第五章材料的形變和再結(jié)晶

1、第五章 材料的形變和再結(jié)晶 材料受力材料受力F彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形斷裂斷裂研究材料的變形規(guī)律及其微觀機制，分析了解各種內(nèi)外因研究材料的變形規(guī)律及其微觀機制，分析了解各種內(nèi)外因素對變形的影響，以及研究討論冷變形材料在回復(fù)再結(jié)晶素對變形的影響，以及研究討論冷變形材料在回復(fù)再結(jié)晶過程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，具有十分重要的理過程中組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，具有十分重要的理論和實際意義論和實際意義 5.1 彈性和粘彈性彈性和粘彈性 彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形5.1.1彈性變形的本質(zhì) rUOr00dUdr(a)rFO斜率S0r00吸引力排斥力(b)彈性變形彈性變形是指外力去除是指

2、外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來了解它的合力的角度來了解它的物理本質(zhì)物理本質(zhì) 圖（圖（a）體系能量與原子）體系能量與原子間距的關(guān)系和（間距的關(guān)系和（b）原子）原子作用力和距離的關(guān)系作用力和距離的關(guān)系5.1.2 彈性變形的特征和彈性模量 彈性變形的主要特征是：彈性變形的主要特征是： （1）理想的彈性變形是）理想的彈性變形是可逆變可逆變形，加載時變形，形，加載時變形，卸載時變形消失并恢復(fù)原狀卸載時變形消失并恢復(fù)原狀 （2）金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加載）金屬、陶瓷和部分高分子材料不論是加載或卸載時，只要在或卸載時，只要在彈性

3、變形范圍內(nèi)彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間都保持變之間都保持單值線性函數(shù)關(guān)系單值線性函數(shù)關(guān)系，即服從虎克（即服從虎克（Hooke）定律：）定律：在正應(yīng)力下，在正應(yīng)力下，= E，在切應(yīng)力下，在切應(yīng)力下，=G，式中，式中， ， 分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力；分別為正應(yīng)力和切應(yīng)力； ， 分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變；分別為正應(yīng)變和切應(yīng)變；E，G分別為彈性模量（楊氏模量）和切變模量分別為彈性模量（楊氏模量）和切變模量Robert Hooke 1635 1703彈性模量與切變彈性模量之間的關(guān)系為：彈性模量與切變彈性模量之間的關(guān)系為：式中，式中，v為材料泊松比，表示側(cè)向收縮能力。一般金為材料泊松比，表示側(cè)向收

4、縮能力。一般金屬材料的泊松比在屬材料的泊松比在0.250.35之間，高分子材料則相之間，高分子材料則相對較大些。對較大些。彈性模量代表著使原子彈性模量代表著使原子離開平衡位置的難易程度離開平衡位置的難易程度，是，是表征晶體中表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理量原子間結(jié)合力強弱的物理量。金剛石一類。金剛石一類的的共價鍵晶體共價鍵晶體由于其原子間結(jié)合力很大，故其彈性模由于其原子間結(jié)合力很大，故其彈性模量很高；量很高；金屬和離子晶體金屬和離子晶體的則相對較低；而的則相對較低；而分子鍵的分子鍵的固體固體如塑料、橡膠等的鍵合力更弱，故其彈性模量更如塑料、橡膠等的鍵合力更弱，故其彈性模量更低，通常比金屬材料

5、的低幾個數(shù)量級。低，通常比金屬材料的低幾個數(shù)量級。 （3）彈性變形量隨材料的不同而異）彈性變形量隨材料的不同而異 多數(shù)金屬材料多數(shù)金屬材料線性彈性變量不超過0.5%高分子材料高分子材料非線性高彈性變量最高可達1000%低于比例極限sp的應(yīng)力范圍內(nèi) 符合虎克定律 一般 情況不符合虎克定律 5.1.3 彈性的不完整性彈性的不完整性多數(shù)工程上應(yīng)用的材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩者皆有多數(shù)工程上應(yīng)用的材料為多晶體甚至為非晶態(tài)或者是兩者皆有的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺陷，彈性變形時，可能出現(xiàn)的物質(zhì)，其內(nèi)部存在各種類型的缺陷，彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合加載線與卸載線不重合、應(yīng)變的發(fā)展跟不

6、上應(yīng)力的變化等有別、應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化等有別于理想彈性變形特點的現(xiàn)象，稱之為于理想彈性變形特點的現(xiàn)象，稱之為彈性的不完整性彈性的不完整性。彈性的彈性的不完整性不完整性包申格效應(yīng)包申格效應(yīng) 彈性后效彈性后效 彈性滯后彈性滯后 1包申格效應(yīng) 材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（小于4），而后同向加載），而后同向加載則則 e升高，反向加載則升高，反向加載則 e下降。此現(xiàn)象稱之為包申格效應(yīng)。它是下降。此現(xiàn)象稱之為包申格效應(yīng)。它是多晶體金屬材料的普遍現(xiàn)象。多晶體金屬材料的普遍現(xiàn)象。 2彈性后效一些實際晶體，在加載或一些實際晶體，在加載或卸載時，應(yīng)變不是瞬時達卸載時

7、，應(yīng)變不是瞬時達到其平衡值，而是通過一到其平衡值，而是通過一種弛豫過程來完成其變化種弛豫過程來完成其變化的。這種在彈性極限的。這種在彈性極限se范范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象稱為彈性后效或滯彈性稱為彈性后效或滯彈性 c應(yīng)變adOcabanan00時間恒應(yīng)力下的應(yīng)變弛豫恒應(yīng)力下的應(yīng)變弛豫由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在 - 曲線上使加載線與卸載線不重合曲線上使加載線與卸載線不重合而形成一而形成一封閉回線封閉回線，稱之為，稱之為彈性滯后彈性滯后 3.彈性滯后彈性滯后OOO(a)(b)(d)(c) 彈性滯后(環(huán))與循環(huán)韌性 (

8、a)單向加載; (b)交變加載(慢); (c)交變加載(快); (d)交變加載塑性滯后5.1.4 粘彈性 變形形式除了彈性變形、塑性變形外還有一種粘性流動。變形形式除了彈性變形、塑性變形外還有一種粘性流動。所謂所謂粘性流動粘性流動是指非晶態(tài)固體和液體在很小外力作用下便會發(fā)生沒有是指非晶態(tài)固體和液體在很小外力作用下便會發(fā)生沒有確定形狀的流變，并且在外力去除后，形變不能回復(fù)。確定形狀的流變，并且在外力去除后，形變不能回復(fù)。 純粘性流動服從牛頓粘性流動定律：純粘性流動服從牛頓粘性流動定律：ddt式中 為應(yīng)力， 為應(yīng)變速率， 稱為拈度系數(shù)，反映了流體的內(nèi)摩擦力，即流體流動的難易程度，其單位是Pa s一

