2.材料的變形(deformation)彈性變形塑性變形形變強(qiáng)化2.材料的變形(deformation)彈性變形12.1

彈性變形2.1.1彈性變形的特點(diǎn)和物理本質(zhì)可逆性：外力去除后，變形完全恢復(fù)。單值性：彈性變形過程中，無論加載或卸載，應(yīng)力和應(yīng)變都保持線性關(guān)系。變形量很?。阂话悴怀^0.5-1%物理本質(zhì)晶體點(diǎn)陣中原子規(guī)則排列，相鄰原子間存在一定作用力，彈性變形就是外力克服原子間作用力，使原子間距發(fā)生變化；恢復(fù)彈性變形則是外力去除后，原子間作用力迫使原子恢復(fù)原位。雙原子模型特點(diǎn)22.1彈性變形可逆性：外力去除后，變形完全恢復(fù)。物理本2可逆性無外力作用正常晶格原子間距，

勢能曲線在r0處最低，穩(wěn)態(tài)外力作用迫使兩原子靠近rr0克服斥力

分開rr0克服引力使原子N2達(dá)新平衡，原子間距變化外力去除因原子間力的作用，原子回到原來平衡位置，恢復(fù)變形。31引力：正離子和自由電子2斥力：正離子和正離子、

自由電子間庫侖力3合力：引力、斥力的合力13N2N1引力斥力2作用能雙原子模型rmr0Pmax可逆性無外力作用外力作用外力去除31引力：正離子和自由電子13單值性理論分析引力斥力當(dāng)兩原子靠近時r<r0，

合力表現(xiàn)為斥力當(dāng)兩原子間距rr0，

合力表現(xiàn)為引力載荷和變形關(guān)系曲線合力3曲線，似乎不服從虎克定律，但實(shí)際材料彈性變形極小，在小的r區(qū)間內(nèi)，p-r曲線近似直線。-單值性。與晶體有關(guān)的常數(shù)413N2N1引力斥力2作用能雙原子模型Pmaxrmr0Prr單值性理論分析引力斥力當(dāng)兩原子靠近時r<r0，

合力表現(xiàn)4變形小Pmax理論最大彈性變形抗

力，即最大拉斷抗力。理論上rm1.25%r0，即

最大彈性變形可達(dá)25%。實(shí)際上材料中存在位錯和

其他缺陷，外力未達(dá)Pmax

時位錯早已運(yùn)動產(chǎn)生塑變

或斷裂。513N2N1引力斥力2作用能雙原子模型Pmaxrmr0Prr變形小Pmax理論最大彈性變形抗

力，即最大拉斷抗力。52.2彈性模量(E、G)定義：在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，其比例因子即為~。

它表征材料對彈性變形的抗力。其值的大小反映材料彈性變形

的難易程度。從原子間作用力看，是表征原子間結(jié)合力的一個參量，其值反映原子

間結(jié)合力的大小。單晶體不同晶向因原子間結(jié)合力不同其彈性模量不同，表現(xiàn)為彈性各向

異性。常見的體心立方金屬和合金，其<111>晶向的E111最大，E100最小，

其它晶向的彈性模量E值介于二者之間。

多晶體材料各晶粒取向是任意的，其彈性模量是各個晶向彈性模量的統(tǒng)

計(jì)平均值。工程上把構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形的難易程度叫做構(gòu)件剛度，拉伸件的剛度常

用A0E表示，A0E越大，拉伸件彈性變形越小，因此E是決定構(gòu)件剛度的

材料性能，叫做材料剛度。A0是構(gòu)件的截面積，與構(gòu)件幾何形狀有關(guān)。選材時，除了設(shè)計(jì)足夠的截面A0外，還應(yīng)選用彈性模量高的材料。62.2.1彈性模量的意義2.2彈性模量(E、G)定義：在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變6彈性模量主要取決于材料本性，與晶格類型和原子間距密切相關(guān)，通常k和m是材料的常數(shù),r是相鄰兩原子間距。72.2.2彈性模量的影響因素E是對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，其大小主要決定于材料本性和晶體結(jié)構(gòu)，和顯微組織關(guān)系不大。熱處理、合金化和冷變形等三大強(qiáng)化手段對其作用很小。（1）元素周期表的位置（2）合金化影響不大。碳鋼可代替低合金鋼（3）熱處理影響不大。（4）冷塑性變形稍降低。（5）加載速率影響不大。E是組織不敏感的指標(biāo)

主要取決材料本質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)彈性模量主要取決于材料本性，與晶格類型和原子間距密切相關(guān)，通7定義：又稱彈性應(yīng)變能密度，指材料吸收變形功而

又不發(fā)生永久變形的能力，它標(biāo)志著在開始

塑性變形前材料單位體積所吸收的最大彈性

變形功。是一個韌性指標(biāo)。eee應(yīng)用

（1）彈簧起減振和儲能作用，應(yīng)有高彈性比功，常用的彈簧鋼E很難改

變，應(yīng)靠提高e值。60Si2Mn淬火+中溫回火（回火屈氏體）提高e值計(jì)算：與E和e值有關(guān)；而E是一個穩(wěn)定的力學(xué)性能指標(biāo)，提高彈性比

功應(yīng)從提高e下手。82.2.3彈性比功彈性/剛度彈性變形的能力/抗力（2）儀表彈簧，要求無磁，常用鈹青銅或磷青銅制，E值低、e值高，稱

軟彈簧。定義：又稱彈性應(yīng)變能密度，指材料吸收變形功而

8理想的彈性變形：單值、可逆的。

加載變形，卸載立即恢復(fù)（加卸載曲線重合），變形與時間無關(guān)。實(shí)際材料彈性變形：是多晶體，有缺陷，加卸載曲線不重合，會出現(xiàn)：92.3彈性變形的不完整性彈性后效彈性滯后包申格效應(yīng)（BauschingerEffect）理想的彈性變形：單值、可逆的。

加9定義：彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的彈性變形。外力—彈性變形（開始）OA—瞬時彈性應(yīng)變Oa卸載—沿Bc變化—部分彈性應(yīng)變Hc消失—延時——變形才緩慢消失至零(cO段）（反彈性后效）O載荷不變，時間延長—變形慢增—附加彈性應(yīng)變aH

（正彈性后效）圖下半部分：ab正彈性后效，ed反彈性后效Oa、be瞬時彈性應(yīng)變，和時間無關(guān)ABHbacedt彈性后效10定義：彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的彈性變形。外力10長期承載的測力彈簧、薄膜傳感件的正彈性后效現(xiàn)象使測量失真；經(jīng)校直的工件放置后又會變彎，回火可使反彈性后效最充分進(jìn)行，以避

免工件在以后使用中再發(fā)生變形。（多種解釋）都與某些松弛過程有關(guān)。如：-Fe中碳原子因應(yīng)力作用的定向擴(kuò)散。zFeCxy11彈性后效產(chǎn)生原因C在八面體

間隙位置z向拉應(yīng)力作用x、y軸上C原子向z軸擴(kuò)散移動使z方向繼續(xù)伸長變形附加彈性變形產(chǎn)生附加應(yīng)變?yōu)?/p>

滯彈性應(yīng)變因擴(kuò)散需時間z軸多余C原子又會擴(kuò)散回x、y軸上卸載滯彈性應(yīng)變消失實(shí)際應(yīng)用長期承載的測力彈簧、薄膜傳感件的正彈性后效現(xiàn)象使測量失真；11內(nèi)耗：滯后環(huán)說明加載時消耗于材料的變形功大于卸

