材料科学基础第八章.ppt
第三节 滑移与孪晶变形 塑性变形的主要方式：滑移，孪生，扭折。 一滑移观察 1 滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿着一 定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列 规律性的塑变方式。 滑移变形具有以下特点： (1）滑移在切应力作用下产生 （2）滑移沿原子密度最大的晶面 和晶向发生 （3）滑移时两部分晶体的相对 位移是原子间距的整数倍,（2）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系的个数:(滑移面个数）×（每个面上所具有的滑移方向的个数）,(1),（2）滑移系 滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（k）。,四 孪晶变形 （1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。 孪生面 bcc112,fcc111,hcp1012 （2）孪生的晶体学 孪生方向bcc,fcc,hcp 孪晶区,肖克莱不全位错的柏氏矢量 ，,实质上就是一个肖克莱不全位错的移动。,（3）孪生变形的特点,第四节 单晶体的塑性变形 一施密特定律,k取决于金属的本性，不受，的影响； 或90时，s ； s的取值 ，45时，s最小，晶体易滑移； 软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。,二单滑移、多滑移和交滑移 1、滑移的分类 单滑移： 双滑移： 多滑移：在多个（2）滑移系上同时或交替进行的滑移。 交滑移:指两个或多个滑移面沿一个滑移方向的滑移。 2、等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等的一组滑移系。,交滑移 （1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。 （2）bcc:110,112,123111 （3）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑移面的过程； 螺位错的双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面的过程。,4 滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带； 多滑移：相互交叉的滑移带； 交滑移：波纹状的滑移带。,二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化：霍尔配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制） 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细， 塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。,·（3）固溶强化的机制： 溶质原子与位错的：化学交互作用 电交互作用 几何交互作用 弹性交互作用柯氏气团对位错的钉扎作用。,应变时效？,退火：经塑性变形后的金属再进行加热称为退火。 退火的目的：为了恢复与提高金属的塑性，或获得某种要求的使用性能 三 回复退火的应用 1回复机制与性能的关系 内应力降低:弹性应变基本消除; 硬度、强度下降不多：位错密度降低不明显，亚晶较细； 电阻率明显下降：空位减少，位错应变能降低。 2去应力退火 降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。,再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度后，在原来的组织中产生了无畸变的新晶粒，而且性能恢复到变形以前的完全软化状态，这个过程称为再结晶 一 再结晶的形核与长大 驱动力：畸变能差 2 长大 方式:晶核向畸变晶粒扩展,至新晶粒相互接触。 注：再结晶不是相变过程。,二 再结晶动力学 （1）再结晶速度与温度的关系 v再Aexp(-QR/RT) （2）规律 有孕育期; 温度越高,变形量越大孕育期越短;在体 积分数为0.5时速率最大，然后减慢。,四 影响再结晶的因素 1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。 2 变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大,再结晶温度降低；晶界越多，有利于形核。 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。 5 第二分散相。间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心，促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。,五 再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小变形量关系图） 1 变形量（图）。存在临界变形量，生产中应避免临界变形量。 2 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多， 使晶粒细化。 3 合金元素和杂质。增加储存能，阻碍晶界移动，有利于 晶粒细化。 4 温度。变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶 粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。,驱 动 力：界面能差. 长大方式： 正常长大； 异常长大（二次再结晶）.,第十二节 晶粒长大,一 晶粒的正常长大 1 正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。 它是一个晶界移动的过程，晶界能否迁动取决于两个因 素：第一有无足够的驱动力，第二晶界有无足够的迁移率 2 驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱 动力越大。 (长大方向是指向曲率中心,而再结晶晶核的长大方向相反.),一 晶粒的正常长大 4 影响晶粒长大的因素 (1)温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。 (2)分散相粒子。阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。一 般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数的 关系： d=4r/3 (3)杂质与合金元素。“气团作”钉扎晶界,不利于晶界移动。 (4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界， 因而前者的移动速率低于后者。,