9、些非晶體，有時甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力時可以同時一些非晶體，有時甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力時可以同時表現(xiàn)出彈性和粘性，這就是表現(xiàn)出彈性和粘性，這就是粘彈性現(xiàn)象粘彈性現(xiàn)象 。5.2 晶體的塑性變形晶體的塑性變形 5.2.1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形主要主要滑移滑移孿生孿生扭折扭折高溫情況高溫情況擴散性變形擴散性變形晶界滑動和移動晶界滑動和移動1滑移滑移 a滑移線與滑移帶滑移線與滑移帶 當應(yīng)力超過晶體的彈性極限后，晶體中就會產(chǎn)生當應(yīng)力超過晶體的彈性極限后，晶體中就會產(chǎn)生層片層片之間的相對滑移之間的相對滑移，大量的層片間滑動的，大量的層片間滑動的累積累積就構(gòu)成晶就構(gòu)成晶體的宏觀塑性變形體的宏

10、觀塑性變形 對滑移線的觀察也表明：對滑移線的觀察也表明：晶體塑性變形的晶體塑性變形的不均勻性；不均勻性；滑移滑移只是集中發(fā)生在一些只是集中發(fā)生在一些晶面上；晶面上；滑移帶或滑移線之間的晶滑移帶或滑移線之間的晶體層片則體層片則未產(chǎn)生變形未產(chǎn)生變形，只是，只是彼此之間作彼此之間作相對位移相對位移而已。而已。 滑移帶形成示意圖b滑移系滑移系 塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，這塑性變形時位錯只沿著一定的晶面和晶向運動，這些晶面和晶向分別稱為些晶面和晶向分別稱為“滑移面滑移面”和和“滑移方向滑移方向”。晶體結(jié)構(gòu)不同，其滑移面和滑移方向也不同晶體結(jié)構(gòu)不同，其滑移面和滑移方向也不同 ?；泼嫱ǔＪ?/p>

11、滑移面通常是原子的原子的密排面密排面滑移方向通常是滑移方向通常是原子的原子的密排方向密排方向原子密度最大的晶面其原子密度最大的晶面其面間距最面間距最大，點陣阻力最小，大，點陣阻力最小，因而容易沿因而容易沿著這些面發(fā)生滑移著這些面發(fā)生滑移 。最密排方向上的最密排方向上的原子間距最短原子間距最短，即即位錯位錯b最小最小。一個滑移面一個滑移面和和此面上的一個滑移方向此面上的一個滑移方向合起來叫做一個合起來叫做一個滑移系滑移系 在其他條件相同時，晶體中的滑移系愈多，滑移過程在其他條件相同時，晶體中的滑移系愈多，滑移過程可能采取的空間取向便愈多，滑移容易進行，它的塑可能采取的空間取向便愈多，滑移容易進行

12、，它的塑性便愈好性便愈好 面心立方晶體面心立方晶體的滑移系共有的滑移系共有11143=12個；個；體心立方晶體體心立方晶體，可同時沿，可同時沿110112123晶面滑移，故滑移系共有晶面滑移，故滑移系共有11062+112121+123241=48個；個；而而密排六方晶體密排六方晶體的滑移系僅有的滑移系僅有(0001)13=3個。個。由于滑移系數(shù)目太少，由于滑移系數(shù)目太少，hcp多晶體的塑性不如多晶體的塑性不如fcc或或bcc的好。的好。 c滑移的臨界分切應(yīng)力滑移的臨界分切應(yīng)力 晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進行的，但其中許多滑移系并非同時晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進行的，但其中許多滑移系并非同時

13、參與滑移，而只有當外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達到一定臨界參與滑移，而只有當外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力達到一定臨界值時，該滑移系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為滑移的臨界值時，該滑移系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為滑移的臨界分切應(yīng)力分切應(yīng)力 。滑移的臨界分切應(yīng)力是一個真實反映單晶體受力起始屈服滑移的臨界分切應(yīng)力是一個真實反映單晶體受力起始屈服的物理量。其數(shù)值與晶體的類型、純度，以及溫度等因素的物理量。其數(shù)值與晶體的類型、純度，以及溫度等因素有關(guān)，還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速度，以及滑有關(guān)，還與該晶體的加工和處理狀態(tài)、變形速度，以及滑移系類型等因素有關(guān)移系類型等因素有關(guān) 。cos

14、cosFAcosA法線滑移方向FFA計算分切應(yīng)力的示意圖計算分切應(yīng)力的示意圖F在滑移方向的分力為在滑移方向的分力為cosF滑移面的面積為滑移面的面積為/cosA外力對滑移面的分切應(yīng)力為外力對滑移面的分切應(yīng)力為cos cosFAcos cos為取向因子為取向因子451當，取向因子有最大值2F/A 為宏觀上的起始屈服強度為宏觀上的起始屈服強度0121084260.10.10.30.30.5900cos cos鎂晶體拉伸的屈服應(yīng)力與晶體 取向的關(guān)系當當9090或或9090時時s均均為無限大；為無限大；這說明當這說明當滑移面與外力方向滑移面與外力方向平行或垂直時，平行或垂直時，不可能產(chǎn)生不可能產(chǎn)生滑移

15、?；?。當當45時，時，s最小，即最小，即產(chǎn)生滑移的產(chǎn)生滑移的最小分切應(yīng)力。最小分切應(yīng)力。通常稱取向因子大的為軟取通常稱取向因子大的為軟取向，取向因子小的為硬取向。向，取向因子小的為硬取向。屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力(s)d滑移時晶面的轉(zhuǎn)動滑移時晶面的轉(zhuǎn)動 單晶體滑移時，除滑移面發(fā)生相對位移外，往往伴隨著單晶體滑移時，除滑移面發(fā)生相對位移外，往往伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動，對于只有一組滑移面的晶面的轉(zhuǎn)動，對于只有一組滑移面的hcp，這種現(xiàn)象尤，這種現(xiàn)象尤為明顯。為明顯。 FFFF拉伸實驗時單晶發(fā)生滑移拉伸實驗時單晶發(fā)生滑移與轉(zhuǎn)動示意圖與轉(zhuǎn)動示意圖由于拉伸夾頭由于拉伸夾頭不能做不能做橫向動作橫向動作，單晶體的，單晶