載時材料放出的變形功，有一部分功被材料吸

收了，也就是說材料內(nèi)部消耗了一部分功，這

部分功稱為~，用回線面積表示。彈性滯后環(huán)：材料變形時因應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載

線和卸載線不重合而形成回線，叫做~。彈性滯后環(huán)單向的循環(huán)載荷+--+兩個對稱的彈性滯后環(huán)交變的循環(huán)載荷加載速度

較慢彈性后效

來得及出現(xiàn)++--加載速度

較快彈性后效

來不及出現(xiàn)交變應(yīng)力循環(huán)韌性回線的面積表示在一個應(yīng)力循環(huán)中材料的內(nèi)耗，也叫循環(huán)韌性。彈性滯后內(nèi)耗：滯后環(huán)說明加載時消耗于材料的變形功大于卸

12循環(huán)韌性表示材料消震能力。用振動試樣中自由振動幅度的衰減表示循環(huán)韌性的大小。振幅時間AkAk+1循環(huán)韌性=ln(Ak/Ak+1)循環(huán)韌性大的材料其消震能力強(qiáng)。對于承受交變應(yīng)力而易振動的機(jī)件，常希望材料有良好的消震能力。如：汽輪機(jī)葉片1Cr13鋼，灰鑄鐵循環(huán)韌性大，消振。對于儀表上的傳感元件、音叉、樂器用金屬材料等，要求傳感靈敏

度要高，選擇循環(huán)韌性低（值越小）的材料，音色好。13循環(huán)韌性表示材料消震能力。振幅時間AkAk+1循環(huán)韌性=l13210.20.2p材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形，然后再同向加載，使彈性極限（屈服強(qiáng)度）升高；反向加載變形則彈性極限（屈服強(qiáng)度）降低的現(xiàn)象。曲線1，在拉伸載荷作用下，其彈性極限為1130MPa;

曲線2，經(jīng)微預(yù)壓縮變形后再拉伸，其彈性極限為880MPa;

曲線3，在壓縮載荷作用下，其彈性極限為1230MPa;

曲線4，經(jīng)拉伸載荷作用后再壓縮，其彈性極限為800MPa。（淬火350C回火T10鋼的包申格效應(yīng)）包申格效應(yīng)是多晶體材料所具有的普遍現(xiàn)象3-0.20.20.2p414包申格效應(yīng)（BauschingerEffect）210.20.2p材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形14（林位錯對位錯運(yùn)動的影響）位錯角度解釋變形位錯滑移遇林位錯彎曲位錯纏結(jié)反向加載同向加載林位錯阻小克服阻礙力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)Bauschinger效應(yīng)的解釋（林位錯對位錯運(yùn)動的影響）位錯角度解釋變形位錯滑移遇林位錯彎152.4材料的塑性變形當(dāng)外加應(yīng)力超過彈性極限，材料發(fā)生不可恢復(fù)永久變形。162.4.1塑性變形的特點(diǎn)（1）變形不可逆性。卸載后變形不能恢復(fù)；（2）只有切應(yīng)力才能引起塑性變形。只有切應(yīng)力才能使晶體產(chǎn)生滑移

或?qū)\生變形；不同應(yīng)力狀態(tài)下，軟性系數(shù)不同，最大切應(yīng)力分

量和最大正應(yīng)力分量比值不同，材料塑性變形量也不同；

（3）變形度大。塑變階段伴有彈性變形和形變強(qiáng)化。（4）性能指標(biāo)活潑。塑性變形對材料組織結(jié)構(gòu)敏感，受加載速度和環(huán)

境介質(zhì)影響，塑變時會引起形變強(qiáng)化、內(nèi)應(yīng)力變化、一些物理性

能變化（如：密度降低、電阻增加、矯頑力增加）。（5）是應(yīng)力、應(yīng)變、時間（形變速度和時間）的函數(shù)。

高溫蠕變：應(yīng)力一定，延長承載時間，塑變緩慢增加；

高溫應(yīng)力松弛：應(yīng)變一定，隨時間延長其彈性應(yīng)力緩慢下降；（6）變形曲線非線性。2.4材料的塑性變形當(dāng)外加應(yīng)力超過彈性極限，材料發(fā)生不可恢16材料塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑動、擴(kuò)散性蠕變。是材料在切應(yīng)力作用下，沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）進(jìn)行的切變過程?；泼妫ㄔ幼蠲芘琶妫┗品较颍ㄔ幼蠲芘欧较颍?=滑移系3(6)<1120>(0001)

(1010)Mg、Zn

Ti、ZrHCP12(48)<111>2{110}6

{112}

{123}-FeBCC12<110>3{111}4Cu、AlFCC滑移系滑移方向滑移面材料舉例晶體結(jié)構(gòu)2.4.2塑性變形的物理本質(zhì)171.滑移材料塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑動、擴(kuò)散性蠕變。是材料17PP滑移面滑移方向單晶體單向拉伸屈服強(qiáng)度隨滑移面取向而變純金屬單晶體滑移的切應(yīng)力必達(dá)到一定值晶體沿滑移面開始滑移的切應(yīng)力：臨界切應(yīng)力定律：：沿滑移方向上的分切應(yīng)力；：滑移面的法向和P的夾角；：滑移方向和P的夾角；coscos：滑移取向因子，記為。越大，晶體產(chǎn)生滑移所需外力s越小，易滑移，

此取向稱為軟取向。最大值是0.5,則=45；

=45，所需軸向應(yīng)力最小。很小，滑移系很難開動，此取向稱為硬取向。

=0或=90時，=0，不能滑移。18單晶體拉伸時應(yīng)力分析圖Schmid’sLawPP滑移面滑移方向單晶體單向拉伸屈服強(qiáng)度隨滑移面取向而變18滑移：滑移線和滑移帶；孿生：孿晶。19滑移是主要的塑性變形方式，但對于滑移系少的晶體（如HCP），在不利的受力情況下不能滑移，而以孿生方式產(chǎn)生塑性變形。孿生在變形中可調(diào)整滑移面的方向，間接對塑性變形作貢獻(xiàn)，使之有利于滑移。2.孿生在切應(yīng)力作用下（與滑移同）晶體的一種塑性變形方式。變形產(chǎn)物孿晶：當(dāng)晶體的一部分

是另一部分的鏡

像時，稱為～。孿晶面：對稱面滑移：滑移線和滑移帶；19滑移是主要的塑性變形方式，但對于19（1）孿生是在較高的變形速度下發(fā)生的。

大多數(shù)金屬是產(chǎn)生滑移變形，因?yàn)榛戚^孿生容易，但在低溫高速下，

易形成孿生。

HCP金屬滑移系少，可能一開始就產(chǎn)生孿生。（2）孿生所產(chǎn)生的變形量很小。

Cd單純依靠孿生變形最大只能7.39%的變形量，而滑移可達(dá)到300%的

變形。（3）孿生具有一定的可逆性。

孿生變形初期，變形尚未貫穿整個晶體斷面，去除外力，孿晶變小甚

至消失。相反再次加外力，孿晶長大變厚，形成塑性孿晶，不可逆。

20孿生的特點(diǎn)（1）孿生是在較高的變形速度下發(fā)生的。

20滑移和孿生變形方式的異同：同點(diǎn)：都是晶體材料切變塑性變形的方式。異點(diǎn):

