材料科學(xué)基礎(chǔ)——塑性變形

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1、材 料 科 學(xué) 基 礎(chǔ)Fundamental of the materials science第 六 章金 屬 的 塑 性 變 形Plastic deformation of the metal materials 6.1 金 屬 變 形 的 三 個(gè) 階 段6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形 6.4 合 金 的 塑 性 變 形6.5 塑 性 變 形 對(duì) 組 織 與 性 能 的 影 響 章 節(jié) 內(nèi) 容 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣 彈 性 變 形Elastic deformation 6.1.16.1 金 屬 變 形 的 三 個(gè) 階 段 低 碳

2、 鋼 拉 伸 曲 線 的 4個(gè) 階 段 、 3個(gè) 特 征 點(diǎn) Pesb ABC C D EO OB： 彈 性 階 段 （ 卸 載 可 逆 ）A： 比 例 極 限 PB： 彈 性 極 限 eBC： 屈 服 階 段（ 出 現(xiàn) 塑 性 變 形 ）（ 兩 者 很 接 近 ） =E =EE=tan C： 屈 服 極 限 s CD:強(qiáng) 化 階 段D： 強(qiáng) 度 極 限 b DE： 縮 頸 階 段（ 局 部 收 縮 階 段 ） 0p et e:彈 性 應(yīng) 變 ， p:塑 性 應(yīng) 變 （ 不 可 逆 的 殘 余 應(yīng) 變 ） Pesb ABC C D EO =E 屈 服 極 限 提 高 ：冷 作 硬 化， 在 C

3、D段 內(nèi) 卸 載 曲 線 為 彈 性 直 線E： 斷 裂 點(diǎn) e eP試 件 在 彈 性 極 限 (Elastic limit)范 圍 內(nèi) 的 變形 將 完 全 恢 復(fù) 到 原 來(lái) 的 形 狀 。彈 性 變 形Elastic deformation 6.1.1 ePP對(duì) 超 過(guò) 彈 性 極 限 載 荷 的 金 屬 金 屬 試 件 卸 載 ，卸 載 曲 線 近 似 于 彈 性 曲 線 。 e 彈 性 變 形Elastic deformation 6.1.1 彈 性 變 形Elastic deformation彈 性 變 形(Elastic deformation)金 屬 的 晶 格 結(jié) 構(gòu) 在

4、外 力 作用 下 產(chǎn) 生 的 彈 性 畸 變 。 6.1.1 彈 性 變 形 階 段 應(yīng) 力 與 應(yīng) 變 呈 線 性 關(guān) 系 ， 服從 虎 克 定 律 。其 中 金 屬 的 變 形 特 性Characteristics of metal deformation GE切 應(yīng) 力 下 ：正 應(yīng) 力 下 ：E正 變 彈 性 模 量G切 變 彈 性 模 量表 征 金 屬 材 料 對(duì) 彈 性 變 形 的 抗 力 。 6.1.1 滯 彈 性 彈 性 變 形Elastic deformation現(xiàn) 象 ： 彈 性 范 圍內(nèi) 加 載 或 去 載 ，非 瞬 時(shí) 達(dá) 到 ， 通過(guò) 一 種 馳 豫 過(guò) 程來(lái) 完 成

5、 。 6.1.1 重 要 效 應(yīng) ： 內(nèi) 耗應(yīng) 力 -應(yīng) 變 關(guān) 系 的 不可 逆 性 導(dǎo) 致 損 耗 。即 ： 材 料 發(fā) 生 循 環(huán)應(yīng) 力 -彈 性 應(yīng) 變 過(guò) 程中 ， 要 消 耗 能 量（ 主 要 轉(zhuǎn) 換 成 熱 能而 散 失 掉 ） 的 現(xiàn) 象 。面 積 =內(nèi) 耗 彈 性 變 形Elastic deformation 6.1.1 彈 性 變 形Elastic deformation現(xiàn) 象 ： 一 根 固 溶 有 少 量 碳 的 純 鐵 絲 ， 使 其 扭 擺 ，即 使 完 全 消 除 裝 置 的 各 種 阻 力 其 擺 動(dòng) 振 幅 也 會(huì)逐 漸 減 小 ， 并 最 終 停 止 下 來(lái)

6、 。 該 過(guò) 程 中 ， 開(kāi) 始存 儲(chǔ) 于 鐵 絲 中 的 彈 性 能 在 扭 擺 過(guò) 程 中 被 不 斷 消耗 掉 了 。 能 量 消 耗 于 材 料 的 內(nèi) 部 ， 這 就 是 內(nèi) 耗現(xiàn) 象 。 （ 葛 氏 擺 內(nèi) 耗 實(shí) 驗(yàn) ） 6.1.1 彈 性 變 形Elastic deformation實(shí) 際 ：發(fā) 條 鐘 表 ： 希 望 彈 簧 本 身 的 內(nèi) 耗 越 低 越 好 。機(jī) 床 底 座 ： 采 用 灰 口 鑄 鐵 ， 因 為 灰 口 鑄 鐵 屬 于高 內(nèi) 耗 材 料 ， 可 以 將 震 動(dòng) 能 量 盡 量 多 的 轉(zhuǎn) 換 消耗 掉 ， 達(dá) 到 降 噪 效 果 。 6.1.1 金 屬

7、在 外 力 作 用 下 發(fā) 生 不 可 恢 復(fù) 的 變 形 而 保 持 其 完整 性 不 被 破 壞 的 性 質(zhì) 稱(chēng) 為 金 屬 的 塑 性 (Plasticity)。塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 e ePP試 件 變 形 達(dá) 到 其 彈 性 極 限 后 ， 如 果 繼續(xù) 加 載 ， 將 發(fā) 生 不 可 恢 復(fù) 的 變 形 ， 稱(chēng)為 塑 性 變 形 (Plastic deformation)。塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 ePP試 件 完 全 卸 載 后 ， 殘 留 部 分 不 可 恢 復(fù) 的變 形 P， 即 塑 性 變

