多晶体塑性变形

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多晶体塑性变形

一般在室温使用的结构材料都希望获得细小而均
匀的晶粒。因为细晶粒不仅使材料具有较高的强度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能。
细晶强化是唯一的一种在增加材料强度的同时
也增加材料塑性的强化方式。但是由于细晶强化所依赖的前提条件是晶界阻碍位错滑移，这在温度较低的情况下是存在的。
扩散性蠕变和晶界滑动是多晶体高温时的主要变形方式。
问题：说明多晶体金属变形过程的特点？
• （1）多晶体可以通过多种方式发生塑性变形，除了滑移和孪生外，在高温下，还有晶界滑动和迁移、点缺陷的扩散性蠕变。 • （2）多晶体变形需要至少开动5个滑移系，变形过程中出现
交滑移。
• （3）与单晶体相比，多晶体的塑性变形更加不均匀，由于晶界的约束作用，晶粒中心区域的滑移量大于晶界附近区域的滑移量。 • （4）晶界对塑性变形有一定的影响。
同的各个晶体所受应力并不一致。
处于有利位向的晶粒首先发生滑移，处于不利方位的晶
粒却还未开始滑移。
但多晶体中每个晶粒都处于其他晶粒包围之中，它的变形必然与其邻近晶粒相互协调配合，不然就难以进行变形，甚至不能保持晶粒之间的连续性，会造成空隙而导致材料的破裂。
为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，
由于晶界可以阻碍位错运动，因此晶界的存在可以使多晶体抵
抗塑性变形的外力也增加，即增加材料的强度。晶界数量直接决定于晶粒的大小，晶粒越小，晶界越多。
实践证明，多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体的屈
服强与晶粒平均直径d的关系可用著名的霍尔—佩奇（Hall-Petch）公式表示：
式中 0 反映晶内对变形的阻力，相当于单晶的屈服强度； K反映晶界对变形的影响系数，与晶界结构有关。

