第14讲单晶体多晶体的塑性变形、纯金属形变强化

第十四讲单晶体多晶体的塑性变形、纯金属形变强化

1.施密特定律

考点再现：这一部分其实不用多说了，几乎是每一年都会考一道施密特定律的题，今年再考这个题的概率在9成以上。

考试要求：首先要记住公式，知道两个角是那两个，不要弄混，另外就是对施密特定律的求解问题的一些细节处理，要完整，能够得到全部的分数才可。

知识点

施密特定律★★★★★

上式就是施密特定律。当在滑移面的滑移方向上，分切应力达到某一临界值τc时，晶体就开始屈服，σ=σs。cosυcosλ称为取向因子或者施密特因子。cosυcosλ值大者，称为软取向，材料屈服点较低，反之，cosυcosλ值小者，称为硬取向，材料的屈服点较高。

当滑移面垂直于拉力轴或者平行于拉力轴时，滑移面上的分切应力等于0，不能滑移。

注意点：两个角的求取，υ为滑移方向外力的夹角，λ是滑移面法向与外力的夹角。这道题的关键就是

找对角，计算的部分应该没有难度的。

2.单滑移、多滑移与交滑移

考点再现：10年考到了交滑移，在08年之前也涉及到了单滑移和多滑移，所以这一部分还是很有可能在今年的考试中出一道名词解释的。

考试要求：这部分要求不高，主要就是定义的理解和记忆。

知识点

单滑移：当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到了临界分切应力，这是发生单滑移。★★★

多滑移：当拉力轴在晶体的特定取向上，可能会使几个滑移系上的分切应力相等，在同时达到临界分切应力是，就会发生多滑移。★★★

交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。★★★

交滑移特征：材料塑性好；纯螺型位错。★★

3.多晶体的塑性变形

考点再现：08年考到了多晶体的塑性变形特点，是填空题，对于多晶体塑性变形的传递历来被认为是一个非常好的考点，但是到现在为止还没有考过，越是这样的点，我们越要注意，今年考的可能性不小。霍尔-佩奇关系在09年就考过，这是一个非常容易出现的考点，在近几年的考试中出场率也非常的高。

考试要求：这里尤其要重视霍尔-佩奇关系的应用，老师很有可能给大家一个例子让我们解释，霍尔-佩奇关系是能够解决很多问题的一个理论。

知识点

多晶体的塑性变形特点：★★★

变形的传递，

变形的协调。

多晶体塑性变形的传递★★★

一个晶粒的位错在某一滑移系上运动后，位错遇到晶界是变塞积起来，位错的塞积产生大量应力集中，当应力集中能使相邻晶粒的位错源启动时，原来取向不利的晶粒也能开始变形，相邻晶粒的变形也使位错塞积产生的应力集中得以松弛，这就是滑移的传播过程。

简单的提炼一下就是：位错移动→晶界塞积→应力集中→位错源启动→晶粒变形→应力松弛→滑移传递

多晶体的施密特定律★★★

面心立方金属Ω等于1/3，体心立方金属Ω=1/2，密排六方金属Ω=1/6。

霍尔-佩奇关系★★★★★★

σys=σ0+k y d-1/2

屈服强度与晶粒尺寸的关系，也使细化晶粒的作用和原理。

4.纯金属的变形强化

考点再现：这一部分比较难以理解，在考试中出现的比较少，我们也一样不需要将这一部分作为很重点的内容来记忆，基本不会出现。

考试要求：对于弗兰克-瑞德源稍做一些理解记忆即可。

知识点

位错交割得到的结论★★

1）任意两种类型位错相互交割时，只要是形成割阶，必为刃型割阶，割阶的大小与方向取决于穿过位错的柏氏矢量

2）螺型位错上的割阶比刃型位错上的割阶运动阻力大

为什么金属在变形之后位错会大量增殖？

弗兰克-瑞德源★★

外加切应力的大小与位错的曲率半径呈反比，R越小，所需切应力τ越大。临界切应力

双交滑移机制大家知道是什么意思就可以了。★★

同学们，以上就是第十四讲的主要内容，最重要的考点是施密特定律与霍尔-佩奇关系，其他考点还有多晶体塑性变形的特点等，单滑移，多滑移和交滑移的定义也是重要内容，好了这一讲就到这里。

