第六章塑性变形学习指导

第六章塑性变形学习指导

晶体在外力作用下发生变形。当外力较小时变形是弹性的，即卸载后变形也随之消失。这种可恢复的变形就称为弹性变形。但是，当外加应力超过屈服极限时，卸载后变形就不能完全消失，而会留下一定的残余变形或永久变形。这种不可恢复的变形就称为塑性变形。

本章的重点是讨论单晶体的塑性变形方式和规律，并在此基础上认识材料（包括合金）塑性变形特点及其强化机制，以便理解材料强韧化的本质和方法，合理使用，研制开发新材料。

从微观上看，单晶体塑性变形的主要方式有两种：滑移和孪生。它们都是在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着特定的晶面和晶向发生平移。

在滑移时，这种特定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向，一个滑移面和位于该面上的一个滑移方向便组成一个滑移系统。从位错运动的点阵阻力（派-纳力）应最小出发，可知滑移面就是间距最大的密排面，滑移方向应是原子的最密排方向。晶体中滑移系的多少与晶体结构有关。由于fcc和hcp中有原子最密排面及密排方向，故有相对稳定的滑移系统，而bcc中没有原子最密排面，但有原子最密排的晶向，故它的滑移系只能由原子的次密排面与最密排的晶向组成，因而不够稳定，如低温变形时为{112}，中温为{110}，高温时为 {123}，而滑移方向总是〈111〉。

当晶体受到外力作用时，不论外力方向、大小和作用方式如何，均可将其分解成垂直于某一晶面的正应力与沿此晶面的切应力。只有外力引起的作用于滑移面上、沿滑移方向的分切应力τ≥τk（滑移的临界分切应力）时，滑移过程才能开始。

孪生是冷塑性变形的另一种重要形式,常作为滑移不易进行时的补充。在孪生时,这种特定的晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向，一个孪生面和位于该面上的一个孪生方向组成一个孪生系统。晶体的孪生系统与其晶体结构类型有关。

孪生变形与滑移不同，孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生后晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向均未改变；孪生变形的应力-应变曲线与滑移不同，会出现锯齿状的波动。

多晶体塑性变形的方式与单晶体相同，但有其特点。由于多晶体是由位向不同的许多小晶粒组成，故在外加应力作用下，只有处在有利位向的晶粒中那些取向因子最大的滑移系才能首先开动，故变形有先有后；多晶体的每个晶粒都处在其他晶粒包围之中，变形时要求近邻晶粒互相配合、协调；晶界对于运动的位错有阻碍作用，室温变形时，晶界强度高于晶内，即晶界具有明显的强化作用。

合金中的第二相强化，取决于第二相粒子的本性和尺寸大小。对于不可变形的第二相粒子，位错采用绕过机制；而对于可变形粒子，位错将采用切过机制。

冷塑性变形不仅可以改变金属材料的外形，而且使其内部组织发生了改变。

随变形量增大，晶粒逐渐沿着变形方向被拉长，变形量较大时，可被拉成纤维状，称纤维组织。

金属冷变形时，由于晶体发生转动，使金属晶体中原为任意取向的晶粒逐渐调整到取向趋于一致，产生变形织构。

在冷塑性变形过程中，外力所作的功有一部分（约10%）转变为储存能，其表现方式为宏观残余应力、微观残余应力及点阵畸变。点阵畸变及位错密度增加使金属强度、硬高升高，塑性、韧性下降。