16、體的取向必須進行相應(yīng)的取向必須進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動，滑移面區(qū)域平，滑移面區(qū)域平行軸向行軸向12121122單晶拉伸時晶體轉(zhuǎn)動的力偶作用右圖為單晶發(fā)生轉(zhuǎn)動的力偶作用機制右圖為單晶發(fā)生轉(zhuǎn)動的力偶作用機制a中，在力偶作用下滑移面將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動并逐漸趨于與軸中，在力偶作用下滑移面將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動并逐漸趨于與軸向平行向平行ab有有效效分分切切應(yīng)應(yīng)力力使滑移使滑移方向轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)至最大至最大分切應(yīng)分切應(yīng)力方向力方向 晶體受壓時的晶面轉(zhuǎn)動 (a)壓縮前 (b)壓縮后晶體受壓變形時也要發(fā)生晶面轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的結(jié)果是使滑晶體受壓變形時也要發(fā)生晶面轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的結(jié)果是使滑移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直移面逐漸趨于與壓力軸線相垂直晶體

17、在滑移時滑移面，晶體在滑移時滑移面，滑移方向都是改變的?；品较蚨际歉淖兊摹?dǎo)致滑移面上的分切應(yīng)導(dǎo)致滑移面上的分切應(yīng)力也隨之變化。力也隨之變化。由于由于4545時分切應(yīng)時分切應(yīng)力最大，滑移轉(zhuǎn)動后力最大，滑移轉(zhuǎn)動后趨近趨近4545；若；若遠離遠離4545，則分切應(yīng)力逐漸，則分切應(yīng)力逐漸減小而使滑移系的進一減小而使滑移系的進一步滑移趨于困難。步滑移趨于困難。e多系滑移多系滑移 對于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在對于具有多組滑移系的晶體，滑移首先在取向最有利的滑移系取向最有利的滑移系（其分（其分切應(yīng)力最大）中進行，但由于變形時晶面轉(zhuǎn)動的結(jié)果，另一組滑移面切應(yīng)力最大）中進行，但由于變形時晶面轉(zhuǎn)動的結(jié)

18、果，另一組滑移面上的分切應(yīng)力也可能上的分切應(yīng)力也可能逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上逐漸增加到足以發(fā)生滑移的臨界值以上，于是晶，于是晶體的滑移就可能在體的滑移就可能在兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行兩組或更多的滑移面上同時進行或交替地進行，從，從而產(chǎn)生多系滑移而產(chǎn)生多系滑移 。f滑移的位錯機制滑移的位錯機制 實際測得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論計算值低實際測得晶體滑移的臨界分切應(yīng)力值較理論計算值低34個數(shù)量級，個數(shù)量級，表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性表明晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是整體位移，而是借助位錯在滑移面

19、上運動來逐步地借助位錯在滑移面上運動來逐步地進行的進行的 。晶體的滑移必須在晶體的滑移必須在一定的外力作用下一定的外力作用下才能發(fā)生，這說明位錯的運動才能發(fā)生，這說明位錯的運動要要克服阻力克服阻力 。12圖中圖中1和和2為等同位置，當位錯處于這為等同位置，當位錯處于這種平衡位置時，其能量最小，相當于種平衡位置時，其能量最小，相當于處在能谷中。當位錯從位置處在能谷中。當位錯從位置1移動到位移動到位置置2時，需要越過一個勢壘，這就是說時，需要越過一個勢壘，這就是說位錯在運動時會遇到點陣阻力。由于位錯在運動時會遇到點陣阻力。由于派爾斯（派爾斯（Peierls）和納巴（）和納巴（Nabarro）首先估

20、算了這一阻力，故又稱為派一首先估算了這一阻力，故又稱為派一納（納（P-N）力）力 2222expexp1(1)1P NGdGWbb式中，式中，b為滑移方向上的原子間距，為滑移方向上的原子間距，d為滑移面的面間距，為滑移面的面間距，為為泊松比，泊松比，W=d/(1-)代表位錯寬度代表位錯寬度 12阻力：阻力：派一納（派一納（P-N）力）力 。2222expexp1(1)1P NGdGWbb式中，式中，b為滑移方向上的原子間距，為滑移方向上的原子間距，d為滑移面的面間距，為滑移面的面間距，為為泊松比，泊松比，W=d/(1-)代表位錯寬度代表位錯寬度 由此公式可知：由此公式可知：位錯位錯寬度寬度W越

21、大越大，則派，則派-納力納力越??；越??；派派-納力與（納力與（-d/b）成指數(shù)關(guān)系，）成指數(shù)關(guān)系，當當d越大，越大，b越小越小，即滑移面，即滑移面的面間距越大，位錯強度越小，則派的面間距越大，位錯強度越小，則派-納力越小，因而越容易滑納力越小，因而越容易滑移。（移。（最密排面和密排方向最密排面和密排方向）2孿生孿生a孿生變形過程孿生變形過程 切變并未使晶體的點陣類型發(fā)生變化，但它卻使均勻切變區(qū)中的晶體切變并未使晶體的點陣類型發(fā)生變化，但它卻使均勻切變區(qū)中的晶體取向發(fā)生變更，變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向取向發(fā)生變更，變?yōu)榕c未切變區(qū)晶體呈鏡面對稱的取向,這一變形過這一變形過程稱為程稱為孿生。

22、孿生。 b孿生的特點孿生的特點 （1）孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受）孿生變形也是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，并通常出現(xiàn)于滑移受阻而阻而引起的應(yīng)力集中區(qū)引起的應(yīng)力集中區(qū)，因此，孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時，因此，孿生所需的臨界切應(yīng)力要比滑移時大得多。大得多。 （2）孿生是一種均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原）孿生是一種均勻切變，即切變區(qū)內(nèi)與孿晶面平行的每一層原子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離，且每一子面均相對于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離，且每一層原子相對于孿生面的層原子相對于孿生面的切變量跟它與孿生面的距離切變量跟它與孿生面的距離成正比成正

23、比 。（3）孿晶的兩部分晶體形成）孿晶的兩部分晶體形成鏡面對稱的位向關(guān)系。鏡面對稱的位向關(guān)系。 c孿晶的形成孿晶的形成 形成孿晶的主要三種方式形成孿晶的主要三種方式“變形孿晶變形孿晶” 通過機械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱為通過機械變形而產(chǎn)生的孿晶，也稱為 “機械孿晶機械孿晶”，它的特征通常呈透鏡狀或片狀。，它的特征通常呈透鏡狀或片狀。 “生長孿晶生長孿晶”它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、它包括晶體自氣態(tài)（如氣相沉積）、液態(tài)（液相凝固）或固體中長大時形成的孿晶。液態(tài)（液相凝固）或固體中長大時形成的孿晶。 “退火孿晶退火孿晶”,變形金屬在其再結(jié)晶退火過程中形變形金屬在其再結(jié)晶退火過程中形成的孿晶，它往

