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第三章 金属的塑性变形和加工硬化.ppt


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第三章 金属的塑性变形和加工硬化
第一页,共55页。
首先来分析纯金属单晶体的塑性变形过程
图3.1 典型金属的应力-应变曲线
在各种结构的金属中,面心立方金属的硬化机与FCC金属相近,但通常限于一组基面滑移,出现很长的第Ⅰ阶段,远远超过其他结构的晶体,以致其第Ⅱ阶段还未充分发挥时试样就已经断烈了。但条件合适时也会出现完整的三个阶段。
图3.5 锌单晶的加工硬化
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3.2 金属多晶体的塑性变形
使用的大多数金属材料都是多晶体。多晶体是通过晶界把取向不同、形状大小不同、成分结构不同的晶粒结合在一起的集合体。多晶体的塑性变形是许多单晶体塑性变形的集合。但是,由于组成多晶体的各个晶粒取向不同,由于存在着晶界及晶粒大小有差别,使得多晶体的塑性变形和强化有许多不同于单晶体的特点。
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一、晶界在塑性变形中的作用
为了显示晶界对变形的影响,可将由几个晶粒组成的大晶体承受变形并观察和测量它的变形分布情况。如下图:
图3.6 总变形量相同时多晶铝的几个晶粒各处的实际变形量
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由图可知:
1)总变形量相同时,在多晶体内,不仅各晶粒所承受的实际变形量不同,而且每个晶粒内部各处的实际变形程度也不一致。
2)在晶粒边界处变形程度都比晶粒内部小,这既表明晶界处较难变形;也显示出晶界在促进变形的不均匀分布上起很大作用。
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晶界对塑性变形过程的影响,主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。
1.晶界的障碍强化作用
由于晶界两侧晶粒取向不同,滑移从一个晶粒延伸到下一个晶粒是不容易的,晶界存在着阻 碍塑性变形进行的作用。
要实现塑性变形从一个晶粒传递到下一个晶粒,就必须外加以更大的力,这就是晶界的障碍强化作用。
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2.多系滑移强化作用
多晶体材料中,一个晶粒产生滑移变形而不破坏晶界连续性,相邻的晶粒必须有相应协调变形才行。多晶体的塑性变形,一旦变形传播到相邻的晶粒,就产生了多系滑移。位错运动遇到的障碍比单系滑移多,阻力要增加。而且随着变形量的增加,阻力增加很快,这就是多系滑移所产生的强化作用。
在不同的晶体结构中,多系滑移强化和障碍强化所起作用的大小是不同的。体心和面心立方晶体金属中,滑移系统多,多系滑移强化效果比障碍强化大得多;室温下变形的六方金属晶界的障碍强化是主要的。
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3.多晶体变形的不均匀性
多晶体由于存在着晶界及晶界两侧晶粒取向有差别,多晶体的塑性变形有着很大的不均匀性。
当外力作用于多晶体时,由于晶粒取向不同,作用于各晶粒的滑移系统上分切应力不同,因而各个晶粒变形不一样。
在单个晶粒内,晶界附近难于变形,一般来说,晶界变形要低于晶粒中心区域。
大小不同晶粒相比,细晶粒强化作用大。由于细晶组织中晶界占的比例要大于粗晶组织中的晶界,细晶组织的硬度普遍高于粗晶组织的硬度。
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二、晶界的本质
1、晶界处点阵畸变较大,存在着晶界能;
2、晶界处的原子排列的不规则性;
3、晶界处的原子偏离其平衡位置,具有较高的动能;
4、晶界处存在有较多的空位、位错等缺陷;
5、晶界处原子的扩散速度较大;
6、晶界的熔点较低。
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三、晶界对晶体强度的影响
多晶体与单晶体变形的区别主要表现在以下两个方面:
1)多晶体材料存在晶界;
2)多晶体中各晶粒的取向不同。
实验证明,多晶体材料的流变应力与晶粒直径的平方根成反比,即:Hall- Petch关系式

τ =τ* + kd-1/2
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四、金属多晶体应力一应变曲线
金属的流变曲线很好地表现出金属塑性变形过程中的特征。金属在塑性变形过程中的强化规律,都常采用应力一应变曲线来描述。
各种影响金属形变强化的因素(如点阵类型、金属种类、晶粒大小、变形温度、变形速度、加载方式等),都将影响到应力一应变曲线的特征和数值。
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1、FCC晶格金属多晶体的变形
多晶体面心立方晶格金属典型的应力-应变曲线通常用抛物线来描述。人们常常提出不同的关系式予以一般性描述,典型的方程是:
图3.7 铝多晶体77K温度时的
应力-应变曲线
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第一段,

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