位错与强化

位错与强化赵亦希2014年09月

一、单晶体的塑性变形

常温或低温下，单晶体塑性变形（plastic deformation）方式：

1.滑移（slip）

2.孪生（twining）

3.扭折（link）

(1)滑移线和滑移带

⏹滑移线（slip line）：

滑移线实际上是在晶体表面产生的小台阶。

⏹滑移带（slip band）是由一系列相互平行的更细的线组成的。

1.滑移

一、单晶体的塑性变形

铜中的滑移带

500×滑移线和滑移带示意图

1.滑移

一、单晶体的塑性变形

1.滑

移

一、单晶体的塑性变形

6

位错运动produce permanent (plastic) deformation ！！！.

σ300 μm

三、塑性变形对材料组织和性能的影响

塑性变形对材料组织和性能的影响主要表现在以下方面：

⏹显微组织变化，包括晶粒形状的变化、亚结构

的变化、形变织构

⏹性能的变化，包括加工硬化、力学性能、物理

性能、化学性能

三、塑性变形对材料组织和性能的影响

1.晶粒形状的变化

（1）出现了大量的滑移带和孪晶带。

（2）晶粒形状发生了变化。出现了纤维组织（fiber microstructure）。纤维组织分布方向是材料流变伸展方向。

（3）当金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形使这些区域伸长，这在后序的热加工或热处理过程中会出现带状组织（band microstructure）。

2. 亚结构（sub —grain）的变化

（1）随变形度增大，位错密度迅速增大。

（2）位错组态和分布等亚结构发生变化

三、

塑性变形对材料组织和性能的影响

低碳钢形变(胞状)亚结构

3. 形变织构

(1)

形变织构（deformation texture）：是晶粒在空间上的择优取向（preferred orientation）（2）类型及特征 ①丝织构（fiber/wire texture）及特征：用表示

②板织构（rolling texture）及特征：用｛hkl｝表示

三、塑性变形对材料组织和性能的影响

四、强化机理

如何增加材料的强度？

四、强化机理

材料的塑性变形取决于位错运动能力

强化材料通过阻碍位错运动来实现

✓Reduce grain size 晶粒细化

✓Solid solutions 固溶强化

✓Strain hardening (Cold working) 冷作强化✓Precipitation hardening 沉淀硬化

n

b Slip plane

o

u

n

d

a

r

y

大原子压应变

•

杂质原子使晶格发生畸变• 内应力阻碍位错运动

四、强化机理（2）固溶强化(alloying)

小原子拉应变

16

Pure atom

Substitional atoms

Interstitial atoms

Substitional atoms

四、强化机理（2）固溶强化(alloying)

⇒

0.9 μm

• 冷变形后的Ti 合金

四、强化机理（3）冷作硬化(COLD WORK)•屈服强度增加

•抗拉强度增加

.延伸率下降

Adapted from Fig. 7.20,

Callister & Rethwisch 8e.

low carbon steel

4、位错与强化—强化机理（3）冷作硬化(COLD WORK)

冷变形回复：

由于温度升高原子的

扩散能力提高，而回

复阶段只是消除了由

由于冷加工应变能产

生的残余内应力，大

部分应变能仍然存在

，变形的晶粒仍未恢

复原状。

晶粒长大：

进一步保温或

升温，新晶粒

尺寸开始增大

，这就是晶粒

长大现象

再结晶

保温时间加长，新

的晶粒核心形成并

长大成小的等轴晶

粒，这就是再结晶

的开始。再结晶部

分愈来愈多，直到

原来的晶粒全部被

新的小晶粒所代替