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第十五讲合金的变形强化、冷变形金属的组织与性能，冷变形金属的回复、再结晶

第六章 塑性变形习题集-附部分答案

1.简单立方晶体(100)面有1 个[]010=b 的刃位错 (a)在(001)面有1 个b =[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折结还是割阶？ (b)在(001)面有1 个b =[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？ 解：两位错相割后，在位错留下一个大小和方向与对方位错的柏氏矢量相同的一小段位错，如果这小段位错在原位错的滑移面上，则它是扭折；否则是割阶。为了讨论方便，设(100)面上[]010=b 的刃位错为A 位错，(001)面上b =[010]的刃位错为B 位错，(001)面上b =[100]的螺位错为C 位错。 (a) A 位错与B 位错相割后，A 位错产生方向为[010]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[010]?[100]=0，即小段位错是在A 位错的滑移面上，所以它是扭折；而在B 位错产生方向为[ 010 ]的小段位错，B 位错的滑移面是(001)， [010]?[001]=0 ，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。 (b)A 位错与C 位错相割后，A 位错产生方向为[100]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[100]?[100]≠0 ，即小段位错不在A 位错的滑移面上，所以它是割阶；而在C 位错产生方向为[]010的小段位错，C 位错的滑移面是(001)，[] []0001010=?，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。 2.下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2 个同号刃位错AB 和CD ，距离为x ，他们作F-R 源开动。 (a)画出这2 个F-R 源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？ (b)若2 位错是异号位错时，情况又会怎样？ 解：(a)两个位错是同号，当位错源开动时，两个位错向同一方向拱弯，如下图(b)所示。在外力作用下，位错继续拱弯，在相邻的位错段靠近，它们是反号的，互相吸引，如上图(c)中的P 处所示。两段反号位错相吸对消后，原来两个位错连接一起，即形成AD 位错，余下一段位错，即BC 位错，这段位错和原来的位错反号，如上图(d)所示。在外力作用下，BC 位错也作位错源开动，但它的拱弯方向与原来的相反，如上图(e)所示。两根位错继续拱弯在如图(f)的O 及O'处再相遇，因为在相遇处它们是反号的，所以相吸对消。最后，放出一个大位错环，并回复原来的AB 和CD 两段位错，如上图(g)所示。这个过程不断重复增值位错。

金属的塑性变形和强化

第六章金属的塑性变形和强化 练习与思考题 1 什么叫强化？可能采用那些强化手段来强化金属？ 采用各种方式使得金属塑性变形时位错运动的阻力增大，即可实现金属材料的强化。如冷变形的加工硬化，添加合金的固溶强化和析出沉淀强化，细晶强化，亚结构强化，多相组织的相变强化等。 2 面心立方单晶体的应力应变曲线的硬化系数θ为什么各个阶段各不相同？θⅡ最大的原因是什么？ 第I阶段一般认为只有一个滑移系开动，强化作用不大，θI较小，为易滑移阶段； 第Ⅱ阶段为线性强化阶段，出现了多系滑移；多系滑移产生大量位错，使得位错运动阻力明显增大，尤其是面角位错的出现，强烈的阻止位错源开动，并强 最大。 烈阻止其他滑移面上的位错运动，从而使得这一阶段硬化指数θ Ⅱ 第Ⅲ阶段出现了交滑移，从而拜托了面角位错的封锁，使原被塞积的位错继续运动，使得位错的自由路程增大。即在加工硬化的同时，存在着动态回复的软化过程，从而造成θⅢ随着γ增大而逐渐降低的现象。 3 晶界对塑性变形有什么影响？ 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。

