塑性变形与再结晶资料

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6.1 金属的应力-应变曲线
σ
均匀塑变
b 集中塑变
k
s e
断裂
弹性变形
0
应力—应变曲线
ε
p
A0
L L0
L0
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拉伸缩颈
金属的变形特性
• 变形的分类: 弹性变形 — 外力去除后,变形消失,材料恢复原来形 状的变形。 塑性变形 — 外力去除后，材料不能恢复原来形状的 永久变形。
• 变形的基本过程: 弹性变形 → 弹-塑性变形 → 加工硬化 → 断裂
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2、滑移系
• 晶体的滑移总是沿阻力最小的晶面和晶向进行，通常为密排面和 密排方向。即单位位错的滑移面和柏氏矢量方向。
• 密排面和它上面的一个密排方向的组合称为滑移系。
f.c.c {111}<110>
4×3 ＝12
b.c.c {110}<111> 或次密排面{112}、{123}
6×2 ＝12
h.c.p (0001) 11c2/0a<1.633
σ 均匀塑变
s e
b 集中塑变
k 断裂
弹性变形
o
ε
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真应力—真应变曲线
p
A0
L L0
L0
工程应力－应变曲线中，σ、 均按试样初始尺寸计
算，拉伸时只需记录P、L即可，使用非常方便。但是在
拉伸过程中，由于试样尺寸不断变化，由此计算的σ和
并非真实。例如产生缩颈后，截面大大缩小,缩颈处的应
力应为 ，远大P于 ，从而产P生了假象。为克服这一缺
e
不锈钢： 0.45～0.55
黄 铜： 0.36～0.4
f.c.c
铜：
0.3 ～ 0.35
高
铝： 0.15～0.25
铁：0.05～0.15 b.c.c h.c.p 很小
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6.2 单晶体的塑性变形
塑性变形的基本方式：滑移和孪生
一、滑移
滑移的本质 — 位错的运动
1、滑移线与滑移带
滑移带
滑移线
Cu单晶表面的滑移带
{0001} _
3
α-Ti, Mg, Zr
密排六方 {1010} 1120
3
α-Ti, Mg
_
{1011}
6
• b.c.c密排面原子密度较f.c.c小，面间距也较低，滑移阻力较大， 虽然滑移系多，但塑性不如面心立方。
• h.c.p由于滑移系少，塑性差。但当温度升高时，原子振动增大， 相近的密排面和方向的数目增加，比低温时易于变形。
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m m cos cos
③ 单晶体的屈服应力σs
• 当τ＝τk时，位错开始滑移，材 料屈服σ＝σs，代入上式：
1120 {10 1 0}或{10 1 1}
1×3 ＝3
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金属
晶体结构 滑移面 滑移方向 滑移系数目
Cu, Al, Ni, Ag, Au
面心立方 {111} <110>
12
α-Fe, W, Mo α-Fe, W α-Fe, K
{110}
12
体心立方 {112} <111>
12
{123}
24
Cd, Zn, Mg, α-Ti, Be
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② 滑移系上的分切应力τ
• 如图:单晶体单向拉伸，某一滑移系与外
力F 的取向关系由φ和λ唯一确定。
• 外力F 在滑移方向上的分切应力为：
Fb F cos F cos cos A A / cos A
φF n
A
λ
A'
Fb b
cos cos m
m cos cos —— 取向因子
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m
讨论：
• 若λ或φ＝90°，m＝0，最小。
若三轴共面，且λ＝φ＝45° m＝1/2，最大。 ∴ 0 ≤m ≤ 1/2
• 对于一定的外力F，m↑、τ↑，
滑移系越易滑移。 m＝1/2称为 软取向； m＝0，为硬取向。
m cos cos
φF n
A
λ
A'
b
• 单晶体中各滑移系的m是不同的。 软取向的滑移系首先开动。
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2、塑性指标:
σ
产生塑性变形而不被破坏的能力。
es
b k
δ --- 延伸率
0
ε
Lk Lo 100%
Lo
δ < 5% 脆性材科 δ≈ 5～10% 韧性材料 δ > 10% 塑性材料
ψ --- 断面收缩率:
Ao Ak 100%
Ao
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3、刚度指标E(G):
抵抗弹性变形的能力
E G
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1、强度指标
材料抵抗变形和断裂的能力。 σe --- 弹性极限 (以余变0.005%为定点)
弹性变形的最大应力值 σS --- 屈服强度 (以余变0.2%为定点,用σ0.2表)
明显塑变的最小应力值 σb --- 抗拉强度 (强度极限)
均匀塑变的最大应力值 σk --- 断裂强度
集中塑变的最终应力值
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• 延展性是金属最基本的性质之一。 利用它可成型金属零部件。掌握变形的规律，可方 便的控制塑性加工的进程；如果设法阻止或延缓金 属的变形，则是强化材料的途径。
• 本章重点研究材料的变形规律及其微观机制，分析其 影响因素。
• 高分子材料的变形属粘弹性变形，陶瓷材料几乎没有 塑性，在工业上主要通过热成型或湿成型。所以研究 他们的塑性变形，意义有限。
第6章 塑性变形与再结晶
金属成型的重要手段 服役行为与寿命
成分组 织结构
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材料特性 合成与制备
章目录：
6.1 金属的应力应变曲线 6.2 单晶体的塑性变形 6.3 多晶体的塑性变形 6.4 合金的塑性变形 6.5 冷变形金属的组织与性能 6.6 冷变形金属的组织与性能 6.7 热变形与动态回复与再结晶
A A0 A
L0
当应变很小时， << 1 有：
e ≈ ，s ≈σ，两者相近，可通用。
但当应变很大时，两者相差较多。
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• 真应力－应变曲线如图所示，产生缩 S 颈后，应力继续上升，表明加工硬化 继续发生。
• 该曲线可表示为：
S k en
0
n —— 加工硬化指数，约在 0.1~ 0.5之间
断裂 集中塑变 均匀塑变 弹性范围
A颈
A0
点，引入真应力－真应变曲线，也叫流变曲线，瞬时应
力叫流变应力。
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• 真应变e，按瞬时值求得：
∴ 总应变为：
de
dL
L
ห้องสมุดไป่ตู้
p
A0
e L dL ln L ln(1 )
• 真应力S ：
L L0
L0
L L0
L0
体积不变
S P P A0 L (1 ) （缩颈以前）
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3、滑移的临界分切应力 k
① 定义：
• 作用在位错的滑移面，且平行于布氏矢量的分切应力τ，称为作 用于滑移系的分切应力。
• 当τ达到足以克服位错滑移阻力τk时，滑移系方能开动，称τk 为 滑移的临界分切应力。
或：使滑移系开动的最小分切应力。称为临界分切应力τk 。
• τk是材料的性质，取决于材料本身。