材料的变形与再结晶

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滑移的位错机制
晶体滑移并不是晶体的一部分相对于另一 部分沿着滑移面作刚性整体位移，而是借助位 错在滑移面上的运动来逐步进行的。当移动到 晶体外表面时，晶体沿其滑移面产生了位移量 为一个b的滑移。
Hooke定律： σ＝Eε，τ＝Gγ。 (3) 弹性变形量随材料的不同而异。多数金属材
料的弹性变形量小，而橡胶类高分子材料的 弹性变形量大。
2020晶体，内部存 在各种类型的缺陷，弹性变形时，可能出 现加载线与卸载线不重合、应变的发展跟 不上应力的变化等现象，称为弹性的不完 整性，包括包申格效应、弹性后效、弹性 滞后等。
为φ,滑移方向与F的夹角为λ,
滑移面面积A’＝A/cosφ.
F
计算分切应力分析图
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外力在滑移面上沿滑移方向的切向分力为：
Fτ＝Fcosλ
外力在滑移方向上的分切应力：
τ=Fτ/Aˊ=Fcosλ/(A/cosφ) =Fcosλcosφ/A
F/A＝σ，当滑移系中的分切应力达到其临界分切应 力值而开始滑移时，σ＝σS，此时τ＝τk，所以
材料科学基础
Fundamentals of Materials Science
主讲教师：王亚男
第7章 材料的变形与再结晶
Chapter 7 Deformation and recrystallization of materials
7.1 弹性变形 7.2 晶体塑性变形 7.3 回复和再结晶 7.4 金属的热加工 小结 思考题
卸载
ε
加力 去力
t
7
实际金属
不加应力也应变
σ
去应力
ε
滞弹性应变
后降低
b
εan a
O
Ca
随时间延续回到O
ε
H
ε0
O
随时间延续回到O
c d
t
这种在弹性极限范围内，应变滞后于外加应
力，并和时间有关的现象称为弹性后效。
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(3) 弹性滞后
由于应变落后于应力，在σ－ε曲线上使加载线与卸
载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后。
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滑移的特点：1) 滑移后，晶体的点阵类型不变； 2) 晶体内部各部分位向不变；3) 滑移量是滑移 方向上原子间距的整数倍；4) 滑移后，在晶体表 面出现一系列台阶，见图6.4 。
滑移线（小台阶） 滑移量
滑移块 滑移带（一组小台阶）
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滑移系
一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来称 为一个滑移系，可用{hkl}<uvw>来表示，见图6.5。
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(1) 包申格效应
退火轧制黄铜在 不同载荷下弹性 极限的变化。
可见：B、C为同 向加载，σe↑； C、D为反向加 载，σe↓。
材料经预先加载产生少量塑性变形，然后同向加载
则σe升高，反向加载则σe降低的现象,称为包申格效应
。
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理想晶体
σ
加载
ε
随时间不变
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材料的变形
材料受力后要发生变形，外力较小时产生弹 性变形，外力较大时产生塑性变形，而当外力过 大时就会发生断裂。
不同材料变形时其应力-应变曲线和试样形貌 不同。如：普碳钢和灰铸铁。
变形可分为三个阶段：弹性变形、塑性变形 和断裂。
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7.1 弹性变形
1. 弹性变形特征 (1) 变形是可逆的； (2) 应力与应变保持单值线性函数关系，服从
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滑移的临界分切应力
不是有切应力作用就能产生滑移，只有在滑移面上沿
滑移方向的分切应力达到一定值时，才能发生滑移。能引起
滑移的最小分切应力称为临界分切应力，用τk表示。
以单晶体拉伸为例，求τk＝？
F ф
面法向
λ
滑移方向
A 设单晶体中只有一组滑移面,
试样横截面积为A,轴心拉力 A/cosφ 为F,滑移面的法线与F夹角
弹性滞后表明：加载时消耗于材料的变形功大于卸载
时材料恢复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消
耗，称为内耗，大小＝弹性滞后环面积。
实际应用的金属材料有的要求高内耗，有的要求低内
耗，如制作钟、乐器的材料，要求低内耗，消振能力低，
声音好听；制作机座、汽轮机叶片的材料，要求高内耗，
以消除振动。
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[ 1 11 ]
[0 1 1]
[1 1 1]
(110)
(111)
[ 1 10 ]
BCC {110}×6 <111>×2 滑移系数＝6×2＝12
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[10 1 ]
FCC
{111}×4 <110>×3
滑移系数＝4×3＝12
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判断下列晶面及晶向是否构成滑移系？并说明原因。
BCC中(110)[111]、
。
FCC中(111)[110]、
。
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FCC
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BCC
可知，构成滑移系必须满足两条：1)必须是密 排面和密排方向；2)向一定在面上。
实验表明：滑移系越多，滑移越容易，塑性 越好。BCC与FCC的滑移系数相同，但滑移方向 对塑性变形的作用比滑移面大，所以FCC的塑性 比BCC的塑性好。如Cu的塑性比α-Fe好。
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滑移时晶面的转动：
单晶体滑移时，除滑移面发生相对位移外，还 伴随着晶面的转动，见图7.9、6.9和图7.11。
拉伸时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴平行的方向；
压缩时，晶体转动力求使滑移系转到与力轴垂直的方向。
由于晶体的转动，使原来有利于滑移的晶面滑移到一定 程度后，变成不利于滑移的晶面；而原来不利于滑移的晶面， 则可能转到有利于滑移的方向上，参与滑移。所以，滑移可 在不同的滑移系上交替进行，其结果造成晶体的均匀变形。
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7.2 晶体的塑性变形
7.2.1 单晶体的塑性变形 在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要
通过滑移、孪生和扭折等方式进行。
1. 滑移 在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶
面（滑移面）和一定晶向（滑移方向）相对另一 部分发生相对位移的现象。
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τ τ
切应力作用下晶体滑移示意图（微观）
τk＝σScosλcosφ cosλcosφ称为取向因子。
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见图镁单晶拉伸时屈服应力与晶体取向 的关系。
由图可见：
当外力与滑移面平行（φ＝90°）或垂 直（λ＝90°）时，取向因子最小，σS为无限 大，不可能产生滑移，此时的位向称为硬位 向；
当外力与滑移面和滑移方向的夹角都接 近45°时，取向因子最大，σS最小，容易产 生滑移，此时的位向称为软位向。