（1）晶體取向上。

孿生變形產(chǎn)生孿晶，形成鏡像對稱晶體，即晶體的取向發(fā)生改變；

滑移后沿滑移面兩側(cè)的晶體在取向上沒發(fā)生任何變化。

滑移線或滑移帶在材料表面上出現(xiàn)，經(jīng)拋光可去除；

孿晶則成薄片狀或透鏡狀存在于晶體中，拋光后腐蝕仍可見到。（2）切變情況不同。

滑移是一種不均勻切變，變形主要集中在某些晶面上，另一些晶面

不滑移；

孿生是一種均勻切變，每個晶面的位移與到孿晶面的距離成正比。（3）變形量不同。

孿生的變形量很小，且很易受阻而引起裂紋；滑移的變形量很大。

孿生變形量雖小，但對滑移有協(xié)調(diào)作用，一旦滑移變形受阻，晶體

可通過孿生使滑移得以繼續(xù)。

21滑移和孿生變形方式的異同：同點(diǎn)：都是晶體材料切變塑性變形的方21（孿生變形）（滑移變形）223.晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變無論哪種方式的變形，都為不可逆的，且變形度都很大。除高溫下的晶界缺陷定向遷移外，其它變形都是切應(yīng)力引起的。高溫下多晶體金屬因晶界性質(zhì)弱化，變形將集中于晶界進(jìn)行。變形時可以是晶界切變滑動，也可借助于晶界上空穴或間隙原子擴(kuò)散遷移來實(shí)現(xiàn)。（孿生變形）（滑移變形）223.晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變無論哪22當(dāng)多晶體金屬塑性變形時，晶界是完整的，但晶粒發(fā)生了變形;垂直于變形方向和平行于變形方向其性能是有差異的。

beforedeformationafterdeformation2.4.3多晶體的塑性變形當(dāng)多晶體金屬塑性變形時，晶界是完整的，但晶粒發(fā)生了變形;be2324多晶體塑性變形過程－位錯塞積模型

設(shè)多晶體相鄰兩晶粒I和II；外力作用下，晶粒I軟取向，其滑移面

AB上的位錯源首先開動產(chǎn)生n個位錯環(huán)向

外擴(kuò)展；由于晶界阻礙，位錯環(huán)被塞積成一個位錯

塞積群(數(shù)目)

K：位錯類型系數(shù)，刃錯K=1，螺錯K=1-d：滑移面長度，相當(dāng)于晶粒直徑：外力的切應(yīng)力分量i：位錯運(yùn)動的摩檫阻力b：位錯柏氏矢量G：切變彈性模量24多晶體塑性變形過程－位錯塞積模型設(shè)多晶體相鄰兩晶粒24由于位錯塞積在晶界上，晶界處要

產(chǎn)生一個集中的切應(yīng)力：代入得：這個集中應(yīng)力值很大，比位錯源S1的開動力提高n倍；如果條件合適，它將使晶界上的位錯沿晶粒II的滑移面BC運(yùn)動；令把25對于多晶體材料，兩邊同乘以取向因子得：則由于位錯塞積在晶界上，晶界處要

產(chǎn)生一個集中的切25與材料有關(guān)的常數(shù)霍爾-派奇公式Hall-Petchequation經(jīng)驗(yàn)（非理論）公式

晶粒尺寸Stronger,harder,tougher,andmoresusceptibletostrainhardeningLessresistanttocorrosionandcreepd（afewhundredmicronstoafewmicrons）Notapplyto(1)extremelycoarseorfinesizes;

(2)elevatedtemperatures蠕變：長時間/恒溫/恒應(yīng)力，即使應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度，也會緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。:位錯運(yùn)動的摩擦阻力，相當(dāng)于單晶體的屈服強(qiáng)度:反映位錯塞積程度的脫釘系數(shù)與材料有關(guān)的常數(shù)霍爾-派奇公式晶粒尺寸Stronger,h26多晶體塑性變形的特點(diǎn)（1）非同時性。

多晶體金屬中晶粒取向各異，在外加載荷作用下，彈性變形向塑性變形過渡不同步進(jìn)行，某些取向有利、本質(zhì)較脆弱或存在應(yīng)力集中的晶粒先開始。（2）不均一性。

由于不同基體相晶粒取向不同，第二相晶粒性質(zhì)、形態(tài)、分布不同，在晶體的各晶粒間、基體晶粒與第二相間或一個晶粒內(nèi)部都不均一。（3）協(xié)調(diào)性

多晶體材料作為一個連續(xù)的整體，各個晶粒在任一滑移系中自由變形將造成晶界開裂，要求晶粒間能協(xié)調(diào)變形。每個晶粒至少有5個滑移系同時開動。（4）時間性

塑變需要時間，會引起形變強(qiáng)化、內(nèi)應(yīng)力及一些物化變化，如密度降低、電阻增加、化學(xué)活度增大、抗腐蝕性降低等。27多晶體塑性變形的特點(diǎn)2727ABC上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)非均勻屈服型尚未變形區(qū)Lüders帶Lüders線（屈服線）——屈服變形的不均勻性和不同時性試樣表面逐步出現(xiàn)，開始局部出現(xiàn)，其余部分仍處于彈性狀態(tài)，隨后已屈服部分應(yīng)變不再增加，未屈服部分陸續(xù)產(chǎn)生滑移線。當(dāng)整個試樣都屈服之后，就開始進(jìn)入均勻塑性變形階段，并伴隨形變強(qiáng)化。2.5

屈服屈服強(qiáng)度是材料開始塑性變形的抗力。單晶體：是第一條滑移線開始出現(xiàn)的抗力。

用切應(yīng)力表示:c用拉應(yīng)力表示:sc=s多晶體：第一條滑移線無法觀察，用產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力定義~。

對于有屈服現(xiàn)象的材料用下屈服點(diǎn)定義；

對無屈服現(xiàn)象的材料用產(chǎn)生0.2%塑性變形的應(yīng)力定義（0.2）ABC上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)非均勻屈服型尚未變形區(qū)Lüders帶282.5.2影響屈服強(qiáng)度的因素

內(nèi)在因素1.金屬本性及晶格類型（1）c和彈性模量G有關(guān)：過渡族金屬Fe、Ni等G高，c高，s高。（2）c和晶體類型有關(guān)：fcc（Cu、Al）、hcp（Mg、Zn），b小，c?。?/p>

bcc（-Fe、Cr），b大，c大。因此：-Fe、Cr等的屈服強(qiáng)度都較Cu、Al、Zn、Mg高。以-Fe為基的鋼，其屈服強(qiáng)度也比奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度高。金屬實(shí)際屈服強(qiáng)度就是位錯運(yùn)動時各種阻力的總和。包括：晶格阻力位錯源開動阻力平行位錯的彈性阻力位錯林阻力切變強(qiáng)度的位錯理論：滑移是塑性變形的主要方式，因此滑移臨界切應(yīng)

