第11章-1 金属塑性变形的物理基础-冷变形

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(二)晶间变形

晶粒相互滑动和转动
在冷态变形条件下,多晶体的塑性变形主要 集中在晶内。晶间变形只起次要作用。而且 需要其他变形机制的协调。这主要是由于晶 界强度高于晶内,其变形比晶内困难。而且 多晶体各晶粒间犬牙交错,造成晶界滑移困 难,如晶界发生变形,必将引起裂纹,故晶 界变形量是很小的。
2.塑性变形特点
(一)晶内变形


(1)滑移 滑移:晶体一部分沿一定晶面(滑移面) 和晶向(滑移方向)相对另一部分发生 相对移动和切变。产生宏观的塑性变形。 滑移面:原子排列密度最大的晶面。 滑移方向:原子排列密度最大的方向。 滑移系:一种滑移面及其上的一个滑移 方向构成 滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶 向发生。因为原子密度最大的晶面,原 子间距小,原子间结合力强;而其晶面 间的距离则较大,晶面与晶面之间的结 合力较弱,滑移阻力较小。

1.冷态下塑性变形机理



单晶体的塑性变形 滑移和孪生 多晶体的塑性变形 晶内变形和晶界变形
多晶体的晶内变形可以看做是一个单晶的塑性变形
(一滑移 和孪生。其中滑移变形是主要的;而孪生 变形是次要的,一般仅起调节作用。但在 体心立方金属,特别是密排六方金属中, 孪生变形也是主要的。


临界切应力:要使滑移能够发生,需要沿 滑移面的滑移方向上作用一定大小的切应 力。 临界切应力的大小取决于金属的类型、纯 度、晶体结构的完整度、变形温度、应变 速率和预先变形程度等。
(一)晶内变形
2.孪生
孪生方向
孪生区域
孪生面
孪生面 孪生方向
面心立方晶体孪生变形示意
a) 孪生面和孪生方向 b) 孪生变形时原子的移动
※ 产生 残余应力 变形、开裂、耐蚀性下降。利用好可提高表面疲劳强度
力学性能随变形度的变化规律
加工硬化的意义:
(1)具有一定抗偶然过载的能力,保证安全;
(2)是冷变形工件成型的重要因素; (3)强化金属的重要工艺手段.
第一节 金属冷态下的塑性变形


1.塑性变形机理 2.塑性变形特点 3.合金的塑性变形 4.冷塑性变形对金属组织和性能的影响
金属的晶体结构和组织
多晶体是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而成。 多晶体在其组织结构上的特点: (1)多晶体的各个晶粒,其形状和大小是不同的, 化学成分和力学性能的分布不均匀; (2)多晶体各相邻晶粒的取向一般不同; (3)在多晶体中存在大量的晶界,晶界的结构和性 质与晶粒本身不同,并在晶界上聚集着其它物质 的杂质。
(1)塑性变形对金属组织的影响 ※晶体缺陷增多,位错密度增大 ※形成纤维组织 产生形变织构 (2)塑性变形对金属性能的影响 ※ 产生加工硬化 如:冷轧薄钢板 冷拔钢丝等。 加工硬化 金属发生塑性变形,随变性度的增大,其 强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显 下降的现象。
※ 由于纤维组织和形变织构的产生,使金属性能产生各向异性。
多相合金的塑性变形



存在第二相 聚合型两相合金(第二相粒子与基体晶粒尺寸属于同一数量
级) 滑移首先在较软的相中发生。


弥散型两相合金(第二相粒子细小弥散的分布在基体中)
弥散强化:阻碍位错的运动,产生强化效果 相互作用时位错线弯曲,最后绕过粒子继续运动,留下位错环, 形成强化。
二、塑性变形对金属组织和性能的影响
1、滑移系多的比少的容易变形。 2、体心和面心立方同样具有12个滑移系,面心比体心易 变形,滑移方向的作用大于滑移面的作用。 3、滑移面对温度具有敏感性。温度升高,原子密度次大 的晶面也参与滑移,故温度升高,金属塑性提高。
滑移系的存在只能够说明金属晶体有产生 滑移的可能性。还需要一个临界切应力。



宏观变形的不均匀是外部条件造成的。 微观变形不均匀是由多晶体的结构决定的。 软取向先滑移,硬取向后滑移。 晶界和晶内性能不同。
粗晶粒钢冲压会出现“桔皮”
合金的塑性变形

1.单相固溶体合金的塑性变形
最大的区别:固溶强化 固溶强化产生的原因:溶质原子与位错的相互作用,阻 碍金属中的位错运动
影响固溶强化的主要因素: 1)原子半径差别 2)间隙原子比置换原子的固溶强化效果好,但间隙原子 的固溶度有限,故实际强化效果也有限。 3)溶质原子与基体的价电子数相差越大,强化效果也越 好。 4)溶质原子的原子数分数越高效果越好,很低时效果也 很好。

1.各晶粒变形的不同时性 2.各晶粒变形的相互协调性 3.晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近 区域之间变形的不均匀性。
1.变形的不同时性
切应力达到要求的有利滑移系 晶粒先变形,取向不利的尚未 开始变形。 位错开动在晶内滑移,在晶界 处塞积,造成应力场,作用于 相邻晶粒。如果此附加应力足 够大,造成相邻晶粒取向不利 的滑移系开动,则发生滑移, 塑性变形。 位错塞积处应力释放,A中位 错继续移动,发生形状改变。


孪生:晶体在切应力的作用下,其一部分 沿某一定晶面和晶向,按一定的关系发生 相对的位向移动,其结果使晶体的一部分 与原晶体的位向处于相互对称的位置。 这种在变形过程中产生的孪生变形部分称 为“形变孪晶”




晶体以何种方式变形,取决于哪种变形需 要的切应力低。 常温下滑移切应力低于孪生,很低温度下, 孪生低于滑移。 变形速度的增加可促使晶体的孪生化,如 高速冲击。 高应力集中处会诱发孪生变形。 密排六方滑移系少,主要以孪生为主。 滑移和孪生可交替进行。
2.各晶粒变形的相互协调性


多晶体中晶粒处于其他晶粒的包围中,它 们的变形不是孤立和任意的,需要其他晶 粒的相互协调配合,否则无法保持晶粒之 间的连续性。 在晶粒内部,除了取向有利的滑移外,还 要求其他不利的滑移系也参与滑移,才能 保证晶粒形状的改变,而与周围晶粒的协 调性。
3.变形的不均匀性
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