24、往以相互平行的孿晶面為界橫貫成的孿晶，它往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個晶粒，是在再結(jié)晶過程中通過堆垛層錯的生整個晶粒，是在再結(jié)晶過程中通過堆垛層錯的生長形成的。長形成的。形核形核長大長大所需臨界切所需臨界切應(yīng)力較大，應(yīng)力較大，常發(fā)生在應(yīng)常發(fā)生在應(yīng)力高度集中力高度集中的地方，如的地方，如晶界晶界所需切應(yīng)所需切應(yīng)力較小，力較小，并且長大并且長大很快很快Mg晶體孿晶需要的切應(yīng)力：晶體孿晶需要的切應(yīng)力：4.9-34.3MPa滑移時的臨界分切應(yīng)力：滑移時的臨界分切應(yīng)力：0.49MPa0.1G（Zn單晶）單晶）0.0001G（Zn單晶）單晶）c孿晶的形成孿晶的形成 滑移孿生滑移0.25 0.501.0

25、00.751.25 1.502.55.07.510銅單晶在銅單晶在4.2K的拉伸曲線的拉伸曲線當應(yīng)力增加到一定值時出現(xiàn)當應(yīng)力增加到一定值時出現(xiàn)反復(fù)變化的情況，主要是由反復(fù)變化的情況，主要是由孿晶造成的孿晶造成的一段后又呈光滑曲線，一段后又呈光滑曲線，由于孿晶造成了晶體方由于孿晶造成了晶體方位的變化，使某些滑移位的變化，使某些滑移系處于有利的位向，于系處于有利的位向，于是開始滑移變形是開始滑移變形對稱性低、滑移系少的晶體容易發(fā)生孿生對稱性低、滑移系少的晶體容易發(fā)生孿生密排六方金屬密排六方金屬 ：孿生面為：孿生面為 1 0 1 2 孿生方向為孿生方向為體心立方金屬體心立方金屬 ：孿生面為：孿生面為

26、 1 1 2 孿生方向為孿生方向為面心立方金屬面心立方金屬 ：孿生面為：孿生面為 1 1 1 孿生方向為孿生方向為d孿生的位錯機制孿生的位錯機制 由于孿生變形時，整個孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，其各層晶面的相由于孿生變形時，整個孿晶區(qū)發(fā)生均勻切變，其各層晶面的相對位移是借助一個不全位錯（肖克萊不全位錯）運動而造成的對位移是借助一個不全位錯（肖克萊不全位錯）運動而造成的 C B A C BACBA BC A B CACBA面心立方晶體中孿晶的形成面心立方晶體中孿晶的形成在在111滑移面上有個全滑移面上有個全位錯位錯a/2掃過，滑掃過，滑移兩側(cè)晶體產(chǎn)生一個原移兩側(cè)晶體產(chǎn)生一個原子間距的相對滑移量，子間距的

27、相對滑移量，且且111面的堆垛順序不面的堆垛順序不變，為變，為ABCABC如果在相互平行且相鄰的一組如果在相互平行且相鄰的一組111上各有一個肖克萊不全上各有一個肖克萊不全位錯掃過，各滑移面的相對位位錯掃過，各滑移面的相對位錯就不是一個原子間距了，而錯就不是一個原子間距了，而是是 ，晶面堆垛順序也變?yōu)?，晶面堆垛順序也變?yōu)锳BCACBACB，這樣就在，這樣就在晶體的上半部形成孿晶晶體的上半部形成孿晶6 /6a3扭折扭折由于各種原因，晶體中不同部由于各種原因，晶體中不同部位的受力情況和形變方式可能位的受力情況和形變方式可能有很大的差異，對于那些既不有很大的差異，對于那些既不能進行滑移也不能進行孿生

28、的能進行滑移也不能進行孿生的地方，晶體將通過其他方式進地方，晶體將通過其他方式進行塑性變形行塑性變形 。為了使晶體的形狀與外力相適為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當外力超過某一臨界值時應(yīng)，當外力超過某一臨界值時晶體將會產(chǎn)生晶體將會產(chǎn)生局部彎曲局部彎曲，這種，這種變形方式稱為扭折。變形方式稱為扭折。 扭折變形與孿生不同，它使扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對稱扭折變形與孿生不同，它使扭折區(qū)晶體的取向發(fā)生了不對稱性的變化。扭折是一種協(xié)調(diào)性變形，它能引起應(yīng)力松弛，使性的變化。扭折是一種協(xié)調(diào)性變形，它能引起應(yīng)力松弛，使晶體不致斷裂晶體不致斷裂 。鎘單晶扭折及其示意圖鎘單晶扭折及其示意圖5.2.2 多晶體的塑性變

29、形多晶體的塑性變形1晶粒取向的影響晶粒取向的影響 室溫下，多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體相同，但由于室溫下，多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體相同，但由于相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，因而多晶體的變形既需相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，因而多晶體的變形既需克服晶界的阻礙，又要求各晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合，故多晶體克服晶界的阻礙，又要求各晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合，故多晶體的塑性變形較為復(fù)雜的塑性變形較為復(fù)雜 晶體晶體受力受力晶粒取向?qū)Χ嗑w塑性變形的影響，主要表現(xiàn)在各晶粒變形過程晶粒取向?qū)Χ嗑w塑性變形的影響，主要表現(xiàn)在各晶粒變形過程中的相互制約和協(xié)調(diào)性中的相互制約和協(xié)

30、調(diào)性 有利位置晶有利位置晶粒先滑移粒先滑移形狀改變形狀改變與周圍晶與周圍晶粒協(xié)調(diào)粒協(xié)調(diào)xxyyzzxyyzxz任意變形都可用 , , , , , 6個應(yīng)變分量來表示，但塑性變形時，晶體的體積個應(yīng)變分量來表示，但塑性變形時，晶體的體積0VVxxyyzz+不變，故有不變，故有5個獨立的應(yīng)變分量，每個獨立的應(yīng)變分量是由一個獨立個獨立的應(yīng)變分量，每個獨立的應(yīng)變分量是由一個獨立滑移系來產(chǎn)生的，所以多晶體塑性變形時要求每個晶粒至少能在滑移系來產(chǎn)生的，所以多晶體塑性變形時要求每個晶粒至少能在5個個獨立的滑移系上進行滑移獨立的滑移系上進行滑移 多晶體的塑性變形就與晶體的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)：多晶體的塑性變形就與晶體的

31、結(jié)構(gòu)類型有關(guān)：滑移系甚多的面心立方和體心立方晶體能滿足這個條件，故它們的滑移系甚多的面心立方和體心立方晶體能滿足這個條件，故它們的多晶體具有很好的塑性；多晶體具有很好的塑性；相反，密排六方晶體由于滑移系少，晶粒之間的應(yīng)變協(xié)調(diào)性很差，相反，密排六方晶體由于滑移系少，晶粒之間的應(yīng)變協(xié)調(diào)性很差，所以其多晶體的塑性變形能力低所以其多晶體的塑性變形能力低 。2晶界的影響晶界的影響晶界上原子排列不規(guī)則，點陣畸變嚴重，何況晶界兩側(cè)的晶粒晶界上原子排列不規(guī)則，點陣畸變嚴重，何況晶界兩側(cè)的晶粒取向不同，滑移方向和滑移面彼此不一致，因此，滑移要從一取向不同，滑移方向和滑移面彼此不一致，因此，滑移要從一個晶粒直接延