多晶体的塑性变形机制

多晶体的塑性变形机制
多晶体是由大量晶体颗粒组成的晶粒体，其内部包含了许多晶界。

而塑性变形机制是多晶体在外力作用下发生形变的过程。

在多晶体的
塑性变形中，晶界扮演着关键的角色，影响着材料的塑性行为。

本文
将探讨多晶体的塑性变形机制及其影响因素。

多晶体的塑性变形机制主要有晶体滑移、孪晶形变和再结晶等方式。

晶体滑移是晶格内平面沿晶胞平面方向发生相对滑动，使晶体产生形变。

孪晶形变是晶体中出现特殊结构的孪晶，通过孪晶界的移动来实
现形变。

再结晶是材料在高温下形成新的晶粒结构以释放应力。

在多晶体的塑性变形中，晶界的性质对材料的塑性行为有重要影响。

晶界的迁移与扩散是晶粒体在形变过程中的重要机制，影响了晶粒的
重新排列以适应外力。

此外，晶界强化机制也影响了材料的变形性能，不同形态和性质的晶界对材料的硬度、韧性等性能具有不同影响。

除了晶界的影响，晶体取向和织构对多晶体的塑性变形也具有重要
作用。

晶体取向决定了材料在外力作用下的各向异性表现，不同取向
的晶粒在形变中的行为也有所不同。

织构是晶粒在材料中的排布规律，直接影响了材料的力学性能和变形行为。

总的来说，多晶体的塑性变形机制是一个复杂的过程，受到多种因
素的影响。

晶界、晶体取向和织构等因素共同作用，决定了材料的塑
性行为和性能。

通过深入研究多晶体的塑性变形机制，可以为材料设
计与加工提供科学依据，实现材料性能的优化与提升。

多晶体的塑性变形

两个晶粒的试样拉伸时的变形
• 除晶界对滑移变形有影响，由于多晶体晶粒位向不同，任意晶粒滑移时，受到不同位向的晶粒阻碍，变形抗力增大。 • 因此，多晶体的变形抗力高于单晶体。
因此，金属材料的晶粒大小对力学性能有很大的影响，晶粒俞细的金属强度俞高。
金属材料的晶粒愈细，不仅强度高，塑形和任性也愈好。因为晶粒愈细，单位体积晶粒数愈多，金属的总变形量可分散到更多晶粒中，使变形俞均匀
多晶体的塑性变形
由于晶界的存在和各个晶粒的位向不同，所以多晶体的塑性变形过程比单晶体复杂得多
多晶体变形由晶内变形和晶间变形共同形成
（一）晶界和晶粒位向的影响
（二）多晶体的塑性变形过程
两个晶粒的试样拉伸时的变形
两个晶粒的试样拉伸时的变形
• 试样经拉伸变形后，出现明显的“竹节” 现象 • 试样在远离夹头和晶界的晶粒中间部分出现明显地缩颈，而晶界附近的截面几乎不变 • 金属的晶界比晶粒自身具有更高的变形能力
THE阻碍裂纹扩展。所以洗细晶粒的金属材料具有良好的韧性和塑性
（二）多晶体的塑性变形过程
多晶体中由于晶界的存在及各晶粒位向不同，则各晶粒都处于不同的应力状态。多晶体的塑性变形就极不均匀地，有先有后的进行着。
（二）多晶体的塑性变形过程
最先产生滑移的将是那些滑移面和滑移方向与外力成软未向的晶粒。同时，激发临近出于次软位的晶粒中的滑移系移动，产生塑性变形，是变形过程不断继续下去。此外，晶粒滑移时发生位向转动，使已变形晶粒中原来的软位向逐渐转到硬位向，所以，多警惕的变形实质上是晶粒一批批地进行塑形变形，直至所有晶粒都发生变形为止。晶粒俞细，变形的不均匀性就愈小。

多晶体的塑性变形机制

多晶体的塑性变形机制在固体力学中，塑性变形指的是材料在受力作用下发生永久形变的过程。

对于多晶体材料，其晶粒的排列会对塑性变形机制产生较大影响。

本文将介绍多晶体塑性变形机制的基本原理，并探讨晶界、位错和滑移等因素在多晶体塑性变形中的作用。

1. 多晶体的结构特点多晶体是由许多晶粒组成的材料，每个晶粒是由同一个晶体结构的晶体单元组成。

晶粒之间的结合称为晶界，晶界的存在对塑性变形机制具有重要的影响。

2. 晶界的作用晶界是晶粒之间的界面，其结构与晶体内部的结构存在差异。

晶界可以阻碍晶体的滑移，限制晶体的塑性变形。

晶界的特殊结构使得晶粒在受力作用下不易发生滑移，从而增加了材料的强度。

此外，晶界还会影响晶体的晶粒生长和晶界迁移，在材料加工和成形过程中起到重要的作用。

3. 位错的作用位错是晶体中的一种缺陷，是晶体结构中的原子偏差或错配。

位错的运动可以引起晶格的畸变和滑移，进而导致材料的塑性变形。

在多晶体材料中，位错在晶粒之间传播并产生滑移，从而实现材料的塑性变形。

位错对材料的强度和韧性有重要影响，是塑性变形机制中不可忽略的因素。

4. 滑移的机制滑移是在晶粒内的位错运动引起的晶体形变。

晶体中存在多个滑面和滑矢量，滑面是晶格面，滑矢量是晶体内位错移动的方向。

当外力作用于晶体时，位错从一个滑面滑移到另一个滑面，这样就实现了晶体的塑性变形。

滑移是晶格错配的唯一处理方式，也是多晶体材料的主要塑性变形机制之一。

5. 多晶体塑性变形的机制综合在多晶体材料中，晶界、位错和滑移是相互关联的，共同作用于塑性变形过程中。

晶界的存在会阻碍滑移，从而提高材料的强度。

位错则通过滑移在晶粒内传播，使得晶体发生塑性变形。

滑移的方向和滑面的选择对材料的塑性变形具有重要影响。

通过合理控制晶粒结构、晶界性质和位错密度等因素，可以调控多晶体材料的塑性变形机制，从而提高材料的塑性和韧性。

总结：多晶体材料的塑性变形机制是一个复杂的过程，涉及晶界、位错和滑移等因素。

机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章

机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章第十一章锻压习题解答11-1多晶体塑性变形有何特点?答：多晶体塑性变形有的特点：①变形分为晶内变形和晶间变形两种。