8、形 。 ep塑 性 變 形 塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 衡 量 金 屬 材 料 塑 性 好 壞 的 數(shù) 量 指 標(biāo) ， 稱(chēng) 為 塑性 指 標(biāo) ， 一 般 以 材 料 開(kāi) 始 破 壞 時(shí) 的 塑 性 變 形量 來(lái) 表 示 。測(cè) 定 塑 性指 標(biāo) 的 實(shí)驗(yàn) 方 法 拉 伸 實(shí) 驗(yàn) 鐓 粗 實(shí) 驗(yàn) 扭 轉(zhuǎn) 實(shí) 驗(yàn)塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 電 子 拉 伸 試 驗(yàn) 機(jī)0L 0d標(biāo) 準(zhǔn) 試 件試 件 斷 口 塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 拉 伸 試 驗(yàn) 后 可 確 定 以 下 強(qiáng) 性 指 標(biāo)

9、： 抗 拉 強(qiáng) 度b 條 件 屈 服 強(qiáng) 度 屈 服 強(qiáng) 度或 /2.0s 塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 Pesb ABC C D EO OB： 彈 性 階 段 （ 卸 載 可 逆 ）A： 比 例 極 限 PB： 彈 性 極 限 eBC： 屈 服 階 段（ 出 現(xiàn) 塑 性 變 形 ）（ 兩 者 很 接 近 ） =E =EE=tan C： 屈 服 極 限 s CD:強(qiáng) 化 階 段 D： 強(qiáng) 度 極 限 b 拉 伸 試 驗(yàn) 后 可 確 定 以 下 塑 性 指 標(biāo) ： (1) 伸 長(zhǎng) 率 K 00 100L LL (2) 斷 面 收 縮 率 0 K0 100A A

10、A (Elongation percentage)(Reduction of area)塑 性 材 料 5%脆 性 材 料 5%塑 性 性 能 與 之 成 正 比塑 性 變 形Plastic deformation 6.1.2 斷 裂 的 基 本 類(lèi) 型1） 根 據(jù) 斷 裂 前 塑 性 變 形 大 小 分 類(lèi) 脆 性 斷 裂 ； 韌 性 斷 裂斷 裂 （ fracture） 6.1.32） 根 據(jù) 斷 裂 面 的 取 向 分 類(lèi) 正 斷 ； 切 斷3） 根 據(jù) 裂 紋 擴(kuò) 展 的 途 徑 分 類(lèi) 穿 晶 斷 裂 ； 沿 晶 斷 裂 ；4） 根 據(jù) 斷 裂 機(jī) 理 分 類(lèi) 解 理 斷 裂 ， 微

11、 孔 聚 集 型 斷 裂 ； 純 剪 切 斷 裂 斷 裂 （ fracture）斷 裂 形 式微 孔 聚 集 型 斷 裂（ 塑 性 ） 斷 裂 （ fracture）微 孔 聚 集 型 斷 裂 夾 雜 物 、 第 二 相 粒 子 的 作 用 斷 裂 （ fracture） 解 理 斷 裂 （ 脆 性 ）以 極 快 速 率 沿 一 定 晶 體 學(xué) 平 面 ， 產(chǎn) 生 的 穿 晶 斷 裂 。解 理 面 一 般 是 指 低 指 數(shù) 晶 面 或 表 面 能 量 低 的 晶 面 。fcc金 屬 一 般 不 發(fā) 生 解 理 斷 裂 。解 理 斷 裂 總 是 脆 性 斷 裂 。 斷 裂 （ fracture

12、）沿 晶 斷 裂 ca bd 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線碳鋼標(biāo)準(zhǔn)試樣 內(nèi) 容 回 顧 工 程 上 常 用 一 次 擺 錘 沖 擊 彎 曲 試 驗(yàn) 來(lái) 測(cè) 定 材 料 抵抗 沖 擊 載 荷 的 能 力 ， 即 測(cè) 定 沖 擊 載 荷 試 樣 被 折 斷 而 消耗 的 沖 擊 功 Ak， 單 位 為 焦 耳 （ J） 。 而 用 試 樣 缺 口 處 的 截 面 積 F去 除 Ak， 可 得 到 材 料的 沖 擊 韌 度 （ 沖 擊 值 ） 指 標(biāo) ， 即 ak=Ak/F， 其 單 位 為kJ/m 2或 J/cm2。 沖 擊 功 Ak 沖 擊 韌 性 ak 20世 紀(jì) 30-40年 代 ， 碳 鋼 ，

13、 工 程 結(jié) 構(gòu) 和 部 件1.斷 裂 都 發(fā) 生 在 很 低 的 應(yīng) 力 下2.斷 裂 往 往 發(fā) 生 在 嚴(yán) 寒 的 冬 天3.都 是 大 型 焊 接 件4.都 是 脆 性 斷 裂 斷 裂 （ fracture）實(shí) 際 中 ， 部 件 斷 裂 時(shí) ， 所 承 受 的 外 力 往 往 遠(yuǎn) 低 于 材料 的 屈 服 強(qiáng) 度 或 彈 性 極 限 。即 使 是 “ 塑 性 ” 材 料 ， 斷 裂 前 也 沒(méi) 有 明 顯 的 塑 性 變形 。 20世 紀(jì) 60年 代提 高 了 鋼 種 的 屈 服 強(qiáng) 度 高 強(qiáng) 鋼然 而 斷 裂 事 故 反 而 增 多 了 ， 低 應(yīng) 力 下 發(fā) 生 斷 裂（ 只

14、有 屈 服 強(qiáng) 度 的 一 半 ） 斷 裂 力 學(xué)斷 裂 （ fracture）原 因 ：1.低 溫 下 特 別 脆 ， 對(duì) 缺 陷 十 分 敏 感2.焊 縫 質(zhì) 量 有 問(wèn) 題 ， 本 身 成 了 缺 陷 斷 裂 （ fracture）理 論 斷 裂 強(qiáng) 度 斷 裂 （ fracture） thaE max 10/01.0E Eath 彈 性 模 量 比 表 面 能E 斷 裂 （ fracture）MPaMPa mNPaEnma 7007000 /1103.0max 10強(qiáng) 度 卻 不 到然 而 ， 普 通 玻 璃 的 斷 裂 ，例 ： 對(duì) 許 多 固 體 ： 斷 裂 （ fracture）