32、續(xù)到下一個晶粒是極其困難的，在室溫下晶界對個晶粒直接延續(xù)到下一個晶粒是極其困難的，在室溫下晶界對滑移具有阻礙效應(yīng)滑移具有阻礙效應(yīng) 對只有對只有23個晶粒的試個晶粒的試樣進行拉伸試驗表明，樣進行拉伸試驗表明，在晶界處呈竹節(jié)狀在晶界處呈竹節(jié)狀 在變形過程中位錯難以通過晶界被堵塞在晶界附近。這種在晶界附在變形過程中位錯難以通過晶界被堵塞在晶界附近。這種在晶界附近產(chǎn)生的位錯塞積群會對晶內(nèi)的位錯源產(chǎn)生一反作用力。此反作用近產(chǎn)生的位錯塞積群會對晶內(nèi)的位錯源產(chǎn)生一反作用力。此反作用力隨位錯塞積的數(shù)目力隨位錯塞積的數(shù)目n而增大而增大 GbLkn0式中，式中， 0為作用于滑移面上外為作用于滑移面上外加分切應(yīng)力；

33、加分切應(yīng)力；L為位錯源至晶為位錯源至晶界之距離；界之距離；k為系數(shù)，螺位錯為系數(shù)，螺位錯k=1，刃位錯，刃位錯k=1-v。當它增大。當它增大到某一數(shù)值時，可使位錯源停到某一數(shù)值時，可使位錯源停止開動，使晶體顯著強化止開動，使晶體顯著強化 對多晶體而言，外加應(yīng)力必須大至足以激發(fā)大量晶粒中的位錯源動對多晶體而言，外加應(yīng)力必須大至足以激發(fā)大量晶粒中的位錯源動作，產(chǎn)生滑移，才能覺察到宏觀的塑性變形作，產(chǎn)生滑移，才能覺察到宏觀的塑性變形 由于晶界數(shù)量直接決定于晶粒的大小，因此，晶界對多晶體起始由于晶界數(shù)量直接決定于晶粒的大小，因此，晶界對多晶體起始塑變抗力的影響可通過晶粒大小直接體現(xiàn)。實踐證明，塑變抗力

34、的影響可通過晶粒大小直接體現(xiàn)。實踐證明，多晶體的多晶體的強度隨其晶粒細化而提高（細晶強化）強度隨其晶粒細化而提高（細晶強化）。多晶體的屈服強度。多晶體的屈服強度 s與與晶粒平均直徑晶粒平均直徑d的關(guān)系可用著名的霍爾的關(guān)系可用著名的霍爾佩奇（佩奇（Hall-Petch）公）公式表示式表示 120sKd式中，式中， 0反映晶內(nèi)對變形的阻力，相當于極大單晶的屈服強度；反映晶內(nèi)對變形的阻力，相當于極大單晶的屈服強度；K反反映晶界對變形的影響系數(shù)，與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān)映晶界對變形的影響系數(shù)，與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān) 霍爾霍爾佩奇（佩奇（Hall-Petch）公式最初是一個經(jīng)驗公式，但也可根據(jù)）公式最初是一個經(jīng)驗公式，但

35、也可根據(jù)位錯理論，利用位錯群在晶界附近引起的塞積模型導(dǎo)出，位錯理論，利用位錯群在晶界附近引起的塞積模型導(dǎo)出，屈服點與晶粒大小的關(guān)系屈服點與晶粒大小的關(guān)系進一步實驗證明，霍爾進一步實驗證明，霍爾佩奇公式適用性甚廣，如：佩奇公式適用性甚廣，如： 1、亞晶粒大小或兩相片狀組織的層片間距對屈服強度的影響、亞晶粒大小或兩相片狀組織的層片間距對屈服強度的影響2、塑性材料的流變應(yīng)力與晶粒大小之間的關(guān)系、塑性材料的流變應(yīng)力與晶粒大小之間的關(guān)系3、脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小的關(guān)系、脆性材料的脆斷應(yīng)力與晶粒大小的關(guān)系4、金屬材料的疲勞強度、硬度與其晶粒大小的關(guān)系、金屬材料的疲勞強度、硬度與其晶粒大小的關(guān)系一般在

36、室溫使用的結(jié)構(gòu)材料都希望獲得細小而均勻的晶粒。因為一般在室溫使用的結(jié)構(gòu)材料都希望獲得細小而均勻的晶粒。因為細晶粒不僅使材料具有較高的強度、硬度，而且也使它具有良好細晶粒不僅使材料具有較高的強度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能 當變形溫度高于當變形溫度高于0.5Tm（熔點）以上時，由于原子活動能力的增大，（熔點）以上時，由于原子活動能力的增大，以及原子沿晶界的擴散速率加快，使高溫下的晶界具有一定的粘滯性以及原子沿晶界的擴散速率加快，使高溫下的晶界具有一定的粘滯性特點，它對變形的阻力大為減弱，即使施加很小的應(yīng)力，只要作用時特點，

37、它對變形的阻力大為減弱，即使施加很小的應(yīng)力，只要作用時間足夠長，也會發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動，成為多晶體在高溫時一間足夠長，也會發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動，成為多晶體在高溫時一種重要的變形方式。種重要的變形方式。在高溫時，多晶體特別是細晶粒的多晶體還可能出現(xiàn)另一種稱為擴散在高溫時，多晶體特別是細晶粒的多晶體還可能出現(xiàn)另一種稱為擴散性蠕變的變形機制，這個過程與空位的擴散有關(guān)性蠕變的變形機制，這個過程與空位的擴散有關(guān) 。APPDCBPP在多晶體材料中往往存在一在多晶體材料中往往存在一“等強溫度等強溫度TE”，低于，低于TE時，晶時，晶界強度高于晶粒內(nèi)部的；高于界強度高于晶粒內(nèi)部的；高于TE時則得到相

38、反的結(jié)果時則得到相反的結(jié)果 晶晶界界晶內(nèi)晶內(nèi)穿晶斷穿晶斷裂裂晶界斷裂晶界斷裂TE溫溫度度強度強度等溫強度示意圖等溫強度示意圖5.2.3 合金的塑性變形合金的塑性變形 按合金組成相不同，主要可分為單相固溶體合金和多相合金，它們的按合金組成相不同，主要可分為單相固溶體合金和多相合金，它們的塑性變形又各具有不同特點塑性變形又各具有不同特點 1單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 和純金屬相比最大的區(qū)別在于單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子和純金屬相比最大的區(qū)別在于單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在（1）固溶強化作用；）固溶強