②多晶体塑性变形首先在那些最有利于变形位向的晶粒中进行。

③各晶粒变形不均匀，每个晶粒内变形也不一致。

11-2何谓冷变形强化?冷变形强化对金属组织性能及加工过程有何影响?答：金属在低温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，金属的硬度和强度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属的冷变形强化或加工硬化。

冷变形强化时，金属内对称面附近的晶格发生畸变，甚至产生晶粒破碎现象，金属的强度和硬度越来越高，而塑性和韧性越来越低，变形抗力越来越大，变形也越困难，需要更大的变形力。

11-3何谓金属的再结晶?再结晶对金属组织和性能有何影响?答：将变形金属加热到该金属熔化温度的0.4倍时，金属原子具有更强的的扩散能力，以碎晶块或其它质点为晶核，成长出与变形前晶格结构相同的新的等细晶粒，这个过程称为再结晶。

再结晶可以完全消除塑性变形变形所引起的硬化现象，并使晶粒得到细化，力学性能甚至比塑性变形前更好。

11-4冷变形和热变形的区别是什么?试述它们各自在生产中的应用。

答：据变形温度和变形后的组织不同，通常把在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，冷变形的金属表现出加工硬化现象，热变形金属的加工硬化随即被再结晶所消除。

冷变形如冷轧、冷挤、冷拔、冷冲压。

冷变形后金属得到强化，并且获得的毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。

热变形如热模锻、热轧、热挤压等。

热变形后获得的毛坯和零件的力学性能(特别是塑性和冲击韧度)很好。

11-5何谓金属的可锻性?影响可锻性的因素有哪些?答：可锻性指金属材料在压力加工时，获得优质零件难易程度的性能。

可锻性受材料本身的性质（如化学成分、组织状态）和外界加工条件（如变形温度、变形速度、应力状态）等因素的影响。

11-6钢的锻造温度是如何确定的?始锻温度和终锻温度过高或过低对锻件质量有何影响?答：1、始锻温度一般控制在固相线以下150～250℃。

多晶体的塑性变形

的，有弹性相互作用、化学相互作用和静电相互作用。主
要为弹性相互作用和化学相互作用。
弹性相互作用是溶质原子在刃型位错周围聚集分布，形成柯氏气团。化学相互作用是溶质原子在层错中的偏聚形成铃木气团。柯氏气团和铃木气团都对位错的运动起到钉扎作用，阻碍了位错运动，因此起到了强化合金作用。
（2）屈服现象与应变时效
图为低碳钢拉伸应力应变曲线，在这根曲线上出现了明显
的上下屈服点和屈服伸长。
产生吕德斯带后，应力应变曲线正常规律变化。
屈服现象及原因
屈服现象是指某些金属尤其是体心立方金属在拉伸时，存在明显的、确定的上、下屈服极限。在拉伸应力小于上屈服极限时完全是弹性变形，应力应变
曲线成直线。
而在拉伸应力达到上屈服极限时发生明显的塑性变形，且
多晶体试样经拉伸后，每一晶粒中的滑移带都终止
在晶界附近。
因此对多晶体而言，要使第二晶粒滑移，外加应力
必须大至足以激发大量晶粒中的位错源动作，产生
滑移，才能觉察到宏观的塑性变形。
由于晶界可以阻碍位错运动，因此晶界的存在可以使多晶体抵抗塑性变形的外力也增加，即增加材料的强度。晶界数量直接决定于晶粒的大小，晶粒越小，晶界越多。实践证明，多晶体的强度随其晶粒细化而提高。多晶体
此外在高温时，多晶体还可能出现另一种称为扩散性蠕
变的变形机制，这个过程与空位的扩散有关。多晶体的晶粒越细，扩散蠕变速度就越大。扩散性蠕变和晶界滑动是多晶体高温时的主要变形方式。
问题：说明多晶体金属变形过程的特点？
（1）多晶体可以通过多种方式发生塑ห้องสมุดไป่ตู้变形，除了滑移和孪生外，在高温下，还有晶界滑动和迁移、点缺陷的扩散性蠕变。
吕德斯带与滑移带不