15、Griffith理 論 與 斷 裂 韌 性材 料 中 本 身 存 在 有 裂 紋 ： 結(jié) 晶 中 的 熱 應(yīng) 力 所 致 ；應(yīng) 力 集 中 所 致 ； 焊 接 裂 紋 ； 燒 結(jié) 裂 紋 等 等 。實(shí) 際 強(qiáng) 度 不 是 兩 相 鄰 原 子 面 的 分 離 應(yīng) 力 ， 而 是 現(xiàn)成 微 裂 紋 的 擴(kuò) 展 應(yīng) 力 。 斷 裂 （ fracture）Griffith理 論 與 斷 裂 韌 性 21)( 12 cE sf 21)2( cE sf 斷 裂 （ fracture）Griffith理 論 與 斷 裂 韌 性 21)( cE sf aEth fth Orowan修 正 21)8)(2( a

16、cE s 斷 裂 （ fracture）裂 紋 的 萌 生微 裂 紋 優(yōu) 先 在微 小 的 氧 化 物 、碳 化 物 等 顆 粒上 形 成 。 斷 裂 （ fracture）裂 紋 的 萌 生 斷 裂 （ fracture）裂 紋 的 萌 生 斷 裂 （ fracture）影 響 材 料 斷 裂 的 因 素內(nèi) 因 ：晶 體 結(jié) 構(gòu) ： fcc塑 性 好 、 bcc、 hcp塑 性 差成 分 和 組 織 ： 金 屬 越 純 ， 塑 性 越 好晶 粒 度 ： 晶 粒 細(xì) 小 ， 強(qiáng) 度 、 塑 韌 性 均 好外 因 ：溫 度 ： 低 溫 易 脆 斷應(yīng) 力 狀 態(tài) 和 裂 紋 ： 微 裂 紋 大 ，

17、 拉 應(yīng) 力 狀 態(tài) ， 易 脆 斷應(yīng) 變 速 率 ： 應(yīng) 變 速 率 大 ， 易 發(fā) 生 脆 性 斷 裂 滑 移(Slip) 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals孿 生 (Twin) 扭 折 (Kink) 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.26.2.2 滑 移 (Slip)Plastic deformation of single crystals滑 移 ： 外 力 作 用 下 晶 體 的 一 部

18、分 相 對(duì) 于 另 一 部 分沿 一 定 晶 面 和 晶 向 發(fā) 生 滑 動(dòng) 位 移 ， 且 不 破 壞 晶 體內(nèi) 部 原 子 排 列 規(guī) 律 性 的 塑 性 變 形 機(jī) 制 。 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2？ 滑 移 發(fā) 生 在 晶 體 中 的 什 么 位 置 ？ 滑 移 過(guò) 后 會(huì) 在 晶 體 上 產(chǎn) 生 什 么 樣 的 現(xiàn) 象 ？ 啟 動(dòng) 滑 移 需 要 多 大 的 外 力 ？ 滑 移 過(guò) 程 中 會(huì) 出 現(xiàn) 哪 些 附 加 現(xiàn) 象 ？Plastic deform

19、ation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.21. 滑 移 系 (Slip system)滑 移 發(fā) 生 的 晶 面 稱(chēng) 為 滑 移 面 (slip plane)， 滑 移 發(fā) 生的 晶 向 稱(chēng) 為 滑 移 方 向 (slip direction)， 滑 移 面 和 滑 移方 向 合 稱(chēng) 為 滑 移 系 。Plastic deformation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2滑移系 Plastic deformation of single crystals滑 移 面 滑 移 方 向 滑 移 系fcc 11

20、1 4 3=12bcc 低 溫 112 12 3=12中 溫 110 6 2=12高 溫 123 24 1=24hcp c/a1.633 (0001) 1 3=3c/a 1.633 1010 1 3=31011 2 3=6余 永 寧 ， 金 屬 學(xué) 原 理 ， 冶 金 工 業(yè) 出 版 社 ， 2000 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2滑 移 面 密 排 面 ， 滑 移 方 向 密 排 方 向?yàn)?什 么 面 心 立 方 晶 體 的 滑 移 比 體 心 和 密 排 六 方 晶體 的 滑 移 更 容 易 ？Plastic deformation of single crystals 單 晶 體

21、 的 塑 性 變 形 6.22. 滑 移 帶 與 滑 移 線 (Slip band and Slip line)Plastic deformation of single crystalsAl單晶 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2滑 移 線Slip linePlastic deformation of single crystals滑 移 帶Slip band 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals3. 臨 界 分 切 應(yīng) 力(Critical resolving shear stress) 單 晶 體 的 塑

22、性 變 形 6.2 臨 界 分 切 應(yīng) 力(Critical resolving shear stress) F N F 滑 移 方 向 滑 移 面 法 向 A/cos coscoscos/cos AFAF圓 柱 的 底 面 積 為 AF與 滑 移 面 法 向 夾 角 為 ； F與 滑 移 方 向 夾 角 為 Plastic deformation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2F N F 滑 移 方 向 滑 移 面 法 向 A/cos coscos sk coscos ks Plastic deformation of single crysta

23、ls把 滑 移 系 開(kāi) 動(dòng) 所 需 要 的 最小 分 切 應(yīng) 力 稱(chēng) 為 臨 界 分 切應(yīng) 力 （ CRSS） 。 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2 coscos 稱(chēng) 為 取 向 因 子 ，或 Schmid因 子 。Plastic deformation of single crystals高 純 鋅單 晶 的屈 服 強(qiáng)度 與 取向 因 子的 關(guān) 系屈服強(qiáng)度 取 向 因 子 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals軟 取 向硬 取 向 硬 取 向試 件 斷 口 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.24. 滑 移 時(shí)

24、 晶 體 的 轉(zhuǎn) 動(dòng)Plastic deformation of single crystals拉 伸滑 移 方 向/拉 伸 軸 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2滑 移 時(shí) 晶 體 的 轉(zhuǎn) 動(dòng)Plastic deformation of single crystals壓 縮 滑 移 面 壓 縮 軸 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2？ 滑 移 發(fā) 生 在 晶 體 中 的 什 么 位 置 ？滑 移 發(fā) 生 在 固 定 的 滑 移 系 上 。？ 滑 移 過(guò) 后 會(huì) 在 晶 體 上 產(chǎn) 生 什 么 樣 的 現(xiàn) 象