力（即切變強(qiáng)度）可以展示材料屈服強(qiáng)度。實(shí)際金屬中存在各種缺陷，缺陷的類型、多少、分布會影響位錯運(yùn)動，

從而影響屈服強(qiáng)度。2.5.2影響屈服強(qiáng)度的因素

內(nèi)在因素金屬實(shí)際屈服強(qiáng)度就29（1）晶格阻力（派—納力P-N）：在理想晶體中僅存在一個位錯運(yùn)動時所需要的臨界切應(yīng)力。位錯在晶體中只要位錯中心的原子發(fā)生微量位移就可使位錯中心整步（一個柏氏矢量b）實(shí)現(xiàn)滑移。因此所需切應(yīng)力很小。P-N—晶格阻力a—滑移面間距b—滑移方向上原子間距w—位錯寬度—泊松比G—切變彈性模量P-N與晶體結(jié)構(gòu)及位錯結(jié)構(gòu)有關(guān)。

W表示位錯導(dǎo)致的點(diǎn)陣畸變區(qū)的范圍，越大則位錯

周圍原子偏離平衡位置不大，點(diǎn)陣畸變能低，位錯

易移動，P-N越小。

fcc金屬的w大，P-N小；bcc金屬w小，P-N大。

P-N與溫度有關(guān)。

原子熱振動有助于位錯運(yùn)動，影響晶格阻力和屈服

強(qiáng)度。尤其是P-N在屈服強(qiáng)度中占比重較大的bcc金

屬，溫度效應(yīng)引起的低溫脆性。

P-N受晶面和晶向原子間距的影響。

滑移面間a越大，滑移方向上的原子間距b最小

P-N最小，最容易滑移?；泼妗芘琶?/p>

滑移方向——密排方向

由P-N決定的30（1）晶格阻力（派—納力P-N）：在理想晶體中僅存在一個30（2）位錯源開動阻力結(jié)點(diǎn)釘扎彎曲擴(kuò)展放位錯環(huán)發(fā)生位錯增殖運(yùn)動弗蘭克-瑞德源（F-R源）開動F-R源除了克服派納力之外，

還必須克服位錯線彎曲的張力所需切應(yīng)力r：位錯彎曲

時曲率半徑開動F-R源最大阻力L：位錯線長r=L/2（4）位錯林阻力晶體中位錯呈空間網(wǎng)狀分布，每一個位錯線其滑移面和一些位錯線是相交的，這些相交叉的位錯線叫位錯林。位錯線運(yùn)動通過位錯林時，形成位錯割階，要消耗能量，增大位錯運(yùn)動阻力。與位錯類型、性質(zhì)、溫度有關(guān)。31（3）平行位錯的彈性阻力位錯本身具有自己的彈性應(yīng)力

場，當(dāng)位錯運(yùn)動和其它平行位

錯接近時，將遇到彈性交互阻力。阻力和位錯結(jié)構(gòu)類型、性質(zhì)、

間距有關(guān)。

－位錯密度（2）位錯源開動阻力結(jié)點(diǎn)釘扎彎曲擴(kuò)展放位錯環(huán)發(fā)生位錯增殖運(yùn)動312.晶粒大小的影響—細(xì)晶強(qiáng)化因?yàn)椋核苄宰冃蔚幕茩C(jī)構(gòu)在位錯運(yùn)動時要克服晶界阻力。臨界切應(yīng)力如用拉應(yīng)力：位錯在基體金屬中的運(yùn)動阻力；：決定于晶體結(jié)構(gòu)的常數(shù)；：晶粒直徑霍爾-派奇（Hall-Petch)公式體心立方金屬的Ks高，細(xì)晶強(qiáng)化效果最好。細(xì)晶強(qiáng)化不僅可以提高強(qiáng)度，還可提高塑性和韌性。322.晶粒大小的影響—細(xì)晶強(qiáng)化臨界切應(yīng)力如用拉應(yīng)力：位錯在基324.第二相的影響第二相：組成合金的各元素間發(fā)生相互作用，形成不同與基體的新相。第二相來源（1）冶煉；（2）粉末冶金；（3）合金化后熱處理。第二相分類（1）有害（2）有益第二相強(qiáng)化：（1）共格應(yīng)變強(qiáng)化：第二相在基體中使晶格錯配，產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，使位

錯運(yùn)動受阻；（P75）（2）Orowan繞過強(qiáng)化：不能變形的硬脆質(zhì)點(diǎn)，位錯線繞過，不能切過。（3）位錯切過強(qiáng)化：位錯線切過可變形質(zhì)點(diǎn)，提高屈服強(qiáng)度。

（如鋁合金時效時GP區(qū)的共格析出物）——位錯通過該區(qū)域必須克服的內(nèi)應(yīng)力——錯配度f——第二相粒子所占百分?jǐn)?shù)4.第二相的影響——位錯通過該區(qū)域必須克服的內(nèi)應(yīng)力33外在因素溫度的影響：派-納力對溫度敏感

溫度升高屈服強(qiáng)度降低，但其變化趨勢因不同晶格類型而異。

體心立方金屬對溫度敏感；

面心立方金屬對溫度不太敏感

密排六方金屬介于二者之間。應(yīng)變速率（變形速率）的影響

加載速率大，屈服強(qiáng)度增高明顯，GB規(guī)定加載速率9.8MPa/s。應(yīng)力狀態(tài)的影響

同一材料不同加載方式下，屈服強(qiáng)度不一樣

切應(yīng)力才會使材料塑性變形，不同應(yīng)力狀態(tài)下材料在某點(diǎn)的切應(yīng)力分量比例越大，屈服強(qiáng)度越低。s扭轉(zhuǎn)<s拉伸<s彎曲

材料在不同應(yīng)力狀態(tài)下屈服強(qiáng)度不同，不是材料性質(zhì)決定的，而是材料在不同條件下表現(xiàn)的力學(xué)行為不同。實(shí)際機(jī)件設(shè)計(jì)、選材和制定加工工藝時必須同時考慮內(nèi)在和外在因素。34外在因素實(shí)際機(jī)件設(shè)計(jì)、選材和制定加工工342.6形變強(qiáng)化（workhardening,strainhardening）彈性變形塑性變形外力超過彈性極限斷裂流變過程絕大多數(shù)金屬屈服必須不斷增大應(yīng)力在真應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為流變應(yīng)力不斷上升bee,2.6形變強(qiáng)化（workhardening,strai352.6.1單晶體金屬的形變強(qiáng)化三個階段第I階段：易滑移階段

外力超過臨界切應(yīng)力c，曲線近于直線，其形變強(qiáng)化速率I=d/d很小。

變形初期，只最有利位錯源開動，單系滑移(多系滑移前)，運(yùn)動阻力很小，所以I小。hcp金屬(如Mg、Zn等），不多系滑移，此段長

（單晶體形變強(qiáng)化曲線）第II階段：線性硬化階段直線段，形變強(qiáng)化速率最大。

位錯源都開動，多系滑移，位錯交互作用形成割階、固定位錯、胞狀結(jié)構(gòu)等障礙，位錯運(yùn)動阻力大，II增加。低層錯能fcc，擴(kuò)展寬度大，不成胞，L-C鎖。第III階段:拋物線硬化階段

拋物線，III隨變形而減小。螺位錯交滑移。第II階段位錯運(yùn)動受阻，螺錯改變滑移方向，躲過障礙，且異號螺錯彼此消失，有利于位錯運(yùn)動，表現(xiàn)III不斷降低。bcc金屬和高層錯能fcc金屬（Al）第II階段短，容易交滑移到第III階段。IIIIIIIIIIII(%)2.6.1單晶體金屬的形變強(qiáng)化362.6.2多晶體金屬的形變強(qiáng)化塑性變形時要求各晶粒必須是多滑移系，各晶粒間變形才能相互協(xié)調(diào)。所以塑變開始就是多系交叉滑移，其變形曲線上無易滑移階段，主要