39、化作用；（2）提高了塑性變形的阻力；）提高了塑性變形的阻力；（3）有些固溶體會出現(xiàn)明顯的屈服點和應(yīng)變時效現(xiàn)象）有些固溶體會出現(xiàn)明顯的屈服點和應(yīng)變時效現(xiàn)象 a固溶強化固溶強化 隨溶質(zhì)含量的增加，固溶體的合金的強度、硬度提高，而塑性隨溶質(zhì)含量的增加，固溶體的合金的強度、硬度提高，而塑性有所下降的現(xiàn)象有所下降的現(xiàn)象CuNi204060801004070608050HBHBb0100200300400b/MPa1020304050/%銅鎳固溶體的力學(xué)性能和成分的關(guān)系銅鎳固溶體的力學(xué)性能和成分的關(guān)系從上圖看出，溶質(zhì)原子的加人不僅提高了整個應(yīng)力一應(yīng)變曲線的水平，從上圖看出，溶質(zhì)原子的加人不僅提高了整個應(yīng)力

40、一應(yīng)變曲線的水平，而且使合金的加工硬化速率增大而且使合金的加工硬化速率增大 真應(yīng)力真應(yīng)力/MPa1002000.10.20.30Mg3.28%1.617%1.097%0.554%0%鋁溶有鎂后的應(yīng)力應(yīng)變曲線鋁溶有鎂后的應(yīng)力應(yīng)變曲線不同溶質(zhì)原子所引起的固溶強化效果存在很大差別（如下圖）不同溶質(zhì)原子所引起的固溶強化效果存在很大差別（如下圖） SnAuNiSi01232.55.07.5原子數(shù)分數(shù)原子數(shù)分數(shù) /臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力 /MPa溶入合金元素對銅單晶溶入合金元素對銅單晶臨界切應(yīng)力的影響臨界切應(yīng)力的影響影響固溶強化的主要因素有：影響固溶強化的主要因素有：（1）溶質(zhì)原子的原子數(shù)分數(shù)越高，）溶質(zhì)原

41、子的原子數(shù)分數(shù)越高，強化作用也越大，特別是當原子數(shù)強化作用也越大，特別是當原子數(shù)分數(shù)很低時的強化效應(yīng)更為顯著分數(shù)很低時的強化效應(yīng)更為顯著 。（2）溶質(zhì)原子與基體金屬的）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺原子尺寸寸相差越大，強化作用也越大。相差越大，強化作用也越大。 （3）間隙型間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強化效果。有較大的固溶強化效果。 （4）溶質(zhì)原子與基體金屬的）溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)價電子數(shù)相差相差越大，固溶強化作用越顯著。越大，固溶強化作用越顯著。 固溶強化的原因：溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用、化學(xué)交互作用和靜電交互作用等固溶強化的原因：溶質(zhì)原子與位錯的彈性交

42、互作用、化學(xué)交互作用和靜電交互作用等b屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效 低碳鋼退火態(tài)的工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線及屈服現(xiàn)象低碳鋼退火態(tài)的工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線及屈服現(xiàn)象 當應(yīng)力達到上屈服點時，當應(yīng)力達到上屈服點時，首先在試樣的應(yīng)力集中處開首先在試樣的應(yīng)力集中處開始塑性變形，并在試樣表面始塑性變形，并在試樣表面產(chǎn)生一個與拉伸軸約成產(chǎn)生一個與拉伸軸約成45交角的變形帶一呂德斯交角的變形帶一呂德斯（Lders）帶）帶 與此同時，應(yīng)力降到下屈與此同時，應(yīng)力降到下屈服點。隨后這種變形帶沿服點。隨后這種變形帶沿試樣長度方向不斷形成與試樣長度方向不斷形成與擴展，從而產(chǎn)生拉伸曲線擴展，從而產(chǎn)生拉伸曲線平臺的屈服伸長平

43、臺的屈服伸長 應(yīng)力的每一次微小波動，即對應(yīng)應(yīng)力的每一次微小波動，即對應(yīng)一個新變形帶的形成一個新變形帶的形成當屈服擴展到整個試樣標距范圍時，屈服延伸階段就告結(jié)束當屈服擴展到整個試樣標距范圍時，屈服延伸階段就告結(jié)束 通常認為在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交互作用而通常認為在固溶體合金中，溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子可以與位錯交互作用而形成溶質(zhì)原子氣團，即所謂的形成溶質(zhì)原子氣團，即所謂的Cottrell氣團氣團 間隙型溶質(zhì)原子和位錯的交互作用間隙型溶質(zhì)原子和位錯的交互作用很強，很強，位錯被牢固地釘扎住位錯被牢固地釘扎住。位錯要運動，必須在更大的應(yīng)力作位錯要運動，必須在更大的應(yīng)力作用下才能掙脫用下

44、才能掙脫Cottrell氣團的釘扎而移氣團的釘扎而移動，這就形成了動，這就形成了上屈服點上屈服點；而一旦掙脫之后位錯的運動就比較而一旦掙脫之后位錯的運動就比較容易，因此有應(yīng)力降落，出現(xiàn)容易，因此有應(yīng)力降落，出現(xiàn)下屈服下屈服點和水平臺點和水平臺 。屈服現(xiàn)象的物理本質(zhì)屈服現(xiàn)象的物理本質(zhì) 1.Cottrell氣團理論氣團理論屈服現(xiàn)象的物理本質(zhì)屈服現(xiàn)象的物理本質(zhì) 2.位錯增殖理論位錯增殖理論mv b 由位錯理論得由位錯理論得位錯的平均運動速度位錯的平均運動速度0()mvm為應(yīng)力敏感指數(shù)，與材料無關(guān)為應(yīng)力敏感指數(shù)，與材料無關(guān)mv在拉伸試驗中， 接近恒值，塑性變形前，較低，要使 不變就要使v增大,要使 增

45、大，就要提高 ，這就是上屈服點應(yīng)力高的原因mmv塑性變形開始后，位錯迅速增殖，迅速增大，此時 仍維持一定值，故迅速增大會導(dǎo)致 突然下降，于是所需的應(yīng)力 也突然下降，產(chǎn)生了屈服降落，這也就是下屈服點應(yīng)力較低的原因與低碳鋼屈服現(xiàn)象相關(guān)連的還存在一種應(yīng)變時效行為與低碳鋼屈服現(xiàn)象相關(guān)連的還存在一種應(yīng)變時效行為 低碳鋼的拉伸試驗低碳鋼的拉伸試驗 a-預(yù)塑性變形預(yù)塑性變形 ；b-去載后立即再行加去載后立即再行加載載 ；c-去載后放置一段時間或在去載后放置一段時間或在200加熱后再加載加熱后再加載 當退火狀態(tài)低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點發(fā)當退火狀態(tài)低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點發(fā)生少量塑性變形后（生少量塑性變形后