25、？試 樣 表 面 會(huì) 產(chǎn) 生 滑 移 線 和 滑 移 帶 。？ 啟 動(dòng) 滑 移 需 要 多 大 的 外 力 ？ 滑 移 過(guò) 程 中 會(huì) 出 現(xiàn) 哪 些 附 加 現(xiàn) 象 ？晶 體 會(huì) 發(fā) 生 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 coscos sk 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals補(bǔ) 充 ： 多 滑 移 和 交 滑 移 (Polyslip and Cross-slip)當(dāng) 外 力 的 取 向 使 2個(gè) 或 多個(gè) 滑 移 系 上 的

26、 分 切 應(yīng) 力 均達(dá) 到 臨 界 分 切 應(yīng) 力 值 時(shí) ，這 些 滑 移 系 可 以 同 時(shí) 開(kāi) 動(dòng)而 發(fā) 生 多 系 滑 移 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals幾 何 硬 化 ： 如 果 晶 體 滑 移 面 原 來(lái) 處 于 其 法 線與 外 力 軸 夾 角 接 近 45的 位 向 ， 經(jīng) 滑 移 和 轉(zhuǎn)動(dòng) 后 ， 就 會(huì) 轉(zhuǎn) 到 此 夾 角 越 來(lái) 越 遠(yuǎn) 離 45的 位向 ， 從 而 使 滑 移 變 得 越 來(lái) 越 困 難 。 幾 何 軟 化 ： 經(jīng) 滑 移 和 轉(zhuǎn) 動(dòng) 后 ， 一 些 原 來(lái) 角 度遠(yuǎn)

27、 離 45的 晶 面 將 轉(zhuǎn) 到 接 近 45， 使 滑 移 變得 容 易 進(jìn) 行 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 111 101 cos cos101P B POBP AC DOP POB111 101 111 011 cos cos111 011 111 011 P112op op 與 最 大向 方 向 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，達(dá) 線 ， 共 軛 滑 移 系 相 等新 開(kāi) 動(dòng) 要 與 第 一 個(gè) 交 割 ， 阻 力 大 達(dá) P新 開(kāi) 動(dòng) ,達(dá) P點(diǎn) ， P兩 個(gè) 滑 移 系 交 替 動(dòng) 作 ， 達(dá) 停 止 6.2 單

28、 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals以 面 心 立 方 為 例 討 論 多 滑 移 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals開(kāi) 動(dòng) 的 具 體 滑 移 系 及 數(shù) 目 與 力 軸 的 關(guān) 系 ：三 角 形 內(nèi) ： 1個(gè) ； 邊 上 ： 2個(gè) ； 2次 軸 上 ： 4個(gè) ；三 次 軸 上 ： 6個(gè) ； 4次 軸 上 ： 8個(gè) 6.2 單 晶

29、體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals發(fā) 生 多 系 滑 移 時(shí) ， 在 拋 光 表 面 看 到 不 止 一 組 的 滑移 線 ， 而 是 兩 組 或 多 組 交 叉 的 滑 移 線 。 由 于 多 個(gè)滑 移 系 開(kāi) 動(dòng) ， 位 錯(cuò) 交 截 產(chǎn) 生 割 階 及 位 錯(cuò) 帶 著 割 階運(yùn) 動(dòng) 等 原 因 使 位 錯(cuò) 運(yùn) 動(dòng) 阻 力 增 加 ， 因 而 強(qiáng) 度 增 大 。6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals交 滑 移 (Cross-slip)： 兩 個(gè) 或 多

30、個(gè) 滑 移 面 共 同按 1個(gè) 滑 移 方 向 滑 移 稱(chēng) 交 滑 移 。交 滑 移 不 是 幾 個(gè) 面 “ 同 時(shí) ” ， 而 是 “ 順 序 ”滑 移 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 課 堂 練 習(xí)方 向 的 滑 移 呢 ？面 產(chǎn) 生使 力 ？方 向 上 應(yīng) 該 施 加 多 大 的 方 向 的 滑 移 ， 則 在面 產(chǎn) 生求 ： 使已 知 純 鋁 110)111( 001101)111( MPa79.0.1 c MPa94.1223379.0coscos 222 100cos333 100cos

31、 cs ， 課 堂 練 習(xí)2.面 心 立 方 單 晶 以 131為 力 軸 ， 進(jìn) 行 拉 伸 。 當(dāng) 拉 應(yīng)力 為 10MPa的 時(shí) 候 ，確 定 (111)0-11， (111)10-1， (111)1-10滑 移 系 上的 分 切 應(yīng) 力 。 MPa7.3112233335100 MPa7.311223333510321 作 業(yè) ： 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals6.2.5 孿 生 (twinning)孿 生 ： 在 切 應(yīng) 力 作 用 下 ， 晶 體 的 一 部 分 相 對(duì) 于 另 一 部分 沿 一 定 晶 面

32、 和 晶 向 產(chǎn) 生 一 定 角 度 的 均 勻 切 變 過(guò) 程 。6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 孿 生 (twinning)研 究 意 義 ： 形 變 的 另 一 種 機(jī) 制 ， HCP金 屬 中 尤 其 重 要現(xiàn) 象 ： 產(chǎn) 生 孿 晶 對(duì) 稱(chēng)特 點(diǎn) ： 原 子 排 列 以 某 一 晶 面 成 鏡 面 對(duì) 稱(chēng)形 成 過(guò) 程 ： 形 變 、 晶 體 生 長(zhǎng) 、 退 火 及 相 變形 變 孿 晶 、 生 長(zhǎng) 孿 晶 、 退 火 孿 晶 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformatio

33、n of single crystals孿 生 (twinning)宏 觀 外 形 看 不 出 孿 生 或 對(duì) 稱(chēng) 關(guān) 系微 觀 原 子 排 列 顯 示 出 孿 生 關(guān) 系 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals孿 生 往 往 在 滑 移 困 難 時(shí) 出 現(xiàn) ，六 方 晶 系 的 滑 移 系

