再结晶和晶粒长大三个阶段

2.2 金属的塑性变形
工程上实际使用的金属材料大多数是多晶体，其塑 性变形较为复杂。由于多晶体是由许多晶粒和晶界组成， 而晶粒一般可以认为近似于单晶体，首先讨论单晶体的 塑性变形。
2.2.1 单晶体的塑性变形
1. 滑移
晶体的一部分沿着一定晶面(滑移面)和一定的晶向 (滑移方向)相对于晶体另一部分作相对移动的现象称为滑 移。
时的照片
2.2.1 单晶体的塑性变形
② 滑移是沿着晶体中原子密度最大晶面和晶向发生
A方向上的原子比B方向上的原子容易产生相对的 移动。A方向上比B方向上的原子密度大，所以金属晶体 的滑移是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。能够产 生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。
2.2.1 单晶体的塑性变形
机械工程材料
第五讲
学时：48 主讲教师：陈积伟
第二章 金属的塑性变形和再结晶
对于机器上的重要零件，常用锻造成型，工业上使 用的金属材料中很多需要经过压力加工，例如轧制、拉 拔和挤压等制成。就锻造而言，它是金属成型的另一重 要手段，同时又能改善金属组织，使晶粒细化，组织均 匀和消除成分偏析等，从而提高了金属零件的性能和产 品质量。
图2-1
低碳钢在拉伸时的σ-ε曲线
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2.1.1 弹性变形
金属在外 力作用下产生 变形，外力不 大时变形也不 大，外力去除 后变形恢复到 原来的形状， 这种变形称为 弹性变形。
2.1.2 塑性变形
当外力增大时变形也增大，外力去除后变形又恢 复一部分，但不能恢复到原来的形状，这种变形称为 弹—塑性变形，其中在外力去除后恢复的部分变形称弹 性变形，不能恢复而保留下来的部分变形称塑性变形。
2.2.1 单晶体的塑性变形
图2-6 位错产生示意图
（a）位错环
（b）刃型位错
（c）螺型位错
(4) 关于位错的二个基本类型 以简单立方晶体结构为 例。当晶体受力后，若在其内部产生滑移在晶体中一定的 滑移面上出现已滑移区B和未滑移区A，已滑移区B和未滑 移区A的分界线构成了位错线。环中E部位形成了刃型位错， 环中S部位形成了螺型位错。
2.1 金属的变形现象
金属在外力作用下发生形 状和尺寸的改变称为变形。根 据这种拉伸曲线可把低碳钢(软 钢)的变形过程分为四个阶段。 (1) Ob段 弹性变形阶段 (2) cd段 屈服变形阶段 (3) dB段 均匀塑性变形阶段 (4) BK段 不均匀塑性变形阶段
金属的变形最基本的有 弹性变形和塑性变形两种。
滑移和孪生虽然都 是在切应力作用下产生， 但孪生所需要切应力比 滑移所需要的切应力要 大得多。
图2-8 孪生变形
2.2.2 多晶体的塑性变形
实际使用的金属材料绝大多数是多晶体，它是由晶界和 许多不同位向的晶粒组成。
2.2.1 单晶体的塑性变形
刚性错开的模型
2.2.1 单晶体的塑性变形
刃型位错
2.2.1 单晶体的塑性变形
刃型位错
2.2.1 单晶体的塑性变形
螺型位错
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第七讲
学时：48 主讲教师：陈积伟
2.2.1 单晶体的塑性变形
2. 孪生
在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分以一定 的晶面(孪生晶面)及晶向(孪生方向)产生剪切变形，这种变 形方式称为孪生。
滑移系数目愈大，则产生滑移愈容易，金属的塑性 愈好。经研究还证实滑移方向比滑移面在塑性变形中的作 用要大，因为滑移方向适应外力使之产生变形的能力比滑 移面要大，故当滑移系数目相同时，滑移方向愈多，滑移 愈容易，产生塑性变形的能力愈强。所以面心立方晶体比 体心立方晶体的塑性变形能力好。
2.2.1 单晶体的塑性变形
(3) 滑移线和滑移带 滑移线 晶体中产生 滑移在其表面出现的滑 移痕迹称为滑移线。它 是晶体中滑移面与晶体 表面的交界线。 滑移带 由许多滑移 线组成的带称为滑移带 。金属晶体中滑移一般 图2-5 Al单晶体的滑移带和滑移线示意图 都集中在滑移带内进行。滑移是由于晶体内部的相对移动 而产生，所以滑移不引起晶体结构的变化，即滑移前后晶 体结构相同。
(1) 滑移要点 可将滑移变形的要点总结如下： ① 滑移只能在切应力的作用下产生 对金属单晶体试样 进行拉伸时，外力作用到滑移面上都可分解为正应力σ和 切实力τ，如图2-2（a）所示。滑移只能在切应力的作用 下发生，而与正应力无关。
2.2.1 单晶体的塑性变形
图2-2 单晶体拉伸变形 （a）外力在晶面上的分解（b）在切应力τ作用下的变形（c）锌单晶体拉伸
在工程上重视金属变形的另一原因是在机器零件中， 如机床床身、齿轮和轴类等为保证机器的性能，一般需 要提高机器零件的强度和硬度，以减少或防止变形。
在工业生产中，一方面是应用变形，另一方面是减 少或防止变形。
第二章 金属的塑性变形和再结晶
2.1 金属的变形现象 2.2 金属的塑性变形 2.3 塑性变形对金属组织和性能的影响 2.4 变形金属在加热时组织和性能的变化 2.5 热加工
图2-3 滑移面示意图
2.2.1 单晶体的塑性变形
③ 滑移的距离一般为原子
间距的整数倍。
④ 滑移发生后滑移面要转
动和旋转。
滑移面的转动和旋转将
力图使λ和α减小。结果使
滑移面和滑移方向逐渐趋向
外力P方向。
图2-4 单晶体滑移时的应力分解图
2.2.1 单晶体的塑性变形
(2) 滑移系 在金属的塑性变形中可用滑移系表明金 属的变形能力。一个滑移面与其上的一个滑移方向组成 一个滑移系，因此滑移系的数目可用滑移面数和滑移方 向数的乘积来表示。
2.2.1 单晶体的塑性变形
图2-7 简单立方结构位错原子分布示意图 （a）刃型位错的原子分布 （b）螺型位错的原子分布
图（a）中AB线上部分原子面像刀刃一样存在于晶体中 而得名称为刃型位错。而(b)图的晶体部分中原子1，2，…8 等分布在一个螺旋线上得名称为螺型位错。原子排列介于刃 型位错和螺型位错之间形态的位错称为混合型位错。
表2-1 三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
滑移面 {110} ×6
滑移 <111> 方向 ×2
滑移系
6×2=12
面心立方晶格
{111} ×4
<110> ×3 4×3=12
密排六方晶格
六方底 面×1 底面 对角线 ×3
1×3=3
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2.2.1 单晶体的塑性变形