工程材料及应用第六章塑性变形

加之晶界处的杂质原子也往往较多，增大其晶格畸 变，在滑移时位错运动的阻力较大，难以发生变形。 晶界的存在可以提高材料的强度。
对纯金属、单相合金或低碳钢都发现室温屈服强度 和晶粒大小有以下关系：
d 晶粒的平均直径，k为比例常数。即霍尔-佩奇
(Hall-Petch)关系。
A
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第三节 多晶体的塑性变形
A
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第二节 单晶体的滑移
一、滑移概念
滑移 滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定
的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的
另一部分发生的相对滑动。A
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第二节 单晶体的滑移
二、滑移过程说明
在切应力的作用下，晶格发生弹性歪扭，进一步将使 晶格发生滑移； 外力去除后，原子到了新的平衡位置，晶体不能恢复 到原来的形状，保留永久的变形。 大量晶面的滑移将得到宏观变形效果，在晶体的表面 将出现滑移台阶。
应力便远远小于整体刚性滑A 移。
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第三节 多晶体的塑性变形
一、多晶体的塑性变形协调性
多晶体的变形中要保持晶界处的连续性，即晶界 处的原子既不能堆积也不能出现空隙或裂缝，晶界两 边的变形需要达到互相协调。
为满足协调性，每个晶粒内位错在外力作用下发
生运动，即以滑移方式产生塑性变形效果，需要临近
晶粒作出相应的变形。晶界两边的晶粒取向不一样，
第六章 金属材料的塑性变形
➢概述
➢单晶体的塑性变形
➢多晶体的塑性变形
➢塑性变形对材料组织性能的影响
➢变形后金属的加热变化
➢金属的热塑性变形
A
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第一节 概述
一、变形过程中的名词概念
1. 变形 物体在外力的作用下,其形状和尺寸的改变。
2. 应力 物体内部任一截面单位面积上的相互作用力。 同截面垂直的称为“正应力”或“法向应力”，同 截面相切的称为“剪应力”或“切应力”。
五、滑移变形的特点
1. 滑移只能在切应力的作用下发生。 2. 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
在最密晶面之间的面间距最大，原子面之间的结 合力最弱，沿最密晶向滑移的步长最小，因此这 种滑移所需要的外加切应力最小。 3. 滑动的距离为原子间距的整数倍，滑移的结果会 在晶体的表面上造成台阶。
A
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第一节 概述
四、塑性变形的方式
按照材料的性质、外界环境和受力方式不同，塑性变 形的方式有：滑移、孪生、蠕变、流动。
滑移 晶体材料塑性变形的基本方式。
非晶体材料 原子为无规则堆积，像液体一样只能以 流动方式来进行，衡量变形难易程度的参数为粘度。 在重力作用下能发生流动的为液体，可以维持自己形 状的为固体。
靠单一的滑移系的动作将不能保证这种协调，要求邻
近晶粒的晶界附近区域有几个滑移系动作，加上自身
晶粒除了变形的主滑移系统外，也要有几个滑移系统
同时动作才行。所以晶粒的取向不同对滑移起到阻碍
作用，增加了滑移要求的外A力。
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第三节 多晶体的塑性变形
二、晶界对滑移的影响
位错的塞积 一个晶粒在某一滑移系发生滑移动作， 位错发生运动，位错遇到晶界时，由于各个晶粒的位 向不同，不能直接从一个晶粒移动到另一晶粒，便塞 积起来；
滑移方向 <111>2
滑移系数
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FCC
CHP
｛111｝4 ｛0001｝1
<110>3 <1000>3
12
3
A
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第二节 单晶体的滑移
四、滑移与外力方向的关系
滑移方向上的分切应力为：
称为施密特定律，τc是一 常数，等于或者大于一定 的临界值（临界切应力） 时，滑移才能发生。
A
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第二节 单晶体的滑移
A
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第二节 单晶体的滑移
三、滑移与晶体结构的关系
滑移面 滑移发生的晶面，通常为晶体的最密排晶 面；
滑移方向 滑移滑动的方向，通常也为晶体的最密 排方向；
滑移系 一种滑移面和该面上的一个滑移方向构成 一个可以滑移的方式。
A
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第二节 单晶体的滑移
典型晶格的滑移系
FCC
A
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晶格类型 BCC
滑移面 ｛110｝6
4. 滑移的同时必然伴随有晶体的转动。
A
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第二节 单晶体的滑移
六、滑移的实质是位错的运动
大量的理论研究证明，滑移原来是由于滑移面上
的位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在切
应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错
从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的
滑移。
A
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第二节 单晶体的滑移
3. 应变 物体形状尺寸所发生的相对改变。
线应变 物体内部某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之 比值；
剪应变(角应变) 物体内两互相垂直的平面在变形后夹角的改变值;
体积应变 变形后物体内任一微小单元体体积的改变同原单位体积
之比值。
A
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第一节 概述
二、变形宏观过程
在应力低于弹性极限σe 时，材料发生的变形为弹性
二、晶界对滑移的影响
晶界数量的增加则材料的晶粒愈细，不仅强度愈高， 而且塑性与韧性也较高。 原因 晶粒愈细，单位体积中的晶粒数便愈多，变形 时同样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生，晶粒 转动的阻力小，晶粒间易于协调，产生较均匀的变形， 不致造成局部的应力集中，而引起裂纹的过早产生和 发展。因而断裂前便可发生较大的塑性形变量，具有 较高的冲击载荷抗力。
变形；应力在σe到σb之间 将发生的变形为均匀塑性变
形；在σb之后将发生颈缩； 在K点发生断裂。
弹性变形
特点 服从虎克定律，及应 力与应变成正比
实质 在应力的作用下，材料内部原子间距偏离平衡位置，但未
超过其原子间的结合力。晶格发生了伸长(缩短)或歪扭。原
子的相邻关系未发生改变，故外力去除后，原子间结合力便
六、滑移的实质是位错的运动
说明
滑移过程，只需要位错中心 上面的两列原子（实际为两 个半原子面）向右作微量的 位移，位错中心下面的一列 原子向左作微量的位移，位 错中心便会发生一个原子间 距的右移。
通过位错运动方式的滑移，并不需要整个晶体上半部
的原子相对于其下半部一起位移，而仅需位错中心附
近的极少量的原子作微量的位移即可，需要的临界切
可以使变形完全恢复。 A
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第一节 概述
三、塑性变形
塑性变形定义
不能恢复的Байду номын сангаас久性变形叫塑 性变形。
当应力大于弹性极限时，弹 性变形－塑性变形同时发生； 外力去除，变形不能得到完 全的恢复，有残留变形或永 久变形。
实质 在应力的作用下，材料内部原子相邻关系已经发生改变， 外力去除后，原子回到另一平衡位置，物体将留下永久变形。