是第III階段。形變曲線較單晶陡，即形變強(qiáng)化速率高。其真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線（Holloman關(guān)系）S=Ken

n—形變硬化指數(shù)，是材料形變硬化的性能指標(biāo)

K—滑移系數(shù)是真應(yīng)變等于1.0時的真應(yīng)力n=1時，材料為完全理想的彈性體，S與e成正比；

n=0時，S=K=常數(shù)，材料沒有應(yīng)變硬化能力；

n=0.1-0.5:大多數(shù)材料。常用直線作圖法求n值

左式取對數(shù)

lgS=lgK+nlge

直線斜率即為n值lgSlgKlge（應(yīng)變硬化指數(shù)作圖法）n值和層錯能有關(guān):層錯能低時，不易交滑移，應(yīng)變

硬化程度大；

n值對冷熱變形敏感：退火態(tài)n值大，冷加工態(tài)n?。籲s

=常數(shù):n隨溶質(zhì)原子含量增加而降低；

晶粒粗，n值大。2.6.2多晶體金屬的形變強(qiáng)化塑性變形時要求各晶粒必須372.6.3形變強(qiáng)化在生產(chǎn)中實(shí)際意義（1）形變強(qiáng)化可以使材料構(gòu)件具有一定的抗偶然過載能力，保證機(jī)件安全。有形變強(qiáng)化偶然過載局部塑變無形變強(qiáng)化變形一直進(jìn)行下去斷裂阻止塑變進(jìn)行局部塑變只能發(fā)展到一定程度（2）形變強(qiáng)化與塑性變形適當(dāng)配合會使材料進(jìn)行均勻塑性變形，保證冷加

工工藝順利實(shí)施。形變強(qiáng)化材料塑變不均勻時間有先后哪里有變形，就在哪里阻止變形的繼續(xù)變形和硬化交替進(jìn)行，能使材料均勻變形。（3）形變強(qiáng)化是強(qiáng)化材料的重要工藝手段之一。

對于不能采用熱處理強(qiáng)化的材料特別重要。

（4）形變強(qiáng)化可以降低塑性，改善低碳鋼的切削性能。

低碳鋼切削加工時產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，表面加工質(zhì)量差，可利用冷變形降低

塑性。382.6.3形變強(qiáng)化在生產(chǎn)中實(shí)際意義（1）形變強(qiáng)化可以使材料38下圖是退火多晶銅的工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線，該材料的屈服強(qiáng)度為60MPa（1）該材料是否是一種具有顯著應(yīng)變硬化能力的材料？為什么？（2）如果該材料被施以150MPa的應(yīng)力載荷后卸載，有多少應(yīng)變是可以恢復(fù)的呢？（E=111GPa）（3）假設(shè)上述卸載后的樣品被放在實(shí)驗(yàn)室的桌子上，一個學(xué)生進(jìn)來用該樣品測定該材料的屈服強(qiáng)度，該學(xué)生提供的這個屈服強(qiáng)度值會是怎樣的？Elongation53%50100150200250MPa0.10.20.30.40.50.60.760MPa225MPa思考題下圖是退火多晶銅的工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線，該材料的屈服強(qiáng)度為60392.材料的變形(deformation)彈性變形塑性變形形變強(qiáng)化2.材料的變形(deformation)彈性變形402.1

彈性變形2.1.1彈性變形的特點(diǎn)和物理本質(zhì)可逆性：外力去除后，變形完全恢復(fù)。單值性：彈性變形過程中，無論加載或卸載，應(yīng)力和應(yīng)變都保持線性關(guān)系。變形量很?。阂话悴怀^0.5-1%物理本質(zhì)晶體點(diǎn)陣中原子規(guī)則排列，相鄰原子間存在一定作用力，彈性變形就是外力克服原子間作用力，使原子間距發(fā)生變化；恢復(fù)彈性變形則是外力去除后，原子間作用力迫使原子恢復(fù)原位。雙原子模型特點(diǎn)412.1彈性變形可逆性：外力去除后，變形完全恢復(fù)。物理本41可逆性無外力作用正常晶格原子間距，

勢能曲線在r0處最低，穩(wěn)態(tài)外力作用迫使兩原子靠近rr0克服斥力

分開rr0克服引力使原子N2達(dá)新平衡，原子間距變化外力去除因原子間力的作用，原子回到原來平衡位置，恢復(fù)變形。421引力：正離子和自由電子2斥力：正離子和正離子、

自由電子間庫侖力3合力：引力、斥力的合力13N2N1引力斥力2作用能雙原子模型rmr0Pmax可逆性無外力作用外力作用外力去除31引力：正離子和自由電子142單值性理論分析引力斥力當(dāng)兩原子靠近時r<r0，

合力表現(xiàn)為斥力當(dāng)兩原子間距rr0，

合力表現(xiàn)為引力載荷和變形關(guān)系曲線合力3曲線，似乎不服從虎克定律，但實(shí)際材料彈性變形極小，在小的r區(qū)間內(nèi)，p-r曲線近似直線。-單值性。與晶體有關(guān)的常數(shù)4313N2N1引力斥力2作用能雙原子模型Pmaxrmr0Prr單值性理論分析引力斥力當(dāng)兩原子靠近時r<r0，

合力表現(xiàn)43變形小Pmax理論最大彈性變形抗

力，即最大拉斷抗力。理論上rm1.25%r0，即

最大彈性變形可達(dá)25%。實(shí)際上材料中存在位錯和

其他缺陷，外力未達(dá)Pmax

時位錯早已運(yùn)動產(chǎn)生塑變

或斷裂。4413N2N1引力斥力2作用能雙原子模型Pmaxrmr0Prr變形小Pmax理論最大彈性變形抗

力，即最大拉斷抗力。442.2彈性模量(E、G)定義：在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，其比例因子即為~。

它表征材料對彈性變形的抗力。其值的大小反映材料彈性變形

的難易程度。從原子間作用力看，是表征原子間結(jié)合力的一個參量，其值反映原子

間結(jié)合力的大小。單晶體不同晶向因原子間結(jié)合力不同其彈性模量不同，表現(xiàn)為彈性各向

異性。常見的體心立方金屬和合金，其<111>晶向的E111最大，E100最小，

其它晶向的彈性模量E值介于二者之間。

多晶體材料各晶粒取向是任意的，其彈性模量是各個晶向彈性模量的統(tǒng)

計(jì)平均值。工程上把構(gòu)件產(chǎn)生彈性變形的難易程度叫做構(gòu)件剛度，拉伸件的剛度常

用A0E表示，A0E越大，拉伸件彈性變形越小，因此E是決定構(gòu)件剛度的

材料性能，叫做材料剛度。A0是構(gòu)件的截面積，與構(gòu)件幾何形狀有關(guān)。選材時，除了設(shè)計(jì)足夠的截面A0外，還應(yīng)選用彈性模量高的材料。452.2.1彈性模量的意義2.2彈性模量(E、G)定義：在彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變45彈性模量主要取決于材料本性，與晶格類型和原子間距密切相關(guān)，通常k和m是材料的常數(shù),r是相鄰兩原子間距。462.2.2彈性模量的影響因素E是對組織不敏感的力學(xué)性能指標(biāo)，其大小主要決定于材料本性和晶體結(jié)構(gòu)，和顯微組織關(guān)系不大。熱處理、合金化和冷變形等三大強(qiáng)化手段對其作用很小。（1）元素周期表的位置（2）合金化影響不大。碳鋼可代替低合金鋼（3）熱處理影響不大。（4）冷塑性變形稍降低。（5）加載速率影響不大。E是組織不敏感的指標(biāo)

