金属塑性变形理论第2讲塑性变形物理本质.ppt
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1、金属塑性变形理论 Theory of metal plastic deformation,第二讲 Lesson Two,张贵杰 Zhang Guijie Tel:0315-2592155 E-Mail: 河北理工大学金属材料与加工工程系 Department of Metal Material and Process Engineering Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009,2019/6/21,2,第二章 金属塑性变形的物理本质 Chapter 2 Physical inbeing of metal plastic deformati
2、on,主要内容 Main Content 金属的晶体结构(Crystal structure) 位错理论基础(Dislocation theory) 单晶体塑性变形(Monocrystal plastic deformation) 多晶体塑性变形(Multi-crystal plastic deformation),2019/6/21,3,2.1 金属的晶体结构 Crystal structure,基本概念 晶胞结构 实际金属的晶体结构,2019/6/21,4,基本概念,晶体 :原子按一定的几何规律在空间作周期性排列 晶格 :用直线将原子中心连接起来,构成的空间格子 空间点阵:在空间由点排列起
3、来的无限阵列,其中每一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。 晶胞:只包含一个阵点的六面体,2019/6/21,5,晶界: 晶粒和晶粒之间的界面 晶面: 晶体中,由原子组成的平面 晶向: 由原子组成的直线,Grain or Crystalline Structure,Grain Boundary,Crystals,2019/6/21,6,晶胞结构,面心立方:Al、Ni、Cu、-Fe,2019/6/21,7,体心立方:Cr、V、Mo、W、-Fe、-Ti,2019/6/21,8,密排六方:Zn、Mg、Be、-Ti、-Co,c/a=1.57-1.64,2019/6/21,9,立方系的一些晶面指数,2
4、019/6/21,10,实际金属的晶体结构,单晶体: 各方向上的原子密度不同各向异性 多晶体: 晶粒方向性互相抵消各向同性 存在着一系列缺陷: 点缺陷、线缺陷、面缺陷,2019/6/21,11,一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度,2019/6/21,12,常见的缺陷,点缺陷:包括空位、间隙原子、异质原子。,2019/6/21,13,2019/6/21,14,线缺陷(位错),刃型位错,L:位错线长度,V:体积,r:位错密度。,一般退火晶体: r =106-108/cm2 超薄单晶体: r 103/cm2 冷变形金属: r =1011-1012/cm2,2019/6/21,15,M.F. A
5、shby and D.R.H. Jones, Engineering Materials 1, 2nd ed. (2002),2019/6/21,16,螺型位错,2019/6/21,17,混合型位错(螺型+刃型 ),2019/6/21,18,面缺陷,堆垛层错(stacking fault) 抽出型层错 插入型层错 如面心立方: ABCA(B)CABC 抽出 ABC(B)ABCABC 插入,2019/6/21,19,晶界 晶界上的原子平均能量高于晶内原子,高出的能量称为晶界能。,小角度晶界,2019/6/21,20,孪晶界,2019/6/21,21,亚晶界,扭转晶界,扭转晶界,面心立方结构中的(
6、001)面相符扭转晶界,b,o,n,d,B,r,o,k,e,n,b,o,n,d,(,d,a,n,g,l,i,n,g,b,o,n,d,),G,r,a,i,n,b,o,u,n,d,a,r,y,V,o,i,d,v,a,c,a,n,c,y,S,e,l,f,-,i,n,t,e,r,s,t,i,t,i,a,l,t,y,p,e,a,t,o,m,F,o,r,e,i,g,n,i,m,p,u,r,i,t,y,Fig. 1.51: The grain boundaries have broken bonds, voids, vacancies,strained bonds and “interstitial“ ty
7、pe atoms. The structure of the grain,boundary is disordered and the atoms in the grain boundaries have higher,energies than those within the grains.,2019/6/21,22,2.2 位错理论基础 Dislocation theory,柏氏矢量 (Burgers Vector)和位错环,(a)围绕一刃型位错的柏氏迥路;(b)完整晶体中 的相同迥路;迥路缺损即为柏氏矢量。,2019/6/21,23,(a)围绕一螺型位错的柏氏迥路;(b)完整晶体中 的
8、相同迥路;迥路缺损即为柏氏矢量。,2019/6/21,24,混合位错,(b),未滑移区,(a),B,b,b,A,A,滑移区,B,2019/6/21,25,位错攀移(Climb),正攀移:位错缩短,空位迁移 负攀移:位错加长,间隙原子迁移,2019/6/21,26,位错交割,(a),(b) 刃型位错上的弯节;(c),(d)刃型位错 和螺型位错上的割节,阴影部分为滑移面,刃型+刃型 割阶 继续滑移 刃型+螺型 割阶 继续滑移 螺型+螺型 割阶 不能继续滑移,柏氏矢量b,2019/6/21,27,(a),(b),(c),(d),b,b,b,2019/6/21,28,位错源和位错增殖,Dislocat
9、ion Loop: Frank Reed,2019/6/21,29,2019/6/21,30,Frank-Read sources in Si,Dash, Dislocation and Mechanical Properties of Crystals, Wiley (1957).,2019/6/21,31,位错塞积,2019/6/21,32,2.3 单晶体塑性变形机制 Mono-crystal plastic deformation,2.3.1 滑移 滑移:晶体一部分沿一定晶面(滑移面)和晶向(滑移方向)相对另一部分发生相对移动和切变。产生宏观的塑性变形。 滑移面:原子排列密度最大的晶面。
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- 金属 塑性变形 理论 物理 本质
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