第6章金属塑性变形

孪生变形的特点
孪生使一部分晶体发生了均匀的切变。 孪生变形后，晶体变形部分与未变形部分构 成镜面对称的位向关系。 孪生变形局部切变可达较大数量，变形试样 的抛光表面可看到明显的浮凸，重新抛光，在 偏光或浸蚀后仍能看到孪晶。
No Image
孪生与滑移时晶体取向示意图 (a)未变形；(b)滑移；(c)孪生
切变结果：使均匀切变区的取向发生改变，与未切变 区构成镜面对称，形成孪晶。
No
每层(111) 面相对位移了 1/3d112的距 离。
AB、GH 孪晶面。
Image
A’与C位 移后的点对称；
E位移后与
A’下方一点对
面心立方晶体的孪生变形过程示意图
称。
(a)孪晶面与孪生方向；(b)孪生变形时的晶面移动第6章情金况属塑性变形
第6章金属塑性变形
（2） 滑移系
滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方 向组成 一个滑移系。
滑移面：通常是原子排列最密集的晶面。 (∵相邻晶面的面间距最大，结合力弱） 滑移方向：也是原子排列最密集的晶向。 (∵原子间距最小，滑移距离最短，阻力最小)。 在其他条件相同时，滑移系越多，滑移过程 可能采取的空间取向越多，塑性越好。
故位错滑移只需很小的切应力。
第6章金属塑性变形
（7） 位错运动所受的力与屈服强度
晶体的滑移必须在一定的外力作用下才能发 生，表明位错的运动受到阻力。
对纯金属，阻力主要有：点阵阻力，位错与 位错交互作用产生的阻力，位错与其他晶体缺陷 交互作用产生的阻力等。
这些阻力决定金属滑移的临界分切应力,即决 定了晶体的屈服强度。
第6章 金属及合金的塑性变形和再结晶
6.1 金属及合金的冷塑性变形 6.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 6.3 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 6.4 金属的热加工
6.1 金属的塑性变形
应力应变曲线和力学性能指标
σe、 σs、 σb：强度 指标。是机械零件 强度设计的依据， 表征材料对变形的 抵抗力。
δ、φ ：塑性指 标，表征材料塑性 变形的能力。
低碳钢的应力应变曲线
第6章金属塑性变形
6.1.1 单晶体的塑性变形
6.1.1.1 滑移
（1）现象 表面抛光的单晶体，变形后在光学显微镜下观察： 抛光表面有许多平行线条——滑移带； 在电子显微镜下观察： 每条滑移带由更细的滑移线群组成。
示意图
晶体外表面的滑移痕迹 12×
晶体在滑移时，除 了在滑移面上进行相 对位移外，晶体还将 发生转动。
滑移前：外力作用 在o—o轴线上，
滑移后：外力分别 作用在o’、o’’上，构 成一对力偶，使晶体 发生转动。
晶体转动示意图
第6章金属塑性变形
单晶体拉伸时的晶面转动
晶体在压缩时的晶面转动
结果： 拉伸时，使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于拉伸轴； 压缩时，使滑移面逐渐趋wenku.baidu.com与压力轴线垂直。
第6章金属塑性变形
滑移系与金属塑性的关系：滑移系数目 越多，金属塑性越好。滑移方向的作用要比 滑移面的作用大。
∴面心立方金属的塑性最好，密排六方金 属的塑性最差。
第6章金属塑性变形
（3） 滑移在切应力作用下发生
第6章金属塑性变形
在正应力作用下的变形
在切应力作用下的变形
正应力：晶格先产生弹性变形，随后被拉断；
凡是增大位错运动阻力的因素，都提高金属 滑移的临界分切应力，即提高金属的屈服强度。
第6章金属塑性变形
6.1.1.2 孪生
孪生是金属塑性变形另一种常见的方式。 在孪生过程中形成变形孪晶(形变孪晶，机 械孪晶，在光镜下呈带状或透镜状) 。
锌中的变形孪晶
第6章金属塑性变形
孪生时原子的移动
孪生变形：在切应力作用下，晶体内部发生的均匀 切变的变形过程。
cosλcosφ
= cos(90°-φ)cosφ
=1/2 sin2φ，
故：
软取向：当φ=45°时， m=1/2，为最大值，则σs 最小， 最有利于滑移；
硬取向：φ=90°或 φ=0°时， σs→∞，即外力与滑移面平行或 垂直，晶体无法滑移。
镁晶体拉伸的屈服应力 与晶体取向的关系
第6章金属塑性变形
（5） 滑移时晶面的转动
切应力：晶格先产生剪切弹性变形，当切应力超 过剪切强度时，晶面两侧的晶体发生相对滑移， 在新位置上重新处于稳定状态。
第6章金属塑性变形
第6章金属塑性变形
（4） 滑移的临界分切应力
临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移 方向的分切应力。
滑移面上的分切应力：
P
滑移开始时， 宏观上金属开始屈服， 则： τk=σs cosλcosφ m=cosλcosφ—取向因子。
滑第6移章金带属塑（性铜变形） 500×
滑移带和滑移线
滑移带和滑移线的结构示意图
第6章金属塑性变形
滑移线的实质：
晶体的一部分相对于另一部分沿着晶面发生 平移滑动后，在晶体表面留下的台阶。
证据： X射线衍射分析表明，变形后晶体结构类型 并未改变，滑移线两侧的晶体取向也未改变。 而且，晶体滑移是不均匀的，滑移集中在某 些晶面上，而相邻两条滑移线之间的晶体并未滑 移。
第6章金属塑性变形
（6） 滑移的位错机制
实测临界分切应力： Al {111}<110>:0.79MPa,Cu{111}<110>:0.89MPa Fe {110} <111>:27.44MPa, Nb {110} <111>:33.8MPa 按刚性滑动的理论计算值： Al ：3830 MPa ， Fe ：10960 Mpa。
在切应力作用下原子层刚性滑移示意图
第6章金属塑性变形
原因：
滑移是位错在滑移面上运动的结果。 一个位错移出晶体，产生一个柏氏矢量的台阶， 大量位错滑过晶体，在表面形成滑移线。
通过位错运动造成滑移的示意图
原子的移动：在外加切应力作用下， 位错中心附近的原子沿切应力方向作 少量移动(<1个原子间距)，就可使位错 线在滑移面上向右移动1个原子间距。
P
计算分切应力的分析图
第6章金属塑性变形
临界分切应力的大小，主要取决于金属 的本性，与外力无关。
条件一定，晶体的临界分切应力有确定 值。
但它是一个组织敏感参数，金属的纯度、 变形速度和温度、金属的加工和热处理状 态都对它有很大影响。
第6章金属塑性变形
取向因子
对任何φ角，若滑移方向位于 外力P与滑移面法向所组成的平 面上，即φ+ λ=90°，则沿此方 向的τ值较其它λ时大，此时：