金属单晶体与多晶体的塑性变形

1. 弹性变形与塑性变形弹性变形金属如果受应力较低，金属内原子间的方位与距离只产生微小的变化，当外力去除后原子会自行返回原位，变形随即消失。

塑性变形：当金属所受应力达到和超过某临界值（屈服强度），除了产生弹性变形外，还会产生卸载后不可恢复的永久变形。

滑移在外力作用下，晶体中一部分晶体相对于另一部分晶体沿着一定晶面产生相对滑动。

金属最重要的塑性变形机制。

滑移孪生孪生在外力作用下，晶体中一部分晶体相对于另一部分晶体沿着一定晶面产生相对转动。

1）滑移在超过某临界值的切应力下发生。

2）滑移常常沿晶体中最密排面及最密排方向发生。

此时原子间距最大，结合力最弱。

晶面间距示意图有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）滑移系: 滑移面（密排晶面）+滑移方向（密排晶向）较多的滑移系意味着有较好的塑性实际晶体的滑移机制: 依靠位错滑移。

如果晶体中存在位错，那么塑性变形依靠位错的滑移进行，比依靠滑移面两侧晶体的整体滑动，阻力小得多。

塑性变形的位错滑移机制示意图3）滑移在晶体表面形成滑移线和滑移带滑移线和滑移带示意图滑移带金相照片有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）2. 单晶体塑性变形：孪生机制孪生孪生面孪晶密排立方和体心立方的金属容易发生孪生变形；一般金属在低温和冲击载荷下容易发生孪生变形。

3. 多晶体的塑性变形•各晶粒在变形过程中相互约束；•大量晶界的存在对位错运动形成障碍。

3. 多晶体的塑性变形：晶粒取向对塑性变形的影响•软取向晶粒在一定的外加应力下能够滑移变形的晶粒；•硬取向晶粒在一定的外加应力下不能滑移变形的晶粒多晶体的塑性变形存在很大的微观不均匀性，并且变形抗力明显高于单晶体。

有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）3. 多晶体的塑性变形：晶界对塑性变形的影响细晶强化（晶界强化）晶界阻碍位错的通过，产生强化效果。

晶界越多，即晶粒越细小，不仅材料强度越高，而且由于增加晶粒数量，使得软取向晶粒更多，分布更均匀，改善微观变形的不均匀性，从而改善材料的塑性。

第六章多晶体的塑性变形

强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。
意义：
1）是一种材料强化手段—形变强化；
2）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。
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3.加工硬化的不利
1）影响材料力学性能
不利：使得再变形困难；
使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。解决办法：在冷加工之间进行中间热处理——再结晶退火。 2）影响材料物理性能和化学性能不利：电阻增加，导电、导磁性下降；化学活性增大；耐腐蚀性下降。
b
式中：
Fb S0
MP a
Fb— 指试样被拉断前所承受的最大外力，即拉伸曲线上b点所对应的外力（N）。 S0 — 试样原始横截面面积（mm2）
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二、塑性指标（ δ%；Ψ %）
定义：塑性—材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。 (1)断后伸长率
公式： δ% = （Lu- L0）/L0 ×100%
自由锻
模锻
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5）冷冲压
（低碳钢、合金钢板材）
20
一、塑性变形的基本概念
1.载荷
（1）定义
金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
（2）类型
根据载荷作用性质不同：
a）静载荷 b）动载荷 —没有变化； —瞬间变化；
c）交变载荷—不断变化。
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根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力
b）压缩载荷 —压力
塑性变形前塑性变形后
3、形变织构产生
金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。
6.4.2. 塑性变形对金属性能的影响
• （1）形变强化金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。 • （2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。