46、（a）卸載，然后立即重新）卸載，然后立即重新加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服點（點（b），此時試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象。），此時試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象。如果是將預(yù)變形試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)如果是將預(yù)變形試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)200左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進一步提高（又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進一步提高（c），此），此現(xiàn)象通常稱為應(yīng)變時效現(xiàn)象通常稱為應(yīng)變時效 Cottrell氣團理論能很好地解釋低氣團理論能很好地解釋低碳鋼的應(yīng)變時效。當卸載后立即碳鋼的應(yīng)變時效。當卸載后立即重新加載，由于位錯已經(jīng)掙脫出

47、重新加載，由于位錯已經(jīng)掙脫出氣團的釘扎，故不出現(xiàn)屈服點；氣團的釘扎，故不出現(xiàn)屈服點；如果卸載后放置較長時間或經(jīng)時效則溶質(zhì)原子已經(jīng)通過擴散而重新聚如果卸載后放置較長時間或經(jīng)時效則溶質(zhì)原子已經(jīng)通過擴散而重新聚集到位錯周圍形成了氣團，故屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)集到位錯周圍形成了氣團，故屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn) 2多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形 由于第二相的數(shù)量、尺寸、形狀和分布不同，它與基體相的結(jié)由于第二相的數(shù)量、尺寸、形狀和分布不同，它與基體相的結(jié)合狀況不一、以及第二相的形變特征與基體相的差異，使得多合狀況不一、以及第二相的形變特征與基體相的差異，使得多相合金的塑性變形更加復(fù)雜相合金的塑性變形更加復(fù)雜 根據(jù)

48、第二相粒子的尺寸大小可將合金分成兩大類：根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將合金分成兩大類： 1. 第二相粒子與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級，第二相粒子與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級， 稱為稱為聚合型兩相合金聚合型兩相合金 2. 第二相粒子細小而彌散地分布在基體晶粒中，第二相粒子細小而彌散地分布在基體晶粒中， 稱為稱為彌散分布型兩相合金彌散分布型兩相合金 a聚合型合金的塑性變形聚合型合金的塑性變形 當組成合金的兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級，且都為塑性相時，當組成合金的兩相晶粒尺寸屬同一數(shù)量級，且都為塑性相時，則合金的變形能力取決于兩相的體積分數(shù)則合金的變形能力取決于兩相的體積分數(shù) 作為一級近似，可以分別假設(shè)合金變

49、形時兩相的應(yīng)變相同和應(yīng)力作為一級近似，可以分別假設(shè)合金變形時兩相的應(yīng)變相同和應(yīng)力相同，于是相同，于是1 122 1 12 2 121212121、分別為兩相的體積分數(shù)（），、分別為一定應(yīng)變時的兩相流變應(yīng)力； 、分別為一定應(yīng)變時的兩相應(yīng)變上述假設(shè)及其混合律只能作為第二相體積分數(shù)影響的定性估算，實驗證上述假設(shè)及其混合律只能作為第二相體積分數(shù)影響的定性估算，實驗證明，這類合金在發(fā)生塑性變形時，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，如明，這類合金在發(fā)生塑性變形時，滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中，如果較強相數(shù)量較少時，則塑性變形基本上是在較弱的相中；只有當?shù)诙^強相數(shù)量較少時，則塑性變形基本上是在較弱的相中；只

50、有當?shù)诙酁檩^強相，且體積分數(shù)相為較強相，且體積分數(shù) 大于大于30時，才能起明顯的強化作用時，才能起明顯的強化作用 如果聚合型合金兩相中，一個是塑性相，一個是脆性相，則合金在塑如果聚合型合金兩相中，一個是塑性相，一個是脆性相，則合金在塑性變形過程中所表現(xiàn)的性能，不僅取決于第二相的相對數(shù)量，而且與性變形過程中所表現(xiàn)的性能，不僅取決于第二相的相對數(shù)量，而且與其形狀、大小和分布密切相關(guān)。其形狀、大小和分布密切相關(guān)。以碳鋼中的滲碳體（脆性）在鐵素體（塑性）基體中的存在情況為例：以碳鋼中的滲碳體（脆性）在鐵素體（塑性）基體中的存在情況為例：b彌散分布型合金的塑性變形彌散分布型合金的塑性變形 當?shù)诙嘁约?/p>

51、小彌散的微粒均勻分布于基體相中時，將會產(chǎn)生顯當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相中時，將會產(chǎn)生顯著的強化作用。第二相粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻著的強化作用。第二相粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的。礙作用而表現(xiàn)出來的。通常可將第二相通?？蓪⒌诙嗔Ｗ臃譃閮深惲Ｗ臃譃閮深?不可變形的：彌散強化型合金中的第二相粒子不可變形的：彌散強化型合金中的第二相粒子 借助粉末冶金加入的借助粉末冶金加入的可變形的：沉淀型粒子可變形的：沉淀型粒子 通過時效處理從過飽和固溶體中析出通過時效處理從過飽和固溶體中析出（1）不可變形粒子的強化作用）不可變形粒子的強化作用 當運動位錯與其相

52、遇時，將受當運動位錯與其相遇時，將受到粒子阻擋，使位錯線繞著它到粒子阻擋，使位錯線繞著它發(fā)生彎曲。隨著外加應(yīng)力的增發(fā)生彎曲。隨著外加應(yīng)力的增大，位錯線受阻部分的彎曲更大，位錯線受阻部分的彎曲更劇，以致圍繞著粒子的位錯線劇，以致圍繞著粒子的位錯線在左右兩邊相遇，于是正負位在左右兩邊相遇，于是正負位錯彼此抵消，形成包圍著粒子錯彼此抵消，形成包圍著粒子的位錯環(huán)留下，而位錯線的其的位錯環(huán)留下，而位錯線的其余部分則越過粒子繼續(xù)移動。余部分則越過粒子繼續(xù)移動。顯然，位錯按這種方式移動時受到的阻力是很大的，而且每個留下的位錯顯然，位錯按這種方式移動時受到的阻力是很大的，而且每個留下的位錯環(huán)要作用于位錯源一反

53、向應(yīng)力，故繼續(xù)變形時必須增大應(yīng)力以克服此反向環(huán)要作用于位錯源一反向應(yīng)力，故繼續(xù)變形時必須增大應(yīng)力以克服此反向應(yīng)力，使流變應(yīng)力迅速提高應(yīng)力，使流變應(yīng)力迅速提高 根據(jù)位錯理論，迫使位錯線彎曲到曲率半徑為根據(jù)位錯理論，迫使位錯線彎曲到曲率半徑為R時所需切應(yīng)力為時所需切應(yīng)力為G bR2此時由于此時由于R= /2，所以位錯線彎曲到該狀態(tài)所需切應(yīng)力為，所以位錯線彎曲到該狀態(tài)所需切應(yīng)力為 G b上述位錯繞過障礙物的機制是由奧羅萬（上述位錯繞過障礙物的機制是由奧羅萬（EOrowan）首先提出的，故通常稱為奧羅萬機制，它已被實驗所證首先提出的，故通常稱為奧羅萬機制，它已被實驗所證實。實。 （2）可變形微粒的強化