主要取決材料本質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)彈性模量主要取決于材料本性，與晶格類型和原子間距密切相關(guān)，通46定義：又稱彈性應(yīng)變能密度，指材料吸收變形功而

又不發(fā)生永久變形的能力，它標(biāo)志著在開始

塑性變形前材料單位體積所吸收的最大彈性

變形功。是一個韌性指標(biāo)。eee應(yīng)用

（1）彈簧起減振和儲能作用，應(yīng)有高彈性比功，常用的彈簧鋼E很難改

變，應(yīng)靠提高e值。60Si2Mn淬火+中溫回火（回火屈氏體）提高e值計(jì)算：與E和e值有關(guān)；而E是一個穩(wěn)定的力學(xué)性能指標(biāo)，提高彈性比

功應(yīng)從提高e下手。472.2.3彈性比功彈性/剛度彈性變形的能力/抗力（2）儀表彈簧，要求無磁，常用鈹青銅或磷青銅制，E值低、e值高，稱

軟彈簧。定義：又稱彈性應(yīng)變能密度，指材料吸收變形功而

47理想的彈性變形：單值、可逆的。

加載變形，卸載立即恢復(fù)（加卸載曲線重合），變形與時間無關(guān)。實(shí)際材料彈性變形：是多晶體，有缺陷，加卸載曲線不重合，會出現(xiàn)：482.3彈性變形的不完整性彈性后效彈性滯后包申格效應(yīng)（BauschingerEffect）理想的彈性變形：單值、可逆的。

加48定義：彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的彈性變形。外力—彈性變形（開始）OA—瞬時彈性應(yīng)變Oa卸載—沿Bc變化—部分彈性應(yīng)變Hc消失—延時——變形才緩慢消失至零(cO段）（反彈性后效）O載荷不變，時間延長—變形慢增—附加彈性應(yīng)變aH

（正彈性后效）圖下半部分：ab正彈性后效，ed反彈性后效Oa、be瞬時彈性應(yīng)變，和時間無關(guān)ABHbacedt彈性后效49定義：彈性應(yīng)變落后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的彈性變形。外力49長期承載的測力彈簧、薄膜傳感件的正彈性后效現(xiàn)象使測量失真；經(jīng)校直的工件放置后又會變彎，回火可使反彈性后效最充分進(jìn)行，以避

免工件在以后使用中再發(fā)生變形。（多種解釋）都與某些松弛過程有關(guān)。如：-Fe中碳原子因應(yīng)力作用的定向擴(kuò)散。zFeCxy50彈性后效產(chǎn)生原因C在八面體

間隙位置z向拉應(yīng)力作用x、y軸上C原子向z軸擴(kuò)散移動使z方向繼續(xù)伸長變形附加彈性變形產(chǎn)生附加應(yīng)變?yōu)?/p>

滯彈性應(yīng)變因擴(kuò)散需時間z軸多余C原子又會擴(kuò)散回x、y軸上卸載滯彈性應(yīng)變消失實(shí)際應(yīng)用長期承載的測力彈簧、薄膜傳感件的正彈性后效現(xiàn)象使測量失真；50內(nèi)耗：滯后環(huán)說明加載時消耗于材料的變形功大于卸

載時材料放出的變形功，有一部分功被材料吸

收了，也就是說材料內(nèi)部消耗了一部分功，這

部分功稱為~，用回線面積表示。彈性滯后環(huán)：材料變形時因應(yīng)變滯后于應(yīng)力，使加載

線和卸載線不重合而形成回線，叫做~。彈性滯后環(huán)單向的循環(huán)載荷+--+兩個對稱的彈性滯后環(huán)交變的循環(huán)載荷加載速度

較慢彈性后效

來得及出現(xiàn)++--加載速度

較快彈性后效

來不及出現(xiàn)交變應(yīng)力循環(huán)韌性回線的面積表示在一個應(yīng)力循環(huán)中材料的內(nèi)耗，也叫循環(huán)韌性。彈性滯后內(nèi)耗：滯后環(huán)說明加載時消耗于材料的變形功大于卸

51循環(huán)韌性表示材料消震能力。用振動試樣中自由振動幅度的衰減表示循環(huán)韌性的大小。振幅時間AkAk+1循環(huán)韌性=ln(Ak/Ak+1)循環(huán)韌性大的材料其消震能力強(qiáng)。對于承受交變應(yīng)力而易振動的機(jī)件，常希望材料有良好的消震能力。如：汽輪機(jī)葉片1Cr13鋼，灰鑄鐵循環(huán)韌性大，消振。對于儀表上的傳感元件、音叉、樂器用金屬材料等，要求傳感靈敏

度要高，選擇循環(huán)韌性低（值越小）的材料，音色好。52循環(huán)韌性表示材料消震能力。振幅時間AkAk+1循環(huán)韌性=l52210.20.2p材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形，然后再同向加載，使彈性極限（屈服強(qiáng)度）升高；反向加載變形則彈性極限（屈服強(qiáng)度）降低的現(xiàn)象。曲線1，在拉伸載荷作用下，其彈性極限為1130MPa;

曲線2，經(jīng)微預(yù)壓縮變形后再拉伸，其彈性極限為880MPa;

曲線3，在壓縮載荷作用下，其彈性極限為1230MPa;

曲線4，經(jīng)拉伸載荷作用后再壓縮，其彈性極限為800MPa。（淬火350C回火T10鋼的包申格效應(yīng)）包申格效應(yīng)是多晶體材料所具有的普遍現(xiàn)象3-0.20.20.2p453包申格效應(yīng)（BauschingerEffect）210.20.2p材料經(jīng)過預(yù)先加載產(chǎn)生微量塑性變形53（林位錯對位錯運(yùn)動的影響）位錯角度解釋變形位錯滑移遇林位錯彎曲位錯纏結(jié)反向加載同向加載林位錯阻小克服阻礙力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)Bauschinger效應(yīng)的解釋（林位錯對位錯運(yùn)動的影響）位錯角度解釋變形位錯滑移遇林位錯彎542.4材料的塑性變形當(dāng)外加應(yīng)力超過彈性極限，材料發(fā)生不可恢復(fù)永久變形。552.4.1塑性變形的特點(diǎn)（1）變形不可逆性。卸載后變形不能恢復(fù)；（2）只有切應(yīng)力才能引起塑性變形。只有切應(yīng)力才能使晶體產(chǎn)生滑移

或?qū)\生變形；不同應(yīng)力狀態(tài)下，軟性系數(shù)不同，最大切應(yīng)力分

量和最大正應(yīng)力分量比值不同，材料塑性變形量也不同；

（3）變形度大。塑變階段伴有彈性變形和形變強(qiáng)化。（4）性能指標(biāo)活潑。塑性變形對材料組織結(jié)構(gòu)敏感，受加載速度和環(huán)