34、 很 少 ， 所以 容 易 出 現(xiàn) 孿 晶 ； 又 因 六 方晶 系 的 孿 生 應(yīng) 變 比 較 低 ， 孿生 引 起 的 應(yīng) 變 能 和 應(yīng) 變 的 平方 成 正 比 ， 所 以 六 方 晶 系 孿生 比 較 容 易 。 常 見(jiàn) 的 孿 生 面 是 10-126.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 孿 生 形 核 長(zhǎng) 大 (滑 移 位 錯(cuò) 源 開(kāi) 動(dòng) )“形 核 ” 極 快 速 度 爆 發(fā) 出 薄 片 攣 晶 ， 常 在 高 應(yīng) 力 集中 處 形 核 ， 出 現(xiàn) 孿 生 時(shí) 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 有 突 然 下

35、降 的現(xiàn) 象 ?！?長(zhǎng) 大 ” 薄 片 沿 孿 晶 界 面 擴(kuò) 展 開(kāi) ， 使 孿 晶 加 寬孿 生 激 發(fā) 晶 體 進(jìn) 一 步 滑 移對(duì) h.c.p晶 體 很 重 要 ， 改 變 晶 體 取 向硬 軟 軟 硬 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 孿 生 的 一 般 特 點(diǎn) ：1. 出 現(xiàn) 的 頻 率 和 尺 寸 取 決 于 晶 體 結(jié) 構(gòu) 和 層 錯(cuò) 能 的 大小 。 2. 常 在 高 應(yīng) 力 集 中 處 形 核 ， 出 現(xiàn) 孿 生 時(shí) 應(yīng) 力 -應(yīng) 變曲 線 有 突 然 下 降 。 3. 根 據(jù) 孿 晶 幾 何

36、 的 分 析 ， 孿 生 區(qū) 域 應(yīng) 由 2個(gè) 與 基 體共 格 的 孿 晶 面 為 邊 界 。 4. 由 孿 生 提 供 的 形 變 量 是 很 小 的 ， 特 別 是 在 六 方 結(jié)構(gòu) 晶 體 中 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals體 心 立 方 晶 體 ： 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals鋅 鎂由 孿 生 提 供 的 形 變 量 是 很 小 的 ，特 別 是 在 六 方 結(jié) 構(gòu) 晶 體 中 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性

37、 變 形Plastic deformation of single crystals滑 移 與 孿 生 的 差 別 ：1. 滑 移 使 滑 移 面 兩 側(cè) 相 對(duì) 滑 移 一 個(gè) 完 整 的 平 移 矢 量（ 柏 氏 矢 量 ） ， 而 孿 生 則 在 孿 晶 內(nèi) 所 有 的 面 都 滑 動(dòng) ，滑 動(dòng) 的 距 離 并 非 是 完 整 的 平 移 矢 量 ， 每 個(gè) 面 的 滑 移量 和 距 孿 生 面 的 距 離 成 正 比 。2. 滑 移 后 整 個(gè) 晶 體 的 位 向 沒(méi) 有 改 變 ， 而 孿 生 則 使 孿晶 部 分 的 位 向 與 基 體 成 對(duì) 稱(chēng) 。3. 滑 移 使 表 面 出

38、現(xiàn) 臺(tái) 階 （ 滑 移 線 ） ， 表 面 重 新 拋 光后 ， 滑 移 線 消 失 ； 孿 生 則 使 表 面 出 現(xiàn) 浮 凸 ， 重 新 拋光 并 侵 蝕 后 仍 能 看 到 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals3. 扭 折 (kink) 6

39、.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 滑 移(Slip) 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals孿 生 (Twin) 扭 折 (Kink) 單 晶 體 的 塑 性 變 形 6.2Plastic deformation of single crystals 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals補(bǔ) 充 ： 單 晶 體 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 (stress-stra

40、in curve)加 工 硬 化 ： 材 料 加 工 時(shí) 強(qiáng) 度 和 硬 度 隨 應(yīng) 變 加 大 而增 加 的 現(xiàn) 象 。應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 ： 是 定 量 描 述 加 工 硬 化 性 質(zhì) 的 依 據(jù) 。6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals單 晶 體 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 (stress-strain curve)前 提 ： 初 始 取 向 下 只有 1個(gè) 滑 移 系 開(kāi) 動(dòng) 。f.c.c.， b.c.c.三 個(gè) 階 段h.c.p.兩 個(gè) 階 段 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic d

41、eformation of single crystalsI階 段 易 滑 移 階 段 切 應(yīng) 力 大 量 塑 變硬 化 系 數(shù) 很 小10-4G一 個(gè) 滑 移 系 的 開(kāi) 動(dòng)滑 移 線 均 勻 分 布 ，間 距 小 dd 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystalsII階 段 線 性 硬 化 階 段 切 應(yīng) 力 30倍第 二 滑 移 系 開(kāi) 動(dòng)與 第 一 交 割 短 、 點(diǎn) 線 狀 滑 移 帶dddd與 試 樣 相 對(duì) 于 力 軸 的 取 向 、 溫 度 甚 至 合 金 度 等 關(guān) 系 不 大 。 6.2 單 晶 體 的

42、塑 性 變 形Plastic deformation of single crystalsIII階 段 拋 物 線 硬 化 階 段 切 應(yīng) 力 拋 物 線 關(guān) 系 kq沖 破 了 位 錯(cuò) 交割 的 障 礙dd在 應(yīng) 變 0.3-0.5處 開(kāi) 始 ， 與 試 驗(yàn) 溫 度 有 關(guān) 。 6.2 單 晶 體 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 (stress-strain curve)前 提 ： 初 始 取 向 下 只有 1個(gè) 滑 移 系 開(kāi) 動(dòng) 。f.c.c.， b.c.c.三 個(gè) 階 段h.c.p.兩 個(gè) 階 段I階 段 易 滑 移 階 段II階 段 線 性 硬 化 階 段III階 段 拋 物 線 硬

43、化 階 段單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 的 影 響 因 素 ：溫 度 低 時(shí) ， 第 III階 段 會(huì) 消 失 。金 屬 越 純 ， 第 I階 段 越 短 ， 但 I 變 化 不 大 。力 軸 相 對(duì) 于 晶 體 是 軟 取 向 時(shí) （ 單 滑 移 時(shí) ） ， 第 I階段 比 較 長(zhǎng) ， 并 且 I 較 小 ； 力 軸 為 硬 取 向 時(shí) ， I 較 大 。力 軸 取 向 對(duì) I