§9-3 多晶体的塑性变形

三种常见结构的纯金属单晶体处于软取向时的应力－应变曲线
2. 多晶体的加工硬化
多晶体晶粒各取向不同，不可能一个滑移系滑移，所以，没有典型单晶体的第Ⅰ阶段--易滑移阶段。因为多晶体各晶粒变形需相互协调，至少有5个独立的滑移系开动，滑移系启动困难，加工硬化率明显高于单晶体。
锌的单晶与多晶的应力－应变曲线
K
n
n=0.1-0.5：加工硬化指数
金属强度与位错密度的关系
1. 单晶体的加工硬化应力-应变曲线明显可分为三个阶段： I．易滑移阶段：发生单滑移，位错移动和增殖所遇到的阻力很小，θI 很低，约为10-4G数量级。 II．线性硬化阶段：发生多系滑移，位错运动困难，θII 远大于θI约为 G/100G/300 ，并接近于常数。
fcc金属
轧制极图（a）经95%轧制纯铜的{111}极图（b）Cu-30%Al黄铜经96%轧制的{111}极图
bcc金属
纯铁经98.5%轧制的{200}极图
hcp金属
基面平行于轧面的{0002}极图（a）镁（b）锌（c）钛
无织构制耳的形成
有织构
Thanks
2. 阻塞作用
晶界90%以上是大角度晶界，其结构复杂，由约几个纳米厚的原子排列紊乱的区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这种晶界本身特性使滑移受阻而不易直接传到相邻晶粒。现象是竹节效应，原因是位错滑移不能穿过晶界。
竹节效应
Ni3Al+0.1%B合金拉伸时滑移带终止于晶界
二. 多晶体变形的特点不同时性：在外力作用下，软取向晶粒首先达到临界分切应力，开始变形，随着晶体的转动，软硬取向易位，硬取向晶粒开始变形。
§9-3 多晶体的塑性变形一. 多晶体变形时晶界的作用 1. 协调作用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。为了满足变形协调，理论计算本应有6个独立的滑移系，以保证6个独立的应变分量使晶粒的形状自由变化，在体积不变的情况下，有实际只有5个变量是独立的。为了适应变形协调，要求多系滑移，对fcc和bcc，容易满足，hcp有两种方式：一种是在晶界附近区域，基面滑移加柱面或棱锥面等较难滑移的晶面滑移；另一种是孪晶，孪晶和滑移结合起来，连续地进行变形。

多晶体、单晶体金属的塑性变形

(3) bcc 滑移方向为<111>，可能出现的滑移面有 {110}、{112}、{123}如果三组滑移面都能启动，则潜在的滑移系数目为
临界分切应力（1）最大分切应力正好落在与外力轴成45o 角的晶面以及与外力轴成45o角的滑移方向上。假设对一个单晶圆柱体试样作拉伸试验，滑移面的面积作用在此滑移面上的力
• 处于有利位向的晶粒开始发生塑性变形，说明它的滑移面上的位错源已经开动，位错沿滑移面向晶界移动，在晶界处受阻，形成位错的塞积群。位错的赛积群会在其前沿区域造成很大的应力集中，随着外加载荷的增大，应力集中也随之增大。这一应力集中值与外加应力共同作用，会使附近晶粒的某些滑移系上的分切应力达到临界切应力值，于是位错源开动，开始塑性变形。同时，由于先滑移晶粒在发生滑移的同时会出现晶体的转动，为了与先变形晶粒相协调，就要求相邻晶粒的滑移应该在几个滑移系同时进行，保证其形状作相应的改变。晶粒之间也要作相对的滑动来进行协调。
压缩压缩时晶体的滑移面，力图转至与压力方向垂直的位置。
• 孪生 • 塑性变形的另一种重要形式是孪生。它是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的结晶面（孪晶面或孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体作均匀地切变的现象。在切变区域内，与孪晶面平行的每层原子的切变量与它距孪晶面的距离成正比，并且不是原子间距的整数倍。这种切变不会改变晶体的点阵类型，但可以使变形部分的位向发生变化，并与未变形部分的晶体以孪晶面为分界面构成了镜面对称的位向关系。
• 由吕德斯带形成过程可知，它的产生必须具备下列条件： (1)金属有屈服现象，即金属处于退火状态。 (2)冲压加工时，金属在屈服阶段产生较小的变形量。
非均匀屈服理论

《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第03章单晶体与多晶体的塑性变形等

拉拔时金属应力状态
第三章金属材料的塑性变形
本章小结
锻造、轧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、挤压、冲压等都是塑性变形。这些塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸，更重要的是为了改善金属的组织和性能。
塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤维组织，具有各向异性。塑性变形后的金属加热时会产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。
滑移特点：①滑移是在切应力作用下完成的；②滑移时移动的距离是原子间距的整数倍；③滑移的同时由于正应力组成的力偶作用，推动晶体转动，力图使滑移面转向与外力一致的方向。④滑移的实质是位错运动的结果。因此滑移的实际临界切应力远远大于理论临界切应力。
第三章金属材料的塑性变形
单晶体滑移变形示意图
定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形. T再T熔
※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象晶粒长大冷变形和热变形金属纤维组织及其应用
第三章金属材料的塑性变形
第三章金属材料的塑性变形
单晶体和多晶体的塑性变形金属的形变强化塑性变形金属在加热时组织和性能的变化塑性加工性能及影响因素本章小结
第三章金属材料的塑性变形
单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 1.晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响
第三章金属材料的塑性变形
锌单晶体的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
未变形弹性变形弹塑性变形塑性变形
位错运动引起的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形