境介質(zhì)影響，塑變時會引起形變強(qiáng)化、內(nèi)應(yīng)力變化、一些物理性

能變化（如：密度降低、電阻增加、矯頑力增加）。（5）是應(yīng)力、應(yīng)變、時間（形變速度和時間）的函數(shù)。

高溫蠕變：應(yīng)力一定，延長承載時間，塑變緩慢增加；

高溫應(yīng)力松弛：應(yīng)變一定，隨時間延長其彈性應(yīng)力緩慢下降；（6）變形曲線非線性。2.4材料的塑性變形當(dāng)外加應(yīng)力超過彈性極限，材料發(fā)生不可恢55材料塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑動、擴(kuò)散性蠕變。是材料在切應(yīng)力作用下，沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）進(jìn)行的切變過程。滑移面（原子最密排面）滑移方向（原子最密排方向）+=滑移系3(6)<1120>(0001)

(1010)Mg、Zn

Ti、ZrHCP12(48)<111>2{110}6

{112}

{123}-FeBCC12<110>3{111}4Cu、AlFCC滑移系滑移方向滑移面材料舉例晶體結(jié)構(gòu)2.4.2塑性變形的物理本質(zhì)561.滑移材料塑性變形的方式：滑移、孿生、晶界滑動、擴(kuò)散性蠕變。是材料56PP滑移面滑移方向單晶體單向拉伸屈服強(qiáng)度隨滑移面取向而變純金屬單晶體滑移的切應(yīng)力必達(dá)到一定值晶體沿滑移面開始滑移的切應(yīng)力：臨界切應(yīng)力定律：：沿滑移方向上的分切應(yīng)力；：滑移面的法向和P的夾角；：滑移方向和P的夾角；coscos：滑移取向因子，記為。越大，晶體產(chǎn)生滑移所需外力s越小，易滑移，

此取向稱為軟取向。最大值是0.5,則=45；

=45，所需軸向應(yīng)力最小。很小，滑移系很難開動，此取向稱為硬取向。

=0或=90時，=0，不能滑移。57單晶體拉伸時應(yīng)力分析圖Schmid’sLawPP滑移面滑移方向單晶體單向拉伸屈服強(qiáng)度隨滑移面取向而變57滑移：滑移線和滑移帶；孿生：孿晶。58滑移是主要的塑性變形方式，但對于滑移系少的晶體（如HCP），在不利的受力情況下不能滑移，而以孿生方式產(chǎn)生塑性變形。孿生在變形中可調(diào)整滑移面的方向，間接對塑性變形作貢獻(xiàn)，使之有利于滑移。2.孿生在切應(yīng)力作用下（與滑移同）晶體的一種塑性變形方式。變形產(chǎn)物孿晶：當(dāng)晶體的一部分

是另一部分的鏡

像時，稱為～。孿晶面：對稱面滑移：滑移線和滑移帶；19滑移是主要的塑性變形方式，但對于58（1）孿生是在較高的變形速度下發(fā)生的。

大多數(shù)金屬是產(chǎn)生滑移變形，因?yàn)榛戚^孿生容易，但在低溫高速下，

易形成孿生。

HCP金屬滑移系少，可能一開始就產(chǎn)生孿生。（2）孿生所產(chǎn)生的變形量很小。

Cd單純依靠孿生變形最大只能7.39%的變形量，而滑移可達(dá)到300%的

變形。（3）孿生具有一定的可逆性。

孿生變形初期，變形尚未貫穿整個晶體斷面，去除外力，孿晶變小甚

至消失。相反再次加外力，孿晶長大變厚，形成塑性孿晶，不可逆。

59孿生的特點(diǎn)（1）孿生是在較高的變形速度下發(fā)生的。

59滑移和孿生變形方式的異同：同點(diǎn)：都是晶體材料切變塑性變形的方式。異點(diǎn):

（1）晶體取向上。

孿生變形產(chǎn)生孿晶，形成鏡像對稱晶體，即晶體的取向發(fā)生改變；

滑移后沿滑移面兩側(cè)的晶體在取向上沒發(fā)生任何變化。

滑移線或滑移帶在材料表面上出現(xiàn)，經(jīng)拋光可去除；

孿晶則成薄片狀或透鏡狀存在于晶體中，拋光后腐蝕仍可見到。（2）切變情況不同。

滑移是一種不均勻切變，變形主要集中在某些晶面上，另一些晶面

不滑移；

孿生是一種均勻切變，每個晶面的位移與到孿晶面的距離成正比。（3）變形量不同。

孿生的變形量很小，且很易受阻而引起裂紋；滑移的變形量很大。

孿生變形量雖小，但對滑移有協(xié)調(diào)作用，一旦滑移變形受阻，晶體

可通過孿生使滑移得以繼續(xù)。

60滑移和孿生變形方式的異同：同點(diǎn)：都是晶體材料切變塑性變形的方60（孿生變形）（滑移變形）613.晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變無論哪種方式的變形，都為不可逆的，且變形度都很大。除高溫下的晶界缺陷定向遷移外，其它變形都是切應(yīng)力引起的。高溫下多晶體金屬因晶界性質(zhì)弱化，變形將集中于晶界進(jìn)行。變形時可以是晶界切變滑動，也可借助于晶界上空穴或間隙原子擴(kuò)散遷移來實(shí)現(xiàn)。（孿生變形）（滑移變形）223.晶界滑動和擴(kuò)散性蠕變無論哪61當(dāng)多晶體金屬塑性變形時，晶界是完整的，但晶粒發(fā)生了變形;垂直于變形方向和平行于變形方向其性能是有差異的。

beforedeformationafterdeformation2.4.3多晶體的塑性變形當(dāng)多晶體金屬塑性變形時，晶界是完整的，但晶粒發(fā)生了變形;be6263多晶體塑性變形過程－位錯塞積模型

設(shè)多晶體相鄰兩晶粒I和II；外力作用下，晶粒I軟取向，其滑移面

AB上的位錯源首先開動產(chǎn)生n個位錯環(huán)向

外擴(kuò)展；由于晶界阻礙，位錯環(huán)被塞積成一個位錯

塞積群(數(shù)目)

K：位錯類型系數(shù)，刃錯K=1，螺錯K=1-d：滑移面長度，相當(dāng)于晶粒直徑：外力的切應(yīng)力分量i：位錯運(yùn)動的摩檫阻力b：位錯柏氏矢量G：切變彈性模量24多晶體塑性變形過程－位錯塞積模型設(shè)多晶體相鄰兩晶粒63由于位錯塞積在晶界上，晶界處要

產(chǎn)生一個集中的切應(yīng)力：代入得：這個集中應(yīng)力值很大，比位錯源S1的開動力提高n倍；如果條件合適，它將使晶界上的位錯沿晶粒II的滑移面BC運(yùn)動；令把64對于多晶體材料，兩邊同乘以取向因子得：則由于位錯塞積在晶界上，晶界處要

產(chǎn)生一個集中的切64與材料有關(guān)的常數(shù)霍爾-派奇公式Hall-Petchequation經(jīng)驗(yàn)（非理論）公式

晶粒尺寸Stronger,harder,tougher,andmoresusceptibletostrainhardeningLessresistanttocorrosionandcreepd（afewhundredmicronstoafewmicrons）Notapplyto(1)extremelycoarseorfinesizes;

(2)elevatedtemperatures蠕變：長時間/恒溫/恒應(yīng)力，即使應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度，也會緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。:位錯運(yùn)動的摩擦阻力，相當(dāng)于單晶體的屈服強(qiáng)度:反映位錯塞積程度的脫釘系數(shù)與材料有關(guān)的常數(shù)霍爾-派奇公式晶粒尺寸Stronger,h65多晶體塑性變形的特點(diǎn)（1）非同時性。

