兩個個以以上上滑滑移移面面沿沿著著同同一一個個滑滑移移方方向向同同時或交替進(jìn)行滑移的現(xiàn)象時或交替進(jìn)行滑移的現(xiàn)象。微微觀觀：螺螺位位錯錯在在不不改改變變滑滑移移方方向向的的情情況況下下，改改變變滑

7、滑移移面引起的。面引起的。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形雙交滑移雙交滑移9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形思考：交滑移和層錯能的關(guān)系思考：交滑移和層錯能的關(guān)系7 7、滑移的位錯機制、滑移的位錯機制 宏宏觀觀上上晶晶體體滑滑移移的的臨臨界界分分切切應(yīng)應(yīng)力力 =微微觀觀上上克克服服位位錯運動阻力的錯運動阻力的外力，包括：外力，包括：點陣點陣阻力（派阻力（派納力）；納力）；F-RF-R源開動源開動阻力阻力；與其它位錯的交互作用阻力；與其它位錯的交互作用阻力；l長程交互力：克服彈性作用阻力；長程交互力：克服彈性作用阻力；l短程交互力：切割林位錯（扭折、割階）阻力；短程交互力：切

8、割林位錯（扭折、割階）阻力；位錯交割后形成的割階與扭折位錯交割后形成的割階與扭折；位錯與位錯與其他其他缺陷發(fā)生交互作用。缺陷發(fā)生交互作用。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形二、二、孿生孿生9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形鎂合金變形過程鎂合金變形過程中的孿生中的孿生 孿孿生生：切切應(yīng)應(yīng)力力作作用用下下，晶晶體體的的一一部部分分沿沿一一定定的的晶晶面面（孿孿生生面面）和和一一定定的的晶晶向向（孿孿生生方方向向）相相對對于于另另一一部部分分發(fā)發(fā)生生均均勻勻切切變變的的過過程程。孿孿生生部部分分與與原原晶體形成鏡面對稱。晶體形成鏡面對稱。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變

9、形變形前變形前 孿生孿生孿孿晶晶（twintwin）：晶晶體體中中原原子子排排列列以以某某一一晶晶面面成成鏡鏡面面對對稱稱部部分分的的合稱。合稱。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形變形變形前前9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 1、孿生過程孿生過程形成條件：形成條件：滑移系滑移系較少的密排六方晶體（如較少的密排六方晶體（如MgMg、ZnZn）；）；低溫低溫（如（如CuCu在在4.2K4.2K）；）；高高應(yīng)變速率（如應(yīng)變速率（如FeFe爆炸變形）。爆炸變形）?；苹苐不不均勻切變均勻切變l沒有位相變化沒有位相變化 孿生孿生l不均勻不均勻切變切變l沒有位相沒有位相變化變化 1

10、、孿生的形成過程9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形FccFcc晶體孿生變形示意圖晶體孿生變形示意圖9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形孿晶界孿晶界切變晶體切變晶體仍然保仍然保持面心立方持面心立方結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)位位向發(fā)生變化向發(fā)生變化9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形孿生幾何學(xué)孿生幾何學(xué)l球狀晶體，孿生面球狀晶體，孿生面K1；l上半球均勻上半球均勻切變方向切變方向1；l孿生要素：孿生要素：K1、1、K2、2；9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形2 2、孿晶的形成、孿晶的形成 形形變變孿孿晶晶：形形變變過過程程中中形形成成，

11、在在金金相相形形貌貌上上一一般般呈呈現(xiàn)現(xiàn)透透鏡鏡片狀，多數(shù)發(fā)源于晶界，終止于晶內(nèi)，又稱機械孿晶片狀，多數(shù)發(fā)源于晶界，終止于晶內(nèi)，又稱機械孿晶。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形鋅和鐵經(jīng)塑性變形后形成的形變鋅和鐵經(jīng)塑性變形后形成的形變孿晶孿晶9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形銅單晶在銅單晶在4.2K的拉伸曲線的拉伸曲線 退退火火孿孿晶晶：變變形形金金屬屬在在退退火火過過程程中中也也可可能能產(chǎn)產(chǎn)生生孿孿晶晶組組織織，與與形變形變孿晶相比，孿晶相比，一般孿晶界面平直，且孿晶片較厚一般孿晶界面平直，且孿晶片較厚。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 銅晶體中的退火孿晶銅晶體