为使多晶体塑性变形过程不破坏晶界连续性，相邻的晶粒必须协调变形。多晶体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。 存在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。在单个晶粒内，晶界变形要低于晶粒中心区域；由于细晶组织中晶界占的比例要大于粗晶组织中的晶界，细晶组织的强化效果高于粗晶组织。 4 多系滑移为何能起到强化作用？金属多晶体塑性变形一开始为什么就出现了多系滑移的强化？ 多系滑移产生大量位错，位错间相互作用使得位错运动阻力明显增大，尤其是面角位错的出现，强烈的阻止位错源开动，并强烈阻止其他滑移面上的位错运动。 多晶体材料中，某一晶粒产生滑移变形而不破坏晶界连续性，相邻的晶粒必须协调变形。理论计算证明，相邻晶粒通过滑移协调一个可以变成任意形状的晶粒的变形，至少需六个滑移系统。所以多晶体塑性变形一旦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，阻力增加很快。 5 细化晶粒对金属材料的力学性能有什么影响？细化晶粒可以解决哪些问题？有哪些途径可以细化晶粒？ 根据Hall-Petch关系，流变应力与晶粒直径方根的倒数(D-1/2)有明显的线性关系。 σs=σi+KD-1/2 式中σs——屈服应力； D——平均晶粒直径；σi、K——实验常数。 细化晶粒非常重要，在工程上有重要的应用 （1）在高强度的钢种中，细化晶粒可以提高其韧性；有助于防止脆性断裂发生，可降低脆性转化温度，提高材料使用范围。 （2）在低强度钢中（如低碳结构钢），利用细化晶粒来提高屈服强度有明显效果。尤其是超细晶组织对提高强度和韧性作用更突出。 （3）在超塑性变形时，细化晶粒可以得到理想的超塑性变形。因为超塑性

第14讲单晶体多晶体的塑性变形、纯金属形变强化

第十四讲单晶体多晶体的塑性变形、纯金属形变强化 1.施密特定律 考点再现：这一部分其实不用多说了，几乎是每一年都会考一道施密特定律的题，今年再考这个题的概率在9成以上。 考试要求：首先要记住公式，知道两个角是那两个，不要弄混，另外就是对施密特定律的求解问题的一些细节处理，要完整，能够得到全部的分数才可。 知识点 施密特定律★★★★★ 上式就是施密特定律。当在滑移面的滑移方向上，分切应力达到某一临界值τc时，晶体就开始屈服，σ=σs。cosυcosλ称为取向因子或者施密特因子。cosυcosλ值大者，称为软取向，材料屈服点较低，反之，cosυcosλ值小者，称为硬取向，材料的屈服点较高。 当滑移面垂直于拉力轴或者平行于拉力轴时，滑移面上的分切应力等于0，不能滑移。

注意点：两个角的求取，υ为滑移方向外力的夹角，λ是滑移面法向与外力的夹角。这道题的关键就是 找对角，计算的部分应该没有难度的。 2.单滑移、多滑移与交滑移 考点再现：10年考到了交滑移，在08年之前也涉及到了单滑移和多滑移，所以这一部分还是很有可能在今年的考试中出一道名词解释的。 考试要求：这部分要求不高，主要就是定义的理解和记忆。 知识点 单滑移：当只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到了临界分切应力，这是发生单滑移。★★★ 多滑移：当拉力轴在晶体的特定取向上，可能会使几个滑移系上的分切应力相等，在同时达到临界分切应力是，就会发生多滑移。★★★ 交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。★★★ 交滑移特征：材料塑性好；纯螺型位错。★★

第四章 塑性变形(含答案)