54、作用）可變形微粒的強化作用 當?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃萎數(shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r，位錯將切過粒微粒時，位錯將切過粒子使之隨同基體一起變子使之隨同基體一起變形（如圖）形（如圖） ABBA滑移面滑移面位錯切割粒子的機制位錯切割粒子的機制在這種情況下，強化作用在這種情況下，強化作用主要決定于粒子本身的性主要決定于粒子本身的性質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，質(zhì)，以及與基體的聯(lián)系，其強化機制甚為復(fù)雜，且其強化機制甚為復(fù)雜，且因合金而異因合金而異 5.2.4塑性變形對材料組織與性能的影響塑性變形對材料組織與性能的影響 塑性變形不但可以改變材料的外形和尺寸，而且能夠塑性變形不但可以改變材料的外形和尺寸，而且能夠使材料的內(nèi)部

55、組織和各種性能發(fā)生變化，在變形的同使材料的內(nèi)部組織和各種性能發(fā)生變化，在變形的同時，伴隨著變性時，伴隨著變性 1顯微組織的變化顯微組織的變化2亞結(jié)構(gòu)的變化亞結(jié)構(gòu)的變化 3性能的變化性能的變化 4形變織構(gòu)形變織構(gòu) 5殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 1顯微組織的變化顯微組織的變化 3)、當變形量很大時，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以、當變形量很大時，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。纖分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。纖維的分布方向即是材料流變伸展的方向。維的分布方向即是材料流變伸展的方向。 經(jīng)塑性變形后，金屬材料的顯微組織發(fā)生明顯的改變。經(jīng)塑性變形后，金屬材料

56、的顯微組織發(fā)生明顯的改變。1)、每個晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\晶帶；、每個晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\晶帶；2)、隨著變形度的增加，原來的等軸晶粒將逐漸沿其變、隨著變形度的增加，原來的等軸晶粒將逐漸沿其變形方向伸長；形方向伸長；2亞結(jié)構(gòu)的變化亞結(jié)構(gòu)的變化 晶體的塑性變形是借助位錯在應(yīng)力作用下運動和不斷增殖。隨著變形晶體的塑性變形是借助位錯在應(yīng)力作用下運動和不斷增殖。隨著變形度的增大，晶體中的位錯密度迅速提高，經(jīng)嚴重冷變形后，位錯密度度的增大，晶體中的位錯密度迅速提高，經(jīng)嚴重冷變形后，位錯密度可從原先退火態(tài)的可從原先退火態(tài)的6721112210101010cmcm增至 經(jīng)一定量經(jīng)一定量的塑性變

57、形后，的塑性變形后，晶體中的位錯晶體中的位錯線通過運動與線通過運動與交互作用，開交互作用，開始呈現(xiàn)紛亂的始呈現(xiàn)紛亂的不均勻分布，不均勻分布，并形成位錯纏并形成位錯纏結(jié)。結(jié)。進一步增加變形度時，大量位錯發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位進一步增加變形度時，大量位錯發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位錯組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。其中，高密度的纏結(jié)位錯主要集中于錯組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。其中，高密度的纏結(jié)位錯主要集中于胞的周圍，構(gòu)成胞壁，而胞內(nèi)的位錯密度很低胞的周圍，構(gòu)成胞壁，而胞內(nèi)的位錯密度很低變形晶粒是由許多變形晶粒是由許多這種胞狀亞結(jié)構(gòu)組這種胞狀亞結(jié)構(gòu)組成，各胞之間存在成，各胞之間存在微小的位向差。隨微小的位向差。隨著變形度的增大，著變

58、形度的增大，變形胞的數(shù)量增多、變形胞的數(shù)量增多、尺寸減小。如果經(jīng)尺寸減小。如果經(jīng)強烈冷軋或冷拉等強烈冷軋或冷拉等變形，則伴隨纖維變形，則伴隨纖維組織的出現(xiàn)，其亞組織的出現(xiàn)，其亞結(jié)構(gòu)也將由大量細結(jié)構(gòu)也將由大量細長狀變形胞組成長狀變形胞組成 研究指出，胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成不僅與變形程度有關(guān)，而研究指出，胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成不僅與變形程度有關(guān)，而且還取決于材料類型。對于層錯能較高的金屬和合金且還取決于材料類型。對于層錯能較高的金屬和合金（如鋁、鐵等），其擴展位錯區(qū)較窄，可通過束集而發(fā)（如鋁、鐵等），其擴展位錯區(qū)較窄，可通過束集而發(fā)生交滑移，故在變形過程中經(jīng)位錯的增殖和交互作用，生交滑移，故在變形過程中經(jīng)位錯

59、的增殖和交互作用，容易出現(xiàn)明顯的胞狀結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)明顯的胞狀結(jié)構(gòu)層錯能較低的金屬（如不層錯能較低的金屬（如不銹鋼等），其擴展位錯區(qū)銹鋼等），其擴展位錯區(qū)較寬，使交滑移很困難，較寬，使交滑移很困難，因此在這類材料中易觀察因此在這類材料中易觀察到位錯塞積群的存在，由到位錯塞積群的存在，由于位錯的移動性差，形變于位錯的移動性差，形變后大量的位錯雜亂的排列后大量的位錯雜亂的排列于晶體中，構(gòu)成較為均勻于晶體中，構(gòu)成較為均勻分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。故這類材料即使在大量變故這類材料即使在大量變形時，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)的形時，出現(xiàn)胞狀亞結(jié)構(gòu)的傾向性較小傾向性較小3性能的變化性能的變化 材料在塑性變形過程中，

60、隨著內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)的變化，材料在塑性變形過程中，隨著內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)的變化，其力學(xué)、物理和化學(xué)性能均發(fā)生明顯的改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能均發(fā)生明顯的改變 a加工硬化加工硬化 金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強度（硬度）顯著提高，金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強度（硬度）顯著提高，而塑性則很快下降，即產(chǎn)生了加工硬化現(xiàn)象而塑性則很快下降，即產(chǎn)生了加工硬化現(xiàn)象 加工硬化是金屬材料的一項重要特性，可被用作強化加工硬化是金屬材料的一項重要特性，可被用作強化金屬的途徑金屬的途徑 對那些不能通過熱處理強化的材料如純金屬，以及某對那些不能通過熱處理強化的材料如純金屬，以及某些合金，如奧氏體不銹鋼等，主要是借冷加工實現(xiàn)強些合金