44、I 也 有 類(lèi) 似 影 響 ， 但 不 如 對(duì) I 的 影 響大 。 6.2 單 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of single crystals應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 的 影 響 因 素 ：形 變 溫 度 越 低 ， 第 I、 II階 段 越 長(zhǎng) ， 但 I 和 II 與 溫度 無(wú) 關(guān) 。第 III階 段 開(kāi) 始 時(shí) 的 應(yīng) 力 III對(duì) 溫 度 非 常 敏 感 ， 溫 度 越高 ， III越 小 。形 變 速 率 的 影 響 和 溫 度 的 影 響 相 反 ， 降 低 溫 度 的 影響 相 當(dāng) 于 增 加 形 變 速 率 的 影 響 。 6.2 多

45、晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.36.3.1 多 晶 體 形 變 的 特 點(diǎn) ：不 同 于 單 晶 ； 每 一 晶 粒 的取 向 “ 軟 ” 和 “ 硬 ” 不 同 ，形 變 先 后 及 形 變 量 也 不 同 。為 保 持 整 體 的 連 續(xù) 性 ， 每個(gè) 晶 粒 的 形 變 必 受 相 鄰 晶粒 所 制 約 。 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal多

46、 晶 體 塑 性 變 形 涉 及 的 兩 個(gè) 方 面 ：a. 變 形 在 晶 粒 間 的 傳 遞 L1 2 3 4 i n障礙物 刃 位 錯(cuò) 塞 積 群OP 6.3 L1 2 3 4 i n障礙物 刃 位 錯(cuò) 塞 積 群OP an 位 錯(cuò) 塞 積 作 用 于 障 礙 的 應(yīng) 力 ：位 錯(cuò) 源 與 障 礙 之 間 長(zhǎng) 度 為 L這 段 距 離 內(nèi) 塞 積 的 位 錯(cuò) 數(shù) 目 外 加 應(yīng) 力多 晶 體 的 塑 性 變 形 6.3 L1 2 3 4 i n障礙物 刃 位 錯(cuò) 塞 積 群OP r 21rL a位 錯(cuò) 塞 積 對(duì) P點(diǎn) 的 作 用 力 ：與 取 向 有 關(guān) 的 因 子 ， 接 近 于 1

47、位 錯(cuò) 在 晶 界 塞 積 應(yīng) 力 集 中 相 鄰 晶 粒 位 錯(cuò) 源 開(kāi) 動(dòng) 相 鄰 晶 粒 變 形 塑 變 6.3 （ 1） 原 因 ： 各 晶 粒 之 間 變 形 具 有 非 同 時(shí) 性 。 （ 2） 要 求 ： 各 晶 粒 之 間 變 形 相 互 協(xié) 調(diào) 。 （ 獨(dú)立 變 形 會(huì) 導(dǎo) 致 晶 體 分 裂 ） （ 3） 條 件 ： 獨(dú) 立 滑 移 系 5個(gè) 。 （ 保 證 晶 粒 形狀 的 自 由 變 化 ） 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystalb. 晶 粒 間 變 形 的 協(xié) 調(diào) 6.3 V 00 65xx yy zz x

48、y xz yzxx yy zz ， ， ， ， ， ， 塑 變 ， 個(gè) 變 量 一 個(gè) 關(guān) 系 式個(gè) 獨(dú) 立 變 量例 ： f.c.c.和 b.c.c.滑 移 系 多 ， 晶 粒 協(xié) 調(diào) 性 好 ， , h.c.p.滑 移 系 少 ， 晶 粒 協(xié) 調(diào) 性 差 ， ,多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.3 a.晶 界 的 特 點(diǎn) ： 原 子 排 列 不 規(guī) 則 ； 分 布 有 大 量 缺 陷 。b.晶 界 對(duì) 變 形 的 影 響 ： 滑 移 、 孿 生 多 終 止 于 晶 界 ,極少 穿 過(guò) 。晶 界 對(duì) 塑 性 變 形 的

49、影 響 ：多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal12s 0 Kd 6.3.2 晶 粒 大 小 對(duì) 塑 性 變 形 和 性 能 的 影 響s ： 晶 內(nèi) 阻 力 或 晶 格 摩 擦 力 K： 與 晶 格 類(lèi) 型 、 彈 性 模 量 、 位 錯(cuò) 分 布 及 位 錯(cuò) 被 釘札 程 度 有 關(guān) 的 常 數(shù) 。除 屈 服 強(qiáng) 度 外 ， 流 變 應(yīng) 力 、 斷 裂 強(qiáng) 度 等 與 晶 粒 尺寸 間 也 有 H-P關(guān) 系 ， 但 參 數(shù)

50、 的 意 義 及 數(shù) 值 不 同 。6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形 6.3晶 界 存 在 引 起 強(qiáng) 度 增 加 的 原 因 ：雙 晶 試 驗(yàn) 表 明 ： 試 樣 的 屈 服 強(qiáng) 度 隨 2個(gè) 晶 粒 取 向 差加 大 而 加 大 ， 把 取 向 差 與 強(qiáng) 度 的 關(guān) 系 外 推 到 取 向差 為 零 時(shí) ， 屈 服 強(qiáng) 度 大 體 和 單 晶 的 各 種 取 向 的 屈服 強(qiáng) 度 的 平 均 值 接 近 。 說(shuō) 明 晶 界 本 身 對(duì) 強(qiáng) 度 的 貢獻(xiàn) 不 是 主 要 的

51、， 對(duì) 強(qiáng) 度 的 貢 獻(xiàn) 主 要 來(lái) 自 晶 粒 間 的取 向 差 。因 相 鄰 晶 粒 的 取 向 不 同 ， 為 保 持 形 變 時(shí) 應(yīng) 變 連 續(xù) ，各 晶 粒 形 變 要 協(xié) 調(diào) ， 在 晶 界 附 近 會(huì) 出 現(xiàn) 多 系 滑 移 。正 是 這 些 多 系 滑 移 增 加 了 形 變 阻 力 ， 從 而 增 加 強(qiáng)度 。 多 晶 體 的 塑 性 變 形 6.3 晶 粒 越 細(xì) ， 晶 界 的 總 面 積 就 越 大 ， 每 個(gè) 晶 粒 周?chē)?不 同 位 向 的 晶 粒 越 多 ， 對(duì) 滑 移 產(chǎn) 生 的 抗 力 就 越大 ， 金 屬 的 強(qiáng) 度 就 越 高 。分 析 ： 晶 粒 越

