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材料科学基础 西交版第八章-2_工学_高等教育_教育专区。材料科学基础 材料与化工学院 §8.4 单晶体的塑性变形 一、施密特定律 二、单滑移、多滑移和交滑移 一、施密特定律 F在那个滑移系上的分切应力存在一 临界值. 一旦达到临界值(最大),

材料科学基础 材料与化工学院 §8.4 单晶体的塑性变形 一、施密特定律 二、单滑移、多滑移和交滑移 一、施密特定律 F在那个滑移系上的分切应力存在一 临界值. 一旦达到临界值(最大), 那个滑移系一般首先开始动作。 一、施密特定律 滑移面的面积 S= A/cosφ 外力在滑移方向S上的分力为 F= F· cosλ 滑移方向上的分切应力: τ= F/S = F· cosλ/(A/cosφ) = F/A· (cosφcosλ) = σ· cosφ· cosλ 当σ=σs时, 晶体产生屈服,塑性变形开始。 τ c = σ s· cosφ· cosλ 此式即为滑移的临界分切应力定律。 cosφcosλ为取向(施密特)因子(Ω) ? F F (τ) 一、施密特定律 τc = σs · cosφ· cosλ 对一定的材料来说, τc只与晶体结构、滑移系类型、形变 温度等有关,而与取向因子无关。 施密特(Schmid,E.)实验: 右图为σs=τc /(cosφ· cosλ) 图中实线为计算值, 实验测量值由“。”表示。 σs与Ω二者乘积为常数, 表明在一定条件下, 临界分切应力确为常数。 一、施密特定律 τ c = σ s· cosφ· cosλ Ω值越大,σs越小,越有利于滑移。 当滑移面法线方向、滑移方向与外力轴三者共 处一个平面, 则φ=45? 时,cosφcosλ=1/2 ,此取向最有利 于滑移,即以最小的拉应力就能达到滑移所 需的分切应力,称此取向为软取向。 当 外 力 与 滑 移 面 平 行 或 垂 直 时 ( φ=90?或 φ=0? ),则σs→∞,晶体无法滑移,称此 取向为硬取向。 Ω对σs的影响在密排六方结构中最为明显。 也适用于面心立方金属. 二、单滑移、多滑移和交滑移 1.单滑移 只有一个滑移系统上的分切应力最大 并达到了临界分切应力,这时发生了 单滑移。 一组平行的滑移线 二、单滑移、多滑移和交滑移 2.多系滑移 (1)当两个以上的滑移系, 其上的分切应力同时满足τ>τc的 条件, 而使各自滑移面上的位错同时启动, 这种现象称为多系滑移。 (2)分析: 多滑移易形成割阶或扭折, 使滑移困难。 二、单滑移、多滑移和交滑移 3.交滑移 (1)螺位错的滑移面有无限多个, 在某一滑移面上的运动受阻时, 可以离开这个面, 沿另一个晶面继续滑移, 且滑移方向不变。 (3)其滑移线 多晶体的塑性变形 一、晶界和晶体位向对塑性变形的影响 二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响 一、晶界和晶体位向对塑性变形的影响 晶界对晶粒变形具有阻碍作用。 晶体位向在各晶粒变形过程中具有相互制约和协调性。 二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响 Hall-Petch公式: 晶粒越细,材料的强度越高。 §8.6 纯金属的变形强化(自学) 位错的交割、反应、增殖 §8.7 合金分类: 合金的变形与强化—补充 单相固溶体合金 多相合金 合金的塑性变形: 单相固溶体合金塑性变形 多相合金塑性变形 §8.7 合金的变形与强化 一、单相合金的变形与强化 二、低碳钢的屈服和应变时效(了解) 三、第二相对合金变形的影响 一、单相合金的变形与强化 单相固溶体分类: 置换式固溶体 间隙式固溶体 合金在形成单相固溶体后.变形时的临界切应力都高于纯金属,这 叫做固溶强化。 一、单相合金的变形与强化 置换式固溶体 1、原子尺寸差别(或称错配); 相差大时强化作用大。 原子尺寸差别 →引起的晶格畸变 →产生一内应力场 →位错运动受阻。 2、存在弹性模量不同。 弹性模量 使位错的运动要额外作功。 一、单相合金的变形与强化 间隙式固溶体(以α-Fe为例) 造成不对称畸变 碳原子不仅和刃型位错, 也和螺型位错有强烈的交互作用, 因而产生了很强的固溶强化效果。 三、第二相对合金变形的影响 ? 对位错的运动来说,第二相有两种情况: ? (1)可变形,位错切过第二相; ? 尺寸较小并与基体保持共格的粒子 ? (2)不可变形,位错绕过第二相; ? 尺寸较大并与基体保持非共格的粒子 ? τ=Gb/L §8.8 冷变形金属的组织与性能 塑性变形对材料组织和性能的影响, 主要表现在以下方面: ? 显微组织变化, ? 包括晶粒形状的变化 、亚结构的变化、形变织构 ? 性能的变化 , ? 包括加工硬化、力学性能、物理性能、化学性能 §8.8 冷变形金属的组织与性能 一、冷变形金属的力学性能 二、冷变形金属的组织 三、形变织构 四、残余应力 §8.8 冷变形金属的组织与性能 加工硬化(形变硬化) : 把金属经屈服后, 欲继续变形, 须增加应力的现象。 其表现为: 晶体强度显著提高, 塑性明显下降。 §8.8 流变曲线: 冷变形金属的组织与性能 真应力-应变曲线上的均匀塑性变形部分, 称为流变曲线。 经验公式: σ=Kεn n值表示材料加工硬化的强弱, 也反映材料均匀塑性变形的能力。 二、冷变形金属的组织 1、从组织形貌上看, (1)沿变形方向, 晶粒被拉长, 晶界拉长成纤维状; 硬质颗粒或夹杂团呈带状 分布。 (2) 出现了性能的各向异性。 二、冷变形金属的组织 2、从显微结构看, (1)增加了结构缺陷, 提高了位错密度。 (2)位错的组态和分布发生变化。 造成位错缠结,构成胞状结构。 称为位错胞。 (3)流变应力和位错胞: τf=τ0+Kd-1, (4)在位错胞内部, 位错密度很低, 大部分位错都缠结在位错胞壁。 三、形变织构 1、转动: 塑性变形时,晶体必须发生转动。 2、形变织构: (1)转动使每个晶粒的某一取向, 都转动到力轴方向上来,此称择优取向。 (2)择优取向的多晶体取向结构,称为织构。 (3)当晶体中的塑性变形量较大时,形成形变织构。 3、形变织构形态: 依材料的加工方式不同,形变织构有两种形态: (1)其一为丝织构, 即拉拔时,各晶粒中的某一方向都趋于平行拉拔方向; 用与拉拔轴平行的晶向指数[uvw]来表示; (2)另一种织构为轧制时形成的板织构. 即在板材轧制时, 各晶粒中的某一指数晶面均趋于平行轧制面, 各晶粒中的某一指数晶向均趋于平行轧制方向, 用该晶面指数(hkl)和晶向指数[uvw]表示板织构。 三、形变织构 四、残余应力 金属冷变形时,内于各部分变形的程度不同, 变形后在金属内部残存应力。 根据受力体积,残余应力分为: (1) 宏观残余应力 (2) 显微残余应力 根据受力种类,残余应力分为: (1) 拉应力 (2) 压应力 拉应力降低材料强度; 压应力提高表面疲劳强度。 可通过低温退火消除拉应力。

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