多晶體金屬中晶粒取向各異，在外加載荷作用下，彈性變形向塑性變形過渡不同步進(jìn)行，某些取向有利、本質(zhì)較脆弱或存在應(yīng)力集中的晶粒先開始。（2）不均一性。

由于不同基體相晶粒取向不同，第二相晶粒性質(zhì)、形態(tài)、分布不同，在晶體的各晶粒間、基體晶粒與第二相間或一個晶粒內(nèi)部都不均一。（3）協(xié)調(diào)性

多晶體材料作為一個連續(xù)的整體，各個晶粒在任一滑移系中自由變形將造成晶界開裂，要求晶粒間能協(xié)調(diào)變形。每個晶粒至少有5個滑移系同時開動。（4）時間性

塑變需要時間，會引起形變強(qiáng)化、內(nèi)應(yīng)力及一些物化變化，如密度降低、電阻增加、化學(xué)活度增大、抗腐蝕性降低等。66多晶體塑性變形的特點(diǎn)2766ABC上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)非均勻屈服型尚未變形區(qū)Lüders帶Lüders線（屈服線）——屈服變形的不均勻性和不同時性試樣表面逐步出現(xiàn)，開始局部出現(xiàn)，其余部分仍處于彈性狀態(tài)，隨后已屈服部分應(yīng)變不再增加，未屈服部分陸續(xù)產(chǎn)生滑移線。當(dāng)整個試樣都屈服之后，就開始進(jìn)入均勻塑性變形階段，并伴隨形變強(qiáng)化。2.5

屈服屈服強(qiáng)度是材料開始塑性變形的抗力。單晶體：是第一條滑移線開始出現(xiàn)的抗力。

用切應(yīng)力表示:c用拉應(yīng)力表示:sc=s多晶體：第一條滑移線無法觀察，用產(chǎn)生微量塑性變形的應(yīng)力定義~。

對于有屈服現(xiàn)象的材料用下屈服點(diǎn)定義；

對無屈服現(xiàn)象的材料用產(chǎn)生0.2%塑性變形的應(yīng)力定義（0.2）ABC上屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)非均勻屈服型尚未變形區(qū)Lüders帶672.5.2影響屈服強(qiáng)度的因素

內(nèi)在因素1.金屬本性及晶格類型（1）c和彈性模量G有關(guān)：過渡族金屬Fe、Ni等G高，c高，s高。（2）c和晶體類型有關(guān)：fcc（Cu、Al）、hcp（Mg、Zn），b小，c小；

bcc（-Fe、Cr），b大，c大。因此：-Fe、Cr等的屈服強(qiáng)度都較Cu、Al、Zn、Mg高。以-Fe為基的鋼，其屈服強(qiáng)度也比奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度高。金屬實(shí)際屈服強(qiáng)度就是位錯運(yùn)動時各種阻力的總和。包括：晶格阻力位錯源開動阻力平行位錯的彈性阻力位錯林阻力切變強(qiáng)度的位錯理論：滑移是塑性變形的主要方式，因此滑移臨界切應(yīng)

力（即切變強(qiáng)度）可以展示材料屈服強(qiáng)度。實(shí)際金屬中存在各種缺陷，缺陷的類型、多少、分布會影響位錯運(yùn)動，

從而影響屈服強(qiáng)度。2.5.2影響屈服強(qiáng)度的因素

內(nèi)在因素金屬實(shí)際屈服強(qiáng)度就68（1）晶格阻力（派—納力P-N）：在理想晶體中僅存在一個位錯運(yùn)動時所需要的臨界切應(yīng)力。位錯在晶體中只要位錯中心的原子發(fā)生微量位移就可使位錯中心整步（一個柏氏矢量b）實(shí)現(xiàn)滑移。因此所需切應(yīng)力很小。P-N—晶格阻力a—滑移面間距b—滑移方向上原子間距w—位錯寬度—泊松比G—切變彈性模量P-N與晶體結(jié)構(gòu)及位錯結(jié)構(gòu)有關(guān)。

W表示位錯導(dǎo)致的點(diǎn)陣畸變區(qū)的范圍，越大則位錯

周圍原子偏離平衡位置不大，點(diǎn)陣畸變能低，位錯

易移動，P-N越小。

fcc金屬的w大，P-N??；bcc金屬w小，P-N大。

P-N與溫度有關(guān)。

原子熱振動有助于位錯運(yùn)動，影響晶格阻力和屈服

強(qiáng)度。尤其是P-N在屈服強(qiáng)度中占比重較大的bcc金

屬，溫度效應(yīng)引起的低溫脆性。

P-N受晶面和晶向原子間距的影響。

滑移面間a越大，滑移方向上的原子間距b最小

P-N最小，最容易滑移?；泼妗芘琶?/p>

滑移方向——密排方向

由P-N決定的69（1）晶格阻力（派—納力P-N）：在理想晶體中僅存在一個69（2）位錯源開動阻力結(jié)點(diǎn)釘扎彎曲擴(kuò)展放位錯環(huán)發(fā)生位錯增殖運(yùn)動弗蘭克-瑞德源（F-R源）開動F-R源除了克服派納力之外，

還必須克服位錯線彎曲的張力所需切應(yīng)力r：位錯彎曲

時曲率半徑開動F-R源最大阻力L：位錯線長r=L/2（4）位錯林阻力晶體中位錯呈空間網(wǎng)狀分布，每一個位錯線其滑移面和一些位錯線是相交的，這些相交叉的位錯線叫位錯林。位錯線運(yùn)動通過位錯林時，形成位錯割階，要消耗能量，增大位錯運(yùn)動阻力。與位錯類型、性質(zhì)、溫度有關(guān)。70（3）平行位錯的彈性阻力位錯本身具有自己的彈性應(yīng)力

場，當(dāng)位錯運(yùn)動和其它平行位

錯接近時，將遇到彈性交互阻力。阻力和位錯結(jié)構(gòu)類型、性質(zhì)、

間距有關(guān)。

－位錯密度（2）位錯源開動阻力結(jié)點(diǎn)釘扎彎曲擴(kuò)展放位錯環(huán)發(fā)生位錯增殖運(yùn)動702.晶粒大小的影響—細(xì)晶強(qiáng)化因?yàn)椋核苄宰冃蔚幕茩C(jī)構(gòu)在位錯運(yùn)動時要克服晶界阻力。臨界切應(yīng)力如用拉應(yīng)力：位錯在基體金屬中的運(yùn)動阻力；：決定于晶體結(jié)構(gòu)的常數(shù)；：晶粒直徑霍爾-派奇（Hall-Petch)公式體心立方金屬的Ks高，細(xì)晶強(qiáng)化效果最好。細(xì)晶強(qiáng)化不僅可以提高強(qiáng)度，還可提高塑性和韌性。712.晶粒大小的影響—細(xì)晶強(qiáng)化臨界切應(yīng)力如用拉應(yīng)力：位錯在基714.第二相的影響第二相：組成合金的各元素間發(fā)生相互作用，形成不同與基體的新相。第二相來源（1）冶煉；（2）粉末冶金；（3）合金化后熱處理。第二相分類（1）有害（2）有益第二相強(qiáng)化：（