52、細(xì) ， 單 位 體 積 中 的 晶 粒 就 越 多 ， 同 樣 的塑 性 變 形 量 可 以 分 散 在 更 多 的 晶 粒 中 發(fā) 生 ， 使 金 屬產(chǎn) 生 較 為 均 勻 的 塑 性 變 形 ， 不 致 造 成 局 部 應(yīng) 力 集 中 ，引 起 斷 裂 ， 所 以 金 屬 的 塑 性 、 韌 性 也 會(huì) 提 高 。多 晶 體 的 塑 性 變 形 6.3 晶 粒 越 細(xì) ， 裂 紋 傳 播 （ 擴(kuò) 展 ） 所消 耗 的 能 量 越 多 ， 裂 紋 在 不 同 位 向 的晶 粒 中 傳 播 越 困 難 ， 金 屬 的 斷 裂 韌 性越 好 。 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic de

53、formation of poly-crystal 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal BAlNi %1.0 3 6.3 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal6.3.3 多 晶 體 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 6.3 切 應(yīng) 力 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal多 晶 體 塑 性 變 形 涉 及 的 兩 個(gè) 方 面 ：a. 變 形 在 晶 粒 間 的 傳 遞 L1 2 3 4 i n障礙物

54、 刃 位 錯(cuò) 塞 積 群OP 6.3 L1 2 3 4 i n障礙物 刃 位 錯(cuò) 塞 積 群OP r 21rL a位 錯(cuò) 塞 積 對(duì) P點(diǎn) 的 作 用 力 ：與 取 向 有 關(guān) 的 因 子 ， 接 近 于 1位 錯(cuò) 在 晶 界 塞 積 應(yīng) 力 集 中 相 鄰 晶 粒 位 錯(cuò) 源 開(kāi) 動(dòng) 相 鄰 晶 粒 變 形 塑 變 6.3 獨(dú) 立 滑 移 系 5個(gè) 。 （ 保 證 晶 粒 形 狀 的 自 由 變 化 ）多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystalb. 晶 粒 間 變 形 的 協(xié) 調(diào) 6.3V 00 65xx yy zz xy xz yz

55、xx yy zz ， ， ， ， ， ， 塑 變 ， 個(gè) 變 量 一 個(gè) 關(guān) 系 式個(gè) 獨(dú) 立 變 量 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal12s 0 Kd 晶 粒 大 小 對(duì) 塑 性 變 形 和 性 能 的 影 響s ： 晶 內(nèi) 阻 力 或 晶 格 摩 擦 力 K： 與 晶 格 類(lèi) 型 、 彈 性 模 量 、 位 錯(cuò) 分 布 及 位 錯(cuò) 被 釘札 程 度 有 關(guān) 的 常 數(shù) 。除 屈 服 強(qiáng) 度 外 ， 流 變 應(yīng) 力 、 斷 裂 強(qiáng) 度 等 與 晶 粒 尺寸 間 也 有 H-P關(guān) 系 ， 但 參 數(shù) 的 意 義 及 數(shù) 值 不

56、 同 。6.3 Pesb ABC C D EO 多 晶 體 的 塑 性 變 形Plastic deformation of poly-crystal 6.3 合 金 的 塑 性 變 形Plastic deformation of alloys 6.41. 固 溶 體 的 塑 性 變 形 ： 溶 質(zhì) 原 子 引 起 點(diǎn) 陣 畸 變 ，并 產(chǎn) 生 應(yīng) 力 場(chǎng) 。強(qiáng) 度 極 限 、 硬 度 、 加 工 硬 化指 數(shù) 均 升 高 固 溶 強(qiáng) 化 。延 伸 率 降 低 。 合 金 的 塑 性 變 形Plastic deformation of alloys 6.42. 復(fù) 相 合 金 的 塑 性 變 形

57、 ：基 體 +第 二 相聚 合 型 分 散 分 布 型強(qiáng) 度 低 和 塑 性 高的 第 二 相 使 合 金易 于 變 形 ， 強(qiáng) 度降 低 而 塑 性 提 高 一 般 都 會(huì) 使 合 金 強(qiáng)度 提 高 ， 塑 性 下降 。 析 出 強(qiáng) 化 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.56.5.1 顯 微 組 織 與 性 能 的 變 化1. 顯 微 組 織 的 變 化 晶 粒 變 化 ： 等 軸 晶 粒 拉 長(zhǎng) 晶 粒 纖 維 組 織 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4 0.4 0.8 1.2 1.4 1.5 TDRDND 6.4 6.4 6.4

58、6.4 6.4 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4亞 結(jié) 構(gòu) (substructure)的 細(xì) 化a、 隨 著 變 形 的 增 大 ，晶 界 出 現(xiàn) 位 錯(cuò) 堆 積 。b、 隨 著 變 形 的 增大 ， 晶 粒 破 碎 成 細(xì)碎 的 亞 晶 粒 ， 位 錯(cuò)密 度 明 顯 增 大 。 6.4亞 結(jié) 構(gòu) (substructure)的 細(xì) 化 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.42. 對(duì) 性 能 的 影 響力 學(xué) 性 能強(qiáng) 度 、 硬 度 塑 性 、 韌 性 加 工 硬 化

59、利 ： 提 高 材 料 強(qiáng) 度弊 ： 增 加 變 形 抗 力 ， 不 利 于 進(jìn) 一 步 加 工 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4加 工 硬 化 指 數(shù) ：物 理 化 學(xué) 性 能 ： 導(dǎo) 電 性 降 低 ， 抗 蝕 性 降 低 。 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.41. 顯 微 組 織 的 變 化晶 粒 變 化 ： 等 軸 晶 粒 拉 長(zhǎng) 晶 粒 纖 維 組 織 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4亞 結(jié) 構(gòu) (substructure)的 細(xì) 化a、 隨 著 變 形 的 增 大 ，晶 界 出 現(xiàn) 位 錯(cuò)