多晶体的塑性变形

多晶体的塑性变形塑性变形过程由于各晶粒间存在位相差，在外力作用下，位向最有利的少数晶粒开始发生塑形变形，随后这些已变形晶粒中的平面位错群在晶界塞积导致应力集中，这一应力集中和外力叠加，使相邻晶粒的位错源开动，驱动相邻晶粒进行协调的（多滑移）塑形变形。

多晶体塑性变形特点：①各晶粒的变形不是同时进行的；②为了协调先发生塑性变形的晶粒形状的改变，相邻各晶粒必须进行多滑移，其中包括取向并不有利的滑移系上同时进行滑移，这样才能保证其形状作各种相应地改变．根据理论计算，每个晶粒至少需要５个独立的滑移系启动；③受晶界及各晶粒位向不同的影响，各晶粒间、晶粒内的变形是不均匀的。

细晶强化①由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，滑移带终止于晶界；②由于各晶粒间存在位相差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而滑移时必然要发生位错的相互交割．这两者均将大大提高金属材料的强度．显然，晶界越多，即晶粒越细小，则其强化效果越显著。

这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为细晶强化。

多晶体的塑性变形与单晶体塑性变形的区别单晶体产生塑性变形，只与其晶体内部位错滑移有关；多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移，还要考虑晶粒之间的变形协调，即要考虑晶间变形。

晶界在塑性变形中的作用可分2个部分来说：协调作用，多晶体在塑性变形时，各晶粒都要通过滑移或孪生而变形，而个晶粒的变形不能是任意的，必须相互协调，以保证晶界处变形的连续；阻碍作用，晶界之间存在位相差，阻碍位错的运动；多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响，使得其变形抗力比单晶体高得多。

