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第五章金屬材料的塑性變形

§5–1單晶體的塑性變形一、滑移是單晶體塑性變形的主要形式

1.滑移：在切應力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象?！翊司娣Q滑移面，此晶向稱滑移方向，通常是晶體中原子排列最緊密的晶面和晶向?！裨诨泼婕盎品较蛏系那袘_到一定大?。ㄅR界值），滑移就開始進行。

●在晶體表面形成的滑移小臺階稱滑移線,很多滑移線構(gòu)成的大臺階就是滑移帶,如后頁圖所示。

單晶體在切應力作用下的塑性變形2滑移帶的顯微照片與示意圖32.滑移的特征⑴滑移總是沿晶體中的滑移面和滑移方向進行。一個滑移面加上此面上的一個滑移方向合稱一個滑移系。

Bcc,fcc和hcp的滑移系如下表所示?；葡档臄?shù)目越多，一個滑移面上的滑移方向越多，則晶體的塑性越好。故金屬材料中fcc的塑性最好，bcc次之，hcp最差。4⑵滑移總是在切應力的作用下進行56⑶晶體在滑移時發(fā)生轉(zhuǎn)動單晶體拉伸時，外力總是可以分解為垂直于滑移面的分正應力和沿滑移方向的分切應力。滑移開始后，滑移面上下的分正應力組成一力偶，使滑移面轉(zhuǎn)向與外力平行的方向；而滑移面上下的分切應力組成的力偶則使滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應力的方向。所以單晶體在滑移時，起其取向因子在不斷變化，滑移會變得越來越容易或越來越困難，這樣的現(xiàn)象就稱為幾何軟化或幾何硬化。7二、滑移的本質(zhì)

1.實際金屬滑移所需的切應力比理論值低幾個數(shù)量級，如：

金屬滑移理論切應力滑移實測切應力

Cu6272MPa0.98MPa

Ag4410MPa0.588Mpa

Zn4704Mpa0.921Mpa

2.研究表明：

⑴

滑移是通過位錯運動進行的。實際金屬滑移時,并不是整個晶體上半部的原子相對于下半部一起位移，而僅需位錯中心附近的極少量的原子在切應力作用下作微量的位移即可，所以它所需要的臨界切應力便遠遠小于整體剛性滑移。8⑵滑移時又會產(chǎn)生大量新的位錯，即位錯增殖。

CD是晶體中的某滑移面上的一條位錯線，C、D是不同位錯線的二個交點。因相交于一點的各位錯線在滑移時不能一致行動，C、D即成為固定的結(jié)點不能運動。在外力作用下，位錯線CD就依次發(fā)生下列變化，最終形成一條位錯線段和一個位錯環(huán)。外力繼續(xù)作用使此過程不斷重復，產(chǎn)生大量的位錯環(huán)并移出晶體──Frank-Read位錯增殖機制。3.任何阻礙位錯運動的因素都使滑移的阻力增大，增加塑性變形的難度，就可以提高金屬材料的強度。

這就是強化金屬的基本原理Frank-Read位錯源示意圖9三、塑性變形的另一種方式──孿生

1.孿晶：在切應力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)相對另一部分發(fā)生切變，形成對稱的晶格排列，此對稱的兩部分晶體稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生。

2.孿生發(fā)生的條件:●當外力在孿生方向的分切應力達到孿生臨界分切應力時,即發(fā)生孿生?！駥\生臨界分切應力大于滑移臨界分切應力，在滑移很難進行時，才發(fā)生孿生。

3.孿生有利于產(chǎn)生新的滑移,孿生和滑移交替進行,可提高難變形材料的變形能力。單晶體在切應力作用下的塑性變形10§5–2多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點

多晶體受外力作用時，各晶粒的滑移系上均受到分切應力的作用，但

1。各晶粒的滑移系所受分切應力的大小不一，達到臨界值的先后不一，故變形不均勻。

2。因晶界及晶粒取向的影響，變形更困難。

二、細晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能

1。晶粒越細，則晶界越多，位錯運動更困難，強度就越高。

Hall-Petch公式：σs=σ0

+Kd

–1/2

2。晶粒越細，變形分散，應力集中小，裂紋不易產(chǎn)生和發(fā)展，塑性和韌性就越好。

11三、塑性變形對金屬組織性能的影響

1。對組織結(jié)構(gòu)的影響

⑴產(chǎn)生纖維組織

晶粒及夾雜物沿變形方向伸長及分布，使縱向力學性能大于橫向。

⑵亞結(jié)構(gòu)細化

因塑性變形時的位錯運動、增殖和其間復雜的交互作用，位錯密度增加，產(chǎn)生位錯纏結(jié)，使晶粒碎化成更小的亞晶粒。

122。對力學性能的影響⑴加工硬化：塑性變形使金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。原因：塑性變形使位錯密度增大，晶粒碎化，晶格嚴重畸變，位錯運動越來越困難。加工硬化也稱位錯強化。應用：●提高金屬強度。

●使冷變形產(chǎn)品得到均勻的變形。⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應力，易變形開裂，且耐蝕性下降。13

§5–3塑性變形后金屬在加熱時的變化一、塑性變形后金屬的狀態(tài)

塑性變形后金屬加工硬化且有內(nèi)應力殘留，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。加熱促使原子運動，使以下轉(zhuǎn)變得以進行。二、塑性變形后金屬加熱時的組織性能變化按加熱溫度的不同，可分為三個階段：1?；貜碗A段：在再結(jié)晶溫度（T再）以下的溫度。只發(fā)生晶格內(nèi)部的變化，變形晶粒外形不變，加工硬化保留，但內(nèi)應力下降。應用：去應力退火，用于去除冷塑性變形后的殘留應力。2。再結(jié)晶階段：在再結(jié)晶溫度（T再）以上的溫度。逐漸形成與原始變形晶粒晶格相同的等軸晶粒，加工硬化、內(nèi)應力完全消除。應用：再結(jié)晶退火，用于冷壓力加工中的中間退火。3。晶粒長大階段：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱。晶粒不均勻異常長大，使力學性能惡化，應當避免。14三、金屬熱加工的作用1。熱加工的概念●在再結(jié)晶溫度（T再）以下的加工變形稱為冷加工，形成纖維組織,冷加工變形產(chǎn)生加工硬化和內(nèi)應力?！裨谠俳Y(jié)晶溫度（T再）以上的加工變形稱為熱加工，熱加工變形時同時發(fā)生再結(jié)晶，形成等軸晶粒，加工硬化和內(nèi)應力會隨即消除。2。金屬熱加工（鍛造）的作用●消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷（晶粒粗大、不致密等）。●非金屬夾雜物沿變形方向伸長，形成熱加工流線。當流線與零件承受的主要應力方向一致時，可提高零件的壽命。15§5–4強化金屬的基本原理和方法一、基本原理

阻礙位錯運動，使滑移困難，金屬得到強化。二、主要方法1。細晶強化：晶界阻