材料科学基础I 第九章 (金属与合金的塑性变形

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第九章 金属与合金的塑性变形§9-1 概述一、弹性变形与塑性变形 1、弹性变形 、金属材料在外力作用下会发生变形。 金属材料在外力作用下会发生变形。当外力较小时变形是弹 变形 性的，即撤去外力(卸载)后变形消失。 性的，即撤去外力(卸载)后变形消失。这种可恢复的变形称 弹性变形。 为弹性变形。 弹性变形阶段，应力(单位面积上承受的作用力) 弹性变形阶段，应力(单位面积上承受的作用力)和应变 拉伸时单位长度变形量)成直线关系。这就是著名的虎克定 (拉伸时单位长度变形量)成直线关系。这就是著名的虎克定 律。

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F 虎克定律： 虎克定律： 单向拉伸： 单向拉伸： σ =E ε σ——拉应力 拉应力 ε——伸长应变 伸长应变 E——杨氏模量 杨氏模量

F σ= A

l

l0

A

l l0 ε= l0F

剪切变形： 剪切变形： τ =G γ τ——剪应力 剪应力 γ——剪应变 剪应变 G——剪切模量 剪切模量

τ

τ

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2、拉伸曲线 、从拉伸曲线看， 从拉伸曲线看，当应力超过一 定值， 定值，应力与应变不再成直线关 此时，已开始塑性变形。 系。此时，已开始塑性变形。

3、塑性变形 、

拉伸曲线

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塑性变形是永久性变形，外力撤去后变形也不能恢复。 塑性变形是永久性变形，外力撤去后变形也不能恢复。 永久性变形 塑性变形常用单向拉伸时的延伸率 和断面收缩ψ率表示 率表示： 塑性变形常用单向拉伸时的延伸率δ和断面收缩 率表示： 延伸率 延伸率

l l0 δ= × 100% l0A0 A ψ= × 100% A0

断面收缩

塑性变形的方式： 塑性变形的方式： 宏观上：伸长，缩短，弯曲，扭转， 宏观上：伸长，缩短，弯曲，扭转，等。 微观上： 单晶体只有滑移 孪生二种 滑移和孪生都是剪应变， 滑移和 二种。 微观上： 单晶体只有滑移和孪生二种。滑移和孪生都是剪应变， 即在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生了平移。 即在剪应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生了平移。

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§9-2 单晶体的塑性变形一、滑移 1、滑移现象 、

单晶锌变形后产生的滑移带 采自C.F.Elam著 The (采自 著 Dislocation of Metal Crystals Oxfold University press,1935) )

动画

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2、滑移系 、滑移系。 滑移晶面与其上面的一个滑移方向组成一个滑移系 滑移晶面与其上面的一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移面是最密排面，滑移方向也是最密排晶向。 滑移面是最密排面，滑移方向也是最密排晶向。

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三种常见金属晶体的滑移系： 三种常见金属晶体的滑移系：

滑移系数越多的晶体，塑性越好。 都是12个滑移 滑移系数越多的晶体，塑性越好。BCC与FCC都是 个滑移 与 都是 但是FCC的塑性

要好一些。HCP晶体的滑移系只有 个， 的塑性要好一些。 晶体的滑移系只有3个 系，但是 的塑性要好一些 晶体的滑移系只有 所以，塑性较差。 所以，塑性较差。

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3、滑移的临界分切应力——Schmid定律 、滑移的临界分切应力 定律当晶体受到外力作用时， 当晶体受到外力作用时，无论 外力方向、大小和作用方式如何， 外力方向、大小和作用方式如何， 都可以将其分解成垂直于某一晶 滑移面) 面(滑移面)的正应力和沿此晶 面的切应力。 面的切应力。 如图： 如图：

τ=

P A cos

cos λ

P = cos cos λ A = σ cos cos λ

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式中cos φ cosλ称为取向因子，或Schmid因子。 式中 称为取向因子， 因子。 称为取向因子 因子 屈服强度) 微观上晶体开始滑移， 当σ = σ s(屈服强度)时，微观上晶体开始滑移，宏观上开 始塑性变形，此时对应着τ 称为临界分切应力。 始塑性变形，此时对应着 = τc。 τc称为临界分切应力。其大小 取决于结合键特征、晶体结构类型、纯度、温度等因素。 取决于结合键特征、晶体结构类型、纯度、温度等因素。

τ c = σ s cos cos λ对于一定的晶体， τc为定值。取向因子cos φ cosλ的值越大， 对于一定的晶体， 为定值。取向因子 的值越大， 的值越大 越小，晶体越容易滑移。 都接近45º时 则σs越小，晶体越容易滑移。当φ和λ都接近 时，取向因子 和 都接近 cos φ cosλ=0.5(极大值 ， σs最小，晶体最容易滑移。此位向称 极大值), 最小，晶体最容易滑移。 极大值 软位向。同理， 则称为硬位向 为软位向。同理， 90º则称为硬位向，此时 s趋近于无穷大。 则称为硬位向，此时σ 趋近于无穷大。

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一些金属单晶体的临界分切应力τ 一些金属单晶体的临界分切应力 c金属 晶体 结构 纯度 % 滑移系 {111}〈110〉 〈 〉 τc(MN/m2) 0.79 0.49 3.24~7.17 {110},{112}〈111〉 , 〈 〉 {110}〈111〉 〈 〉 (0001)〈11-20〉 ) 〉 {10-10}〈11-20〉 〈 〉 27.44 33.80 0.81 13.70

Al Cu Ni Fe Nb Mg Ti

FCC 99.9 99.8 BCC 99.96 HCP 99.95 99.99

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右图为Mg单晶拉伸时， 右图为 单晶拉伸时，与晶 单晶拉伸时 体取向的关系，曲线为计算结果， 体取向的关系，曲线为计算结果， 圆点为实测值，两者非常一致。 圆点为实测值，两者非常一致。

4、滑移时晶体的转动 、

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随着滑移进行，不仅滑移面 …… 此处隐藏：2862字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……