ch6+材料的变形与断裂

⑵滑移通常沿晶体的原子密 排面和密排晶向发生。
因为原子密度最大的晶面和晶向之间原 子间距最大，结合力最弱，产生滑移所 需切应力最小。
1)滑移面、滑移方向和滑移系
滑移面:沿其发生滑移的晶面。滑移面通常是密排面 滑移方向:沿其发生滑移的晶向。滑移方向通常是密排方向。
滑移系:一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。
移方向的情况下，从一个滑移面滑到交线 处，转到另一个滑移面的过程。
n
F cos(90o ) cos 1 F sin 2
s
A0
2 A0
45
时， max
1 2
F A0
在=45o 或 =45o时，分切应力最大。
2）临界分切应力c与屈服强度σs
在拉伸时，可以认为金属单晶体在外力作
用下，滑移系一开动就相当于晶体开始屈 服，此时，对应于临界分切应力的外加应 n
力就相当于屈服强度σS s
滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若 干条滑移线组成一个滑移带。
滑移带和滑移线示意图
铜拉伸试样表面滑移带
⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动。
1）拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于拉力轴方向。 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 2）转动的原因：晶体滑移后使正应力分量和切应力 分量组成了力偶。
3）滑移的过程中，伴随着晶体转动，晶体的位向在 不断改变，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也改变 位向。
4）晶面转动会使取向因子变化 几何硬化：如果晶体滑移面原来是处于，接近45º的位向，
经滑移和转动后，就会转到，角越来越远离45º的位向，从而 使滑移变得越来越困难。
几何软化；经滑移和转动后，一些原来，角度远离45º的
晶面将转到接近45º，使滑移变得容易进行。
(5) 多滑移
单滑移：只有一个特定的滑移系处于最有利的位 置而优先开动时，形成单滑移。
多滑移：在两个以上滑移系上同时或交替进行的 滑移。
由于变形时晶体转动的结果，有两组或几组滑移面同时 转到有利位向，使滑移可能在两组或更多的滑移面上同时 或交替地进行，形成“双滑移”或“多滑移”。
等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等的一组滑移系
对所有的{111}面，φ角是 相同的，为54.7°。
coscos 称为 取向因子。取向因子 越大，则分切应力越大 分切应力 ≥临界切应力c 才能产生滑移
1）分切应力 与取向因子关系
在外应力作用下，不同滑移面及滑移方向上的分切应力不同。分 切应力越大，越有可能大于该方向上的临界切应力，产生滑动。
① 当=90o 或 =90o时, 其上分切应力为0;
② 设F, n和s处于同一个面，则 + = 90o
对[101]、[101]、[011]和 [011]方向， 角也是相同的， 为45°。
锥体底面上的两个<110> 方向和[001]垂直。
因此，锥体上有4×2个滑 移系具有相同的施密特因 子，当达到临界切应力时 可同时开动。
源自文库
图fcc晶体中多滑移
(6) 交滑移
交滑移：两个或多个滑移面沿着同一个滑移方向同时 或交替进行滑移的现象。 交滑移的实质：是螺位错在不改变滑
滑移系越多，塑性越好。
2) 三种典型金属晶格的滑移系
3) 滑移系与塑性关系
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑 性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移 面更大。因而金属的塑性，面心立方晶格好于 体心立方晶格，体心立方晶格好于密排六方晶 格。
⑶ 滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间 距的整数倍。
金属弹性变形的实质就是金属晶格在外力作 用下产生的弹性畸变。
第二节 单晶体的塑性变形
①单晶体受力后，外力在任何 晶面上都可分解为正应力和切 应力。 ②正应力只能引起弹性变形。 ③切应力才能产生塑性变形。
外力在晶面上的 切应力作用下
分解
的变形
锌单晶拉伸照 片
1. 塑性变形的方式：
有滑移、孪生和扭折 。滑移是最主要的方式。
c＝scoscos s的取值 ，＝45时，s最小，晶体
易滑移； 软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。
3）软取向与硬取向
软取向：晶体中滑移系与外力的取向接近45º，处于 易滑移的位向，具有较小的σs值。
硬取向：晶体中滑移系与外 力取向远离45º，需要较大的 σs值才能滑移。
镁单晶屈服应力与晶体取向的关系
应变曲线不同)
•说明金属在塑性变形过 程中不断发生加工硬化， 外力必须不断增高，才能 使变形继续进行。
图6-3 真应力-真应变曲线
三、金属的弹性变形
材料的弹性形变与材料中原子间的结合键相关。 材料的结合键↑，则弹性模量 ↑。
所以以共价键和离子键结合的材料(金刚石、陶瓷等)， E最 高，金属次之，聚合物、橡胶(分子键)最低；
s c s cos cos
s
c cos cos
单晶体的屈服强度随取向因子而改变
φ=45º时，取向因子达到最大值，拉伸变形的屈服 应力最小。 φ=90º或0º时, σS =∞, 晶体不能沿该滑移面产生滑 移
2）临界分切应力c与屈服强度σs
c取决于金属的本性，不受，的影响； 或＝90时，s ；
低碳钢的应力-应变曲线:
均匀塑变
集中塑变
弹性变形：变形可逆，应力应变呈 线性关系。满足胡克定律
断裂
E
弹性变形 图6-1 低碳钢的应力-应变曲线
塑性变形：不可逆的永久变形。
弹性变形－塑性变形－断裂
二、真应力-真应变曲线
•真应力-真应变曲线，在 载荷达到最大值是继续上 升直至断裂(这点与工程应力-
2. 滑移
1、滑移：是指晶体的一 部分沿一定的晶面和晶向 相对于另一部分发生滑动 位移的现象。
外力在晶面上 切应力作用
的分解
下的变形
锌单晶拉伸 照片
2、滑移变形的特点
⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小
切应力称临界切应力c 。 外力在该滑移面沿滑移方向的分切应力：
F cos F cos cos A cos A
第六章 固体材料的变形与断裂
材料在外力作用下，随着外力的逐步增大，将发生弹性变 形，塑性变形，直至断裂。
在变形过程中，材料形状或尺寸发生变化，并且其内部组 织及性能也发生变化。
研究材料在塑性变形中的行为特点，分析其变形机理以及 影响因素具有十分重要的理论和实际意义。
第一节 金属的变形特性
一、工程应力-应变曲线