但是归根到底，其塑性变形方式仍是滑移和孪生。

细化晶粒的方法1、增加过冷度：过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。

在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。

2、变质处理：向金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。

多晶体的塑性变形

多晶体的塑性变形第三节多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形也是以滑移和孪⽣为其塑性变形的基本⽅式多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的原因：许多形状⼤⼩取向各不相同的单晶体晶粒组成多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的特点：1.多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响2.任何⼀个晶粒的塑性变形都不是处于独⽴的⾃由变形状态，需要周围晶粒配合，才能保证a)晶粒之间的结合b)整个物体的连续性多晶体的塑性变形要⽐单晶体的塑性变形复杂的多⼀，多晶体的塑性变形过程多晶体各晶粒变形的不同时性1.原因：晶粒位向不同滑移系取向不同滑移系的分切应⼒值不同2.具体：位向最有利的晶粒，取向因⼦最⼤的滑移系最先发⽣塑性变形，此时位向不利的晶粒仍然处于弹性变形状态此时虽然⾦属的塑性变形已经开始但并没有造成明显的宏观塑性变形效果晶界处形成位错平⾯塞积群：1.位向有利的晶粒发⽣塑性变形，滑移⾯上的位错源开动，位错环沿滑移⾯运动2.位错环不能越过晶界发展到相邻晶粒中去：因为晶粒位向不同滑移系不同3.因此位错在晶界处受阻形成位错平⾯塞积群相邻晶粒开始塑性变形1.位错塞积群在附近区域造成很⼤的应⼒集中2.外加载荷增加应⼒集中增加3.两者相互叠加后在相邻晶粒某些滑移⾯上的分切应⼒达到临界分切应⼒，于是位错源开动开始塑性变形相邻晶粒塑性变形特点：1.相邻晶粒的变形a)不能是孤⽴的和任意的b)必须与周围晶粒协调配合c)否则难以变形d)否则不能保持晶粒之间的连续性造成孔隙⽽使材料破裂2.相邻晶粒不只是在位向最有利的滑移系中进⾏滑移，在取向并⾮有利的滑移系中也要进⾏滑移3.也就是说为了协调已塑性变形晶粒的形状，相邻晶粒必须进⾏多滑移4.根据理论计算，每个晶粒⾄少需要5个独⽴的滑移系开动在外加应⼒和应⼒集中的作⽤下越来越多的晶粒参与塑性变形：宏观塑性变形效果：1.少数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果不明显：2.多数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果明显：塑性变形晶粒?位错平⾯塞积群应⼒集中?晶粒发⽣塑性变形多晶体塑性变形的特点：1.各晶粒变形的不同时性：2. 各晶粒变形的相互协调性：a) ⾯⼼⽴⽅⾦属塑性好b) 密排六⽅⾦属塑性差冷加⼯困难3. 各晶粒塑性变形量不均匀：a) 由于晶界的影响和晶粒位向不同的影响，各个晶粒变形不均匀，有的变形量⼤有的变形量⼩；即使是同⼀个晶粒变形也不均匀，晶粒中⼼区域变形量较⼤，晶界及其附近区域变形量⼩b) 双晶粒试样拉伸变形后的形状如图6.21，晶界处呈⽵节状，说明晶界处滑移受阻变形量⼩，⽽晶粒内部变形量较⼤⼆，晶粒⼤⼩对塑性变形的影响多晶体塑性变形提⾼⾦属材料强度的位错⾓度原因：1. 晶界存在，变形晶粒中位错的运动受到晶界的阻碍，每⼀晶粒的滑移带也终⽌在晶界附近?提⾼材料强度2. 晶粒间存在位向差，为了协调变形每个晶粒必须进⾏多滑移，势必发⽣位错交割?提⾼材料强度图6.22铜的多晶体的强度显著⾼于单晶体的强度图6.23低碳钢的屈服强度与晶粒直径和亚晶粒尺⼨的关系曲线：1. 屈服强度与晶粒直径平⽅根的倒数呈线性关系2. 其他材料的试验结果也证实了这种关系3. 根据试验结果和理论分析可得到常温下材料屈服强度和晶粒直径的关系式霍尔配奇公式-+=-210Kd S σσ4. 材料的屈服强度与亚晶粒尺⼨的关系也满⾜霍尔配奇公式-+=-210Kd S σσ如图6.24所⽰σ为常数，反映晶内对变形的阻⼒，⼤体相当于单晶体材料的屈服强度1.2.K为常数，表征晶界对强度影响的程度，与晶界结构有关3.d为多晶体平均直径晶粒⼤⼩对强化效果的影响：晶粒越细⼩晶界越多，强化效果越显著晶粒越细屈服强度越⾼的原因：1.多晶体的屈服强度和滑移的转移有关2.滑移能否转移取决于位错塞积群所产⽣的应⼒集中3.应⼒集中取决于塞积的位错数⽬：数⽬n越⼤，应⼒集中越⼤4.当外加应⼒和其他条件⼀定时，晶界到位错源的距离越⼤，位错塞积群的数⽬n越⼤，也就是a)晶粒越⼤距离越⼤，位错塞积群的数⽬n越⼤，应⼒集中越⼤，滑移的转移机会越⼤，屈服强度越⼩b)晶粒越⼩，应⼒集中越⼩，需要较⼤的外⼒才能使相邻晶粒发⽣塑性变形细化晶粒不但提⾼材料强度同时改善材料塑性和韧性，这是其他强化⽅法不能⽐的细化晶粒改善塑性和韧性的机理：1.晶粒越⼩，晶粒内部的应变与晶界附近的应变相差越⼩，变形越均匀，因应⼒集中造成裂纹的机会越少，这就有可能在断裂前发⽣较⼤的变形量，也就是得到较⼤的伸长率和断⾯收缩率2.晶粒越⼩，裂纹不易产⽣且不易扩展，因⽽在断裂过程中吸收了较多的能量，即表现出较⾼的韧性。

