第十章金属与合金塑性变形

F F ' cos A A
2. 硬位向与软位向 K 由 S 可知： cos cos cosφcosλ取得最大值时，σS取得最小值； cosφcosλ取得最小值时，σS取得最大值。 最大取向因子为F、τ和N处于同一平面内， 即φ＋λ＝90o时。
（1）软位向 - λ、φ均为45o角时的位向为软位向。 取向因子cosφcosλ＝0.5 （取得最大值），σS 取得最小值。
τ ＝ Gυ
τ－切应力； υ－切应变； G －切变模量
E 、G为弹性模量。它表示材料抵抗应变的能力大小。 E为抵抗正应变的弹性模量，为抵抗切应变的弹性模量 ，两者的关系为G＝E／2(1+),其中为泊松(Poisson) 比。G、E反映材料的“刚度”大小，是一个组织不敏 感系数。 2. 弹性变形的本质-外力小于原子间作用力。 （二）塑性变形阶段 当σS＜σ＜σb时的变形为塑性变形阶段。外力去 除后部分复原，保持部分加工硬化。如图中的eb段。
真应力、应变间存在如下关系： S = ken
S-真应力；e－真应变；n-形变强化指数；K－常数
n:表征金属均匀变形阶段的强化能力，n值越大，变 形时的强化效果越显著。fcc结构的金属n值较大;bcc结 构较小，hcp结构最小。
§10.3 单晶体的塑性变形
一．滑移变形 （一）滑移现象 抛光的单晶体塑变后，在光学 显微镜下观察,在抛光表面上出 平行的线条－滑移带。
表10-1 常见金属的滑移系
结 论 1. 滑移系的多少一般决定金属塑性的好坏，如fcc、 bcc结构的滑移系较hcp多,所以fcc和bcc的塑性较 hcp好。 2. 在其它条件相同时，塑性的好坏还决定于滑移面 的密排程度及滑移方向的数目，bcc与fcc两种结 构，密排面fcc较bcc密排，滑移方向数较bcc多,而 且滑移时只能是一种滑移系启动，所以fcc结构的 晶体较bcc塑性好。 3. fcc、bcc结构的晶体常以滑移方式变形,hcp结构的 晶体常以孪生方式变形；但是在低温或高冲击载 荷时fcc、bcc结构的晶体是以孪生方式变形的。
第十章
返回首页
第6 页
二.金属变性的三个阶段
（一）弹性变形 1.特点：弹性变形发生在低应力作用下，变形量较小， 如图中oe段。 （1）当σ＜σe时的变形为弹性变形。 （2）具有可逆性，外力去除后完全复原； （3）应力与应变呈直线关系，服从虎克定律。
σ = Eε
σ－正应力； ε－正应变； E－弹性模量
滑移带与滑移线的结构
（二）滑移系 滑移－在切应力的作用下晶体的一部分相对于另一部 分沿一定晶面（滑移面）并沿着该面上的一定 方向（滑移方向）发生相对滑动。 1. 滑移面和滑移方向 滑移面：晶体中原子的密排晶面； fcc-{111} bcc-{110} hcp-{0001}； 滑移方向：晶体中原子的密排晶向； fcc-<110> ，bcc-<111> , hcp - 1120 。
（三）断裂阶段 当σ＞σb时为不均匀的塑性变形， σ≥σK时为断裂阶段。
§10.2
真应力－应变曲线
真应力－应变曲线是指试样在变形过 程中试样尺寸不断变化中的应力－应 真应力-真应变曲线 变曲线。 真应力－应变曲线与工程应力－应变曲线的区别是： 试样产生缩颈后外加载荷已下降，但是真应力仍在升 高，直至SK。在真应力－应变曲线的均匀塑性变形阶 段称为流变曲线。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 滑移系 一组滑移面和该面上的一组滑移方向构成一组滑移系。
① 面心立方结构滑移系： {111}<110> 4×3＝12组滑移系 ② 体心立方结构滑移系： {110}<111>； 6×2＝12组 {112}<111>； 12×1＝12组 共48组滑移系 {123}<111>； 24×1＝24组 ③ 密排六方结构滑移系： {0001}<11 20> 1×3＝3组； {10 10}<1120> 1×3＝3组； 共12组滑移系 {10 11}<11 20> 2×3＝6组；
应力（工程应力）
应变（工程应变）
P A0
L L0 L0
图10.1 低碳钢的应力、应变曲线
P－载荷；A0－试样的原始面积； L0－试样的原始标距长度； L－变形后的长度
第十章
返回首页
第2 页
弹性极限(σe)：材料保持最大弹性变形的最 大应力值。 屈服极限(σS)：材料发生塑性变形的最小应 力值。 条件屈服极限(σ0.2)：残余应变量为0.2％时 的应力值。 强度极限(σb)：材料发生塑性变形的最大应 力值。 断裂极限(σK)：表示材料对塑性变性的极限 抗力。 延伸率（δ）：表示残余总变形量△LK为原始长度L0之比。 断面收缩率（ψ）：表示试样横截面积A0与断裂时的横截面积 AK之差与A0之比。 σe、σS、σb、σK为强度指标，δ、ψ为塑性指标。
滑移面的面积
A A COS
'
外力在滑移面上的应力
F 外力在滑移面上的切应力 cos cos cos A K F S 令 S时，τ＝τk ，所以 cos cos A
cosφcosλ为取向因子（或施密特因子）； 材料一定时τk为常数，并与F无关。 因此，σS大小只取决于cosφcosλ的大小。
材料科学基础
主讲教师
各位同学：
董艳春
你们好！
第 十 章 金 属 与 合 金 的 塑 性 变 形 第二节
§10.1 金属变形的三个阶段
§10.2 单晶体的塑性变形 §10.3 多晶体的塑性变形 §10.4 合金的塑性变形
§10.5 金属变形后的组织与性能
第1 页
§10.1 金属变形的三个阶段
一.金属变形的应力-应变曲线 （一）应力、应变
（三）滑移时的临界分切应力（τK）
1. 临界分切应力（τk）－单晶体单向拉伸时开始滑移 所需要的最小分切应力。 设一圆柱试样，已知截面积 为A,外力为F；滑移面面积 为 A ’,滑移面的法向为N，F 与N夹角为φ， 滑移方向为τ， τ与F夹角为λ. 为在滑移面上沿滑移方向 的分切应力。
滑移时的分切应力τ大小:只有外力作用在滑移面上的 分切应力才能推动晶体滑移。