60、 堆 積 。b、 隨 著 變 形 的 增大 ， 晶 粒 破 碎 成 細(xì)碎 的 亞 晶 粒 ， 位 錯(cuò)密 度 明 顯 增 大 。 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.42. 對(duì) 性 能 的 影 響力 學(xué) 性 能強(qiáng) 度 、 硬 度 塑 性 、 韌 性 加 工 硬 化利 ： 提 高 材 料 強(qiáng) 度弊 ： 增 加 變 形 抗 力 ， 不 利 于 進(jìn) 一 步 加 工 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.46.4.2 形 變 織 構(gòu) (deformation texture) 金 屬 塑

61、性 變 形 過(guò) 程 中 ， 晶 粒 的 晶 格 位向 會(huì) 沿 變 形 方 向 發(fā) 生 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 當(dāng) 金 屬 塑 性 變形 量 達(dá) 到 一 定 程 度 （ 70%90%） ， 金 屬中 的 每 個(gè) 晶 粒 的 晶 格 位 向 將 沿 變 形 方 向 趨于 一 致 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱(chēng) 為 “ 織 構(gòu) 現(xiàn) 象 ” 。 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4出 現(xiàn) 織 構(gòu) 的 原 因 ：形 變 總 是 在 取 向 有 利 的 滑 移 系 和 孿 生 系 上 發(fā)生 ， 結(jié) 果 使 得 形 變 后 晶 體 的 取 向 并 非 是 任 意的 。 隨 形 變 進(jìn) 行 ， 各 晶

62、 粒 的 取 向 會(huì) 逐 漸 轉(zhuǎn) 向某 一 個(gè) 或 多 個(gè) 穩(wěn) 定 的 取 向 ， 這 些 穩(wěn) 定 的 取 向取 決 于 金 屬 材 料 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) 及 形 變 方 式 。 晶 體 的 各 向 異 性 與 旋 轉(zhuǎn) 對(duì) 稱(chēng) 性 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4晶 體 取 向 的 描 述 晶 體 取 向 的 表 示 方 法圖 1-4 取 向 的 確 定 a. 初 始 取 向 ， b. 任 意 取 向通 常 用 晶 體 的 某 晶 面 晶 向 在 參 考 坐 標(biāo) 系 中 的排 布 方 式 來(lái) 表 達(dá) 晶 體 的 取 向 。 如 在 立 方 晶 體Oxyz參 考

63、 樣 品 坐 標(biāo) 系 中 ， 用 (hkl)uvw來(lái) 表達(dá) 某 一 晶 粒 的 取 向 。 這 種 晶 粒 的 去 向 特 征 為其 (hkl)晶 面 平 行 于 xoy面 ， uvw方 向 平 行 于x方 向 。 Examples Miller Indices TN R 001 112 111 111 110 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4織 構(gòu) （ 擇 尤 取 向 ） ： 多 晶 體 晶 粒 取 向 集 中 分布 在 某 些 取 向 附 近 的 現(xiàn) 象 。 取 向 分 布 的 描 述 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4形 變

64、織 構(gòu) 的 類(lèi) 型 ：取 決 于 形 變 金 屬 的 本 質(zhì) 及 加 工 方 式 。分 類(lèi) ：軋 制 織 構(gòu) 、 拉 拔 織 構(gòu)軋 制 織 構(gòu) 表 示 ： hkl 理 想 取 向 電 工 鋼 和 無(wú) 取 向 電 工 鋼 的 織 構(gòu) 結(jié) 構(gòu) 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.46.4.3 殘 余 應(yīng) 力 (remnant stress)金 屬 形 變 時(shí) ， 外 力 做 功的 大 部 分 以 熱 的 形 式 散掉 ， 只 有 一 小 部 分（ 10%-15%） 以 殘 余 內(nèi)應(yīng) 力 的 方 式 儲(chǔ) 存 在 形 變金 屬 中 （ 儲(chǔ) 存 能 ） ， 它隨 形 變 量 加

65、 大 而 加 大 ，但 占 形 變 總 功 的 分 數(shù) 卻隨 形 變 量 加 大 而 減 小 。 塑 性 變 形對(duì) 金 屬 組 織 與 性 能 的 影 響 6.4殘 余 應(yīng) 力 (remnant stress)第 一 類(lèi) 殘 余 應(yīng) 力 ： 1%宏 觀 內(nèi) 應(yīng) 力 ： 各 部 分 宏 觀 變 形 不 均 勻 引 起 的第 二 類(lèi) 殘 余 應(yīng) 力 ： 10%微 觀 內(nèi) 應(yīng) 力 ： 晶 粒 、 晶 塊 變 形 不 均 勻 引 起 的第 三 類(lèi) 殘 余 應(yīng) 力 ： 90%點(diǎn) 陣 畸 變 ： 幾 十 至 幾 百 nm， 缺 陷 引 起 的 第 六 章 作 業(yè)8. 力 軸 方 向 001， 處 于 軟

66、取 向 的 等 效 滑 移 系有 8個(gè) ， 取 其 中 一 個(gè) ， (111)-101 33311cos22211cos ， MPa cs 715.13322 7.0coscos 面 心 立 方 中 存 在 有 12個(gè) 滑 移 系 ， 分 別 為 ： 011)111(011)111(101)111( 011)111(110)111(110)111( 110)111(101)111(110)111( 110)111(110)111(011)111( ， ， ， ， coscoss因 此 ， 取 向 因 子 coscos最 大 的 滑 移 系最 先 啟 動(dòng) 。 經(jīng) 計(jì) 算 發(fā) 現(xiàn) ：(-111)101滑 移 系 的 取 向 因 子 最 大 ，因 此 ， 此 滑 移 系 最 先 啟 動(dòng) 。 coscoss 001 011111123 001 011111123123落 在 001-011-111三 角 形 內(nèi) ， 因 此 最先 啟 動(dòng) 的 滑 移 系 是 ： (-111)101 A BDC b1b2 A BDC b1b2AB上 產(chǎn) 生 一 小 段 位 錯(cuò) 線 ， 位 錯(cuò) 線 方 向 與 b2