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第4章万博体育注册 晶体的塑性变形

文字:[大][中][小]2019-08-11 22:55     浏览次数:    

  第4章 晶体的塑性变形_其它_职业教育_教育专区。第4章 晶体的塑性变形

  第一节 派-纳力和起始塑性变形抗力 ? 位错宽度和派-纳(P-N)力 ⑴位错宽度w--晶体中已滑移部分和未滑移部分间的过度区 规定:位错中心两侧原子列偏离平衡位置b/4的原子列间距离 位错宽度越宽,位错运动所需克服的能垒越小. . a)位错宽度w 大 b)位错宽度w 小 c)能量-位移关系曲线 ⑵派-纳(Peierls-Nabarro:P-N)力或晶格阻力--位错在点阵周期场中运动所需克 服的阻力 ? P? N ? 2G 2? w 2G 2? a exp(? )? exp(? ) 1 ?? b 1 ?? b(1 ?? ) 式中,G ? 切变模量;? ? 泊松系数;a ? 滑移面间距;b ? 柏氏矢量大小 结论: ①位错宽度越窄,P-N力越大,晶体的塑性越差。与金属晶体相比,共价键晶体 和离子键晶体的位错宽度大(由于键角、键长和键的方向性等难以改变。 ②b(原子间距)最小、a(面间距)最大时,P-N力最小。位错在密排面的密排 方向上运动,阻力最小。 ③位错宽度窄的晶体的屈服或流变应力对温度及应变速率敏感性大。 ? 晶体起始塑性变形抗力-实际晶体开始开始塑性变形的应力(屈服应力) 起始塑性变形抗力与位错间的交互作用、位错与其它缺陷和第二相间的交互作用、万博体育注册, P-N力等因素有关。 第二节 屈服和位错增殖 ?屈服降落-产生上下屈服点的现象 屈服降落是在各类晶体中普遍存在的现象 ?柯氏气团与屈服降落 ⑴解释低碳钢的上下屈服点的现象 ⑵柯氏气团难以解释的现象 ①不形成柯氏气团的晶体中(Si、Ge、LiF、铜晶须)也会出现屈服降落。 ②按照柯氏气团理论,温度越低位错被钉扎的越强烈,但实际位错被钉扎的强 弱 程度不随温度变化。 ③按照柯氏气团理论,上屈服点应是位错脱钉应力,但电镜观察表明,开始屈服后 位错大量增殖。 *柯氏气团不是发生屈服降落的必要条件。 ⑶解释屈服降落的普遍理论 ①屈服降落的必备条件 ⅰ.变形前晶体的可动位错密度低;ⅱ.变形后位错能快速增殖;ⅲ.在下式中,m要 小: ? v ? ( )m ?0 式中,v ? 位错速率;? ? 切应力; ? 0 ? 位错以单位速度运动的切应力;m-速度的应力敏感系数。 ②屈服降落的普遍理论 ⅰ.拉伸时的应变速率: ? ? ? m bv 式中,? m -可动位错密度;v ? 位错速率;b ? 柏氏矢量大小。 ⅱ.定性解释 由上式可知,以一定的速度拉伸时,当可动位错密度 ?m 很小时位错为适应变 形速率必须作高速运动,若晶体的m(速度的应力敏感系数)值小则外加应力 ?m 必须很大,才可产生屈服,万博体育注册屈服后晶体中就有大量的位错增殖,可动位错密 度 ?增加后为保持应变速率 稳定,位错运动速率 必须降低,从而使 ? 所需外加应力 也随之降低,出现屈服降落。 ⅲ.应力敏感系数m对屈服降落的影响 材料的m越小,屈服降落越明显. v 第三节 单晶体的滑移变形 ? 密排六方(hcp)晶体金属的滑移 ⑴理想的密排六方(hcp)晶体(c/a=1.633)的滑移系:(0001)<1120> ⑵ c/a接近或大于1.633的密排六方金属(Mg(1.624);Zn(1.856);Cd(1.885))的滑移系: (0001)<1120>.滑移系少,加工硬化速率低. ⑶ c/a小于1.633的密排六方金属(Ti(1.587);Zr(1.5) ))的滑移系: 基面已不是唯一的密排面, 棱柱面{1010}和棱 锥面{1011}密排程 度与基面相近.棱柱面和 棱锥面也是滑移面,滑移 方向不变<1120>. 滑移系多,加工硬化速率大. ? 面心立方(fcc)晶体金属的滑移 滑移面:{111};滑移方向:〈110〉 特点:滑移系多,可进行单滑移、双滑移或多滑移,取决于外力轴的取向. ? 体心立方(bcc)晶体金属的滑移 滑移面:{110}、{112}、{123};滑移方向:〈111〉 特点:不服从Schmid定律和滑移的非对称性。 不服从Schmid定律的两种表现: ⑴不同温度在不同晶向上做拉力试验, 当Schmid因子最大时,临界分切应 力并不是最大,而且也不是常数 。 ⑵同样晶向上拉伸与压缩的临界切应力不相等 表明位错运动在正反方向上的阻力不同 第四节 多晶体的变形 影响多晶体变形的两个因素:晶界和晶体(粒)位向 ? 晶体位向的影响 晶粒间变形要协调,至少应有5个独立的滑移系。 面心和体心立方金属滑移系多可满足要求5个独立的滑移系的变形协调条件。 密排六方金属滑移系少,为了实现变形协调: ⑴柱面和棱锥面参与滑移;⑵产生孪生变形 ? 晶界的影响 ⑴位错在晶界上的塞积 位错运动受到晶界的阻止,在晶界前塞积,形成塞积群。万博体育注册位错在塞积群中的 分布是不均匀的,离晶界越近排列越密。 塞积群的长度L等于晶粒直径D的一半:L=D/2 设:塞积群中有n个位错,在外力τ作用下,晶界对领先位错的作用力τB,则 τB=nτ 可知在外力τ作用下在晶界附近引起的应力集中是外力τ的n倍。 塞积位错产生的应力集中的作用: ①激发相邻晶粒位错源的开动,使变形由一个晶粒传播到另一个晶粒 当τB在相邻晶粒滑移方向上的分切应力 达到临界切应力τc时,相 邻晶粒的位错源开动。 ②产生生解理裂纹,松弛应力。 ⑵晶界发射位错 晶界除了阻碍位错运动造成位错塞集外,还可以自身发射位错。 第五节 温度和应变速率对流变应力的影响 ? 流变应力的组成 流变应力随温度升高或应变速率降低而减小.温度达到某一临界值后,流变应力不在变化。 ⑴流变应力的组成 流变应力由两部分组成:与温度有关的分量τ* 和与温度无关的分量τ G τ=τ* +τ G 当温度超过超过临界温度TC 后,τ* =0,τ=τ G τ*取决于位错运动受到的短程障碍。如螺位错与林位错交截后产生的割阶的攀移。 τ G 取决于位错运动受到的长程障碍。平行位错间的相互作用。 当温度超过超过临界温度TC 后,τ* =0,τ=τ G。 当T?TC时短程障碍的能垒完全由热起伏(激活)提供。 当TTC时,随着温度的降低,τ*增加,在0K时最大τ* (0),此时没有热涨落了。 ? 面心 与体心立方金属的流变应力 体心立方金属单晶体(Nb):滑移的临界切应力随温度变化强烈 温度升高到某一温度(423K)时易滑移阶段消失 第二阶段硬化率不随温度变化 面心立方金属单晶体(Cu):滑移的临界切应力几乎不随温度而变化 第二阶段硬化率随温度而变化 由于上述差别,它们的拉伸塑性随温度的变化不同: 体心立方金属:温度降低,塑性减少 ;面心立方金属:温度降低,塑性反而增加 第六节 孪生变形 ? 形变孪晶在塑性变形中的作用 ⑴面心立方金属 一般很难产生孪生变形,如纯铜在4K下才发生孪生变 形。但低层错能的面心立方金属,如不锈钢、高锰钢等在室温下变形,可出 现大量的孪晶。 ⑵体心立方和密排六方金属 密排六方金属独立滑移系只有2个,为了协调变形,一般滑移和孪晶同时进行。 体心立方金属,在冲击载荷及低温时易发生孪晶变形。 ⑶孪晶变形的特点 ①临界切应力随温度升高而增加;②在给定温度下,增加应变速率使流变应力 减少;③加工硬化率随温度升高而增加;④引起很高的加工硬化率,由此带来高 的均匀伸长率。 ? 孪晶的形核与生长 ⑴细晶粒阻碍孪晶的产生:①孪晶形核需要有高的应力集中,而细晶粒产生的应 力较小;②晶界是孪晶生长的障碍。 ⑵孪晶在高应力 集中区形核,形核速度极快 ⑶孪晶在低应力下生长,应力-应变曲线上呈锯齿状 ? 孪晶变形机制 极轴位错机制----在孪晶面上的可动不全位错绕 一极轴位错连续扫过平行的孪晶面。 ⑴体心立方晶体的孪晶变形过程 孪晶系{112}〈111〉。在各{112}上有柏氏矢量为1/6[111]的位错,在各层 上面移动,就形成了孪晶,如下图:可动位错1/6[111],极轴位错在孪晶面 法线],等于孪晶面的面间距 。 ⑵面心立方晶体的孪晶变形过程 孪晶系{111}〈112〉。孪晶面就是滑移面,其上肖克莱位错a/6[112]的运动 就可产生孪晶,如下图:(111)上有柏氏矢量为a/6[112]的位错,在各层上面移 动,就形成了孪晶。 面心立方晶体的孪晶也可照极轴位错机制的方式产生,在[111]方向有一极轴 位错, b=a/3[111](螺位错),肖克莱位错a/6[112 ]绕其连续运动,也可产生孪晶。 *极轴位错机制可解释孪晶的高生长速率和孪晶形核需要的较高应力,但极轴位错机制未在电镜中得到证实。

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