多晶体的塑性变形包括各个单晶体的塑性变形

1..多晶体的塑性变形包括各个单晶体的塑性变形，（称为晶内变形）和各晶粒之间的变形（称为晶间变形）。

2.铸造性。

包括1.充形能力（影响充型能力的因素人以下三方面；1.充型能力，2.温度和压力，3.铸型填充条件）2.收缩。

3.铸件的最后凝固处，而固态收缩会因冷却不均匀或受到阻碍而产生热应力或机械阻碍应力，应力过大引起铸件变形，甚至开裂而报废。

可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。

塑性越高，变形抗力越小，则可以为金属的可锻性好。

反之则差。

4.整体热处理方法；退火，正火，淬火，回火。

5.选择浇注位置。

选择浇注位置应遵循如下原则：（1）铸件的重要工作面或加工面应朝下或呈则立状态。

（2）铸件上的大平面结构或薄壁结构应朝下或呈则立状态。

（3）选择浇注位置应有利于补缩，防止在铸件中产生缩孔。

6.拔模斜度；铸件上垂直分型面的各个侧面具有斜度，以把模样（或型芯）从砂型中（或从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）此斜度称为拔模斜度。

7.灰口铸铁件的可铸孔直径25mm，铸钢件可铸孔直径应大于35mm，有色金属件可铸件直径应大于15mm。

型芯按照其在型腔中所处的状态，一般分为水平型芯和垂直型芯两大类。

型芯头是型芯的重要组成部分，在浇注时型芯头不与液体金属相接触，起到定位和支撑型芯及引导型芯中气体排出的作用。

8.金属型铸造是用金属材料（铸铁或钢）制作铸型生产铸件的方法。

金属型可使用的次数很多（可达上千次），故又称为永久型铸造。

金属型铸造保证质量；1.喷刷涂料，2.保持合适的工作温度，3.严格控制开型时间，4.浇注灰口铸铁件要防止产生白口组织。

9.压力铸造是指液态金属在高压（5~150MPa）下，快速（充型时间0.001~0.2s）充填铸型，并在压力下结晶，获得铸件的工艺方法。

首先把涂料喷刷在型腔表面上，起保护型腔和减小摩擦阻力作用。

10.设计铸件应合理的确定结构斜度。

11.离心铸造是指液体金属在商速旋转（250-1500r/min）的铸型中，在离心力作用下成形，以获得铸件的工艺方法。

多晶体金属的塑性变形

多晶体金属的塑性变形本质上，与单晶体无区别。

实际上，存在晶界及晶粒之间的位向差，变形过程复杂，变形抗力高的多。

一、晶粒取向的影响多晶体相邻晶粒位向不同，导致多晶体金属塑性变形有以下两个特点：各晶粒变形的不同时性；各晶粒变形的相互协调性。

各晶粒变形的不同时性软取向的晶粒，首先开始滑移；周围晶粒位向不同，滑移系取向不同，运动的位错不能越过晶界，在晶界处产生位错塞积。

位错塞积造成很高的应力集中，使相邻晶粒中某些滑移系开动，使应力集中松弛，变形从一个晶粒传向另一个晶粒。

随着变形，各晶粒发生转动和旋转，原软取向→硬取向，而停止滑移，同时原硬取向→软取向，而发生滑移。

随外力的持续，多晶体金属中的晶粒分批地、逐步地发生塑性变形。

各晶粒变形的相互协调性多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包围之中。

要保持晶粒之间的结合和整个晶体的连续性，其变形必须与周围的晶粒相互协调，就使多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力也高于单晶体。

独立滑移系多晶体塑性变形时，要求晶粒至少能在5个独立的滑移系上进行滑移，才能使各晶粒间的变形得到很好的协调。

独立滑移系：指它所产生的晶体形状改变是不能借别的滑移系组合作用而同样得到。

任何变形都可用6个应变分量来表示。

由于塑性变形时体积不变，只有5个独立的应变分量。

独立的应变分量由一个独立的滑移系来产生，需要5个独立滑移系产生5个独立应变分量，以保证晶粒间变形的协调和晶体的连续。

面心立方和体心立方金属滑移系多，能满足，有较好的塑性。

而密排六方金属滑移系少，晶粒间的应变协调性差。

密排六方单晶体处于软取向时，应变可达100% ~200%，但多晶体塑性都很差，强度则较高。

二、晶界（晶粒大小）的影响双晶粒试样变形后，晶界处呈竹节状。

晶界附近滑移受阻，变形量较小。

晶界阻碍位错的通过，即晶界对塑性变形起阻碍作用。

多晶体的强度随晶粒细化而提高。

细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。

细晶强化本质：晶界提高了位错运动的阻力，晶界越多，即晶粒越细，材料的强度越高。

多晶体塑性变形