12、中的退火孿晶組織組織 3 3、孿生的位錯機制、孿生的位錯機制9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形面面心心立立方方晶晶體體中中孿孿晶的形成晶的形成a/6112-9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形孿生的孿生的極軸機制孿生的孿生的極軸機制 4 4、滑移和孿生的比較、滑移和孿生的比較 1)1)相同點：相同點：宏觀宏觀上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；微微觀觀上上，都都是是晶晶體體塑塑性性變變形形的的基基本本形形式式，是是晶晶體體的的一一部部分分沿沿一一定定晶晶面面和和晶晶向向相相對對另另一一部部分分的的移移動動過程；過程；均均不會不會改變晶體結(jié)構(gòu)

13、；改變晶體結(jié)構(gòu)；從從機制上看，都是位錯運動結(jié)果。機制上看，都是位錯運動結(jié)果。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 2)2)不同點不同點：9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形滑移滑移不改變晶體的不改變晶體的位相；位相；全位錯運動的全位錯運動的結(jié)果；結(jié)果；不均勻切變不均勻切變過程；過程；比較比較平緩，應(yīng)力平緩，應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲曲線較光滑、線較光滑、連續(xù)；連續(xù)；臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力值較小；值較??；切變切變較大，取決于較大，取決于晶體晶體的的塑性；塑性；孿生孿生改變改變晶體的晶體的位相；位相；不全位錯運動的不全位錯運動的結(jié)果；結(jié)果；均勻切變均勻切變過程；過程；發(fā)生迅速，應(yīng)力發(fā)生迅速

14、，應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲曲線線呈鋸齒狀；呈鋸齒狀；臨界分切應(yīng)力值大；臨界分切應(yīng)力值大；切變較小，取決于切變較小，取決于晶體晶體結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形三、晶體的扭折三、晶體的扭折9.1.2 多晶體的塑性變形Zn單晶與多晶拉伸9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形9.2.2 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形一、多晶體變形的特點一、多晶體變形的特點 1 1、相鄰晶粒的相互協(xié)調(diào)性、相鄰晶粒的相互協(xié)調(diào)性 多晶體中晶粒取向隨機性多晶體中晶粒取向隨機性 變形不一致變形不一致 相鄰晶粒的相互協(xié)調(diào)性相鄰晶粒的相互協(xié)調(diào)性 對獨立滑移系的要求（對獨立滑移系的要求（5 5個）個）9.

15、2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形2 2、晶界的影響、晶界的影響雙晶拉伸雙晶拉伸位錯塞積位錯塞積9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 3 3、晶粒尺寸與強度的關(guān)系、晶粒尺寸與強度的關(guān)系霍爾佩奇（霍爾佩奇（Hall-PatchHall-Patch）關(guān)系：關(guān)系：9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形細(xì)細(xì)晶是唯一既提高強度也增晶是唯一既提高強度也增加塑形的強化方式。加塑形的強化方式。提高塑形：提高塑形：變形較均勻、應(yīng)力集中較小變形較均勻、應(yīng)力集中較小 等強溫度等強溫度9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形二、屈服二、屈服 1 1、屈服現(xiàn)象、屈服現(xiàn)象9.2 9.2 金屬的塑性

16、變形金屬的塑性變形9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 2 2、應(yīng)變時效現(xiàn)象、應(yīng)變時效現(xiàn)象時效后時效后9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 3 3、屈服現(xiàn)象的解釋、屈服現(xiàn)象的解釋 1 1）氣團(tuán)理論：氣團(tuán)理論：在在固固溶溶體體中中，溶溶質(zhì)質(zhì)或或雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子在在晶晶體體中中造造成成點點陣陣畸畸變變，溶溶質(zhì)質(zhì)原原子子的的應(yīng)應(yīng)力力場場和和位位錯錯應(yīng)應(yīng)力力場場會會發(fā)發(fā)生生交交互互作作用用，作作用用的的結(jié)結(jié)果果是是溶溶質(zhì)質(zhì)原原子子將將聚聚集集在在位位錯錯線線附附近近，形形成成溶溶質(zhì)質(zhì)原原子子氣氣團(tuán)團(tuán)，即即所所謂謂的的柯垂?fàn)枺麓範(fàn)枺–ottrellCottrell）氣團(tuán)。）氣團(tuán)?？梢越忉尨蟛糠志w中出現(xiàn)的屈服現(xiàn)象?？梢越忉尨蟛糠志w中出現(xiàn)的屈服現(xiàn)象。9.2 9.2 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 2 2）位錯理論）位錯理論 材材料料的的塑塑性性變變形形的的應(yīng)應(yīng)變變速速率率 p p是是與與晶晶體體中中可可動動位位錯錯密密度度 m m、位錯運動平均速度位錯運動平均速度v v以及位錯的柏氏矢量以及位錯的柏氏矢量b b成正比，即：成正比，即：可見，具有明顯屈服現(xiàn)象的材料應(yīng)具備以下條件：可