第四章塑性变形（含答案） 一、填空题（在空白处填上正确的内容） 1、晶体中能够产生滑移的晶面与晶向分别称为________和________，若晶体中这种晶面与晶向越多，则金属的塑性变形能力越________。 答案：滑移面、滑移方向、好（强） 2、金属的再结晶温度不仅与金属本身的________有关，还与变形度有关，这种变形度越大，则再结晶温度越________。 答案：熔点、低 3、晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象称为________。答案：滑移 4、由于________和________的影响，多晶体有比单晶体更高的塑性变形抗力。 答案：晶界、晶粒位向（晶粒取向各异） 5、生产中消除加工硬化的方法是________。 答案：再结晶退火 6、在生产实践中，经冷变形的金属进行再结晶退火后继续升高温度会发生________现象。答案：晶粒长大 7、金属塑性变形后其内部存在着残留内应力，其中________内应力是产生加工硬化的主要原因。 答案：第三类（超微观） 8、纯铜经几次冷拔后，若继续冷拔会容易断裂，为便于继续拉拔必须进行________。 答案：再结晶退火 9、金属热加工时产生的________现象随时被再结晶过程产生的软化所抵消，因而热加工带来的强化效果不显著。 答案：加工硬化 10、纯铜的熔点是1083℃，根据再结晶温度的计算方法，它的最低再结晶温度是________。答案： 269℃ 11、常温下，金属单晶体塑性变形方式有________和________两种。 答案：滑移、孪生 12、金属产生加工硬化后会使强度________，硬度________；塑性________，韧性________。答案：提高、提高、降低、降低 13、为了合理地利用纤维组织，正应力应________纤维方向，切应力应________纤维方向。答案：平行（于）、垂直（于） 14、金属单晶体塑性变形有________和________两种不同形式。 答案：滑移、孪生 15、经过塑性变形的金属，在随后的加热过程中，其组织、性能和内应力将发生一系列变化。大致可将这些变化分为________、________和________。 答案：回复、再结晶、晶粒长大 16、所谓冷加工是指金属在________以下进行的塑性变形。 答案：再结晶温度

金属塑性变形理论习题集

《金属塑性变形理论》习题集 张贵杰编 河北联合大学 金属材料与加工工程系 2013年10月

前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考材料科学与工程专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为72，内容上分为两部分，即“金属塑性加工力学”（40学时）和“塑性加工金属学”（32学时）。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2013年10月

第一部分 金属塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余 弦31 ===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的 分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1 ?? ?? ? ??------ =1548404847σT x y z 图 1-2 x 10

金属塑性变形原理

金属塑性变形原理 1、变形和应力 1．1塑性变形与弹性变形 金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说，未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。多晶体发生弹性变形时，各个晶粒的受力状态是不均匀的。 当加在晶体上的外力超过其弹性极限时，去掉外力之后歪扭的晶格和破碎的晶体不能恢复到原始状态，这种永久变形叫金属的塑性变形。金属发生塑性变形必然引起金属晶体组织结构的破坏，使晶格发生歪扭和紊乱，使晶粒破碎并且使晶粒形状发生变化，一般晶粒沿着受力方向被拉长或压缩。 1．2应力和应力集中 塑性变形时，作用于金属上的外力有作用力和反作用力。由于这两种外力的作用，在金属内部将产生与外力大小相平衡的内力。单位面积上的这种内力称为应力，以σ表示。 σ=P/S 式中σ——物体产生的应力，MPa： Ｐ——作用于物体的外力，N； Ｓ——承受外力作用的物体面积，mm2。 当金属内部存在应力，其表面又有尖角、尖缺口、结疤、折叠、划伤、裂纹等缺陷存在时，应力将在这些缺陷处集中分布，使这些缺陷部位的实际应力比正常应力高数倍。这种现象叫做应力集中。 金属内部的气泡、缩孔、裂纹、夹杂物及残余应力等对应力的反应与物体的表面缺陷相同，在应力作用下，也会发生应力集中。 应力集中在很大程度上提高了金属的变形抗力，降低了金属的塑性，金属的破坏往往最先从应力集中的地方开始。 2、塑性变形基本定律 2．1体积不变定律 钢锭在头几道轧制中因其缩孔、疏松、气泡、裂纹等缺陷受压缩而致密，体积有所减少，此后各轧制道次的金属体积就不再发生变化。这种轧制前后体积不变的客观事实叫做体积不变定律。它是计算轧制变形前后的轧件尺寸的基本依据。 H、B、L——轧制前轧件的高、宽、长；h、b、l——轧制后轧件的高、宽、长。根据体积不变定律，轧件轧制前后体积相等，即 HBL=hbl 2．2最小阻力定律 钢在塑性变形时，金属沿着变形抵抗力最小的方向流动，这就叫做最小阻力定律。根据这个定律，在自由变形的情况下，金属的流动总是取最短的路线，因为最短的路线抵抗变形的阻力最小，这个最短的路线，即是从该动点到断面周界的垂线。

第五章 金属及合金的塑性变形 -答案

第五章金属及合金的塑性变形与断裂一名词解释 固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构 固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线升高，塑性下降的现象； 应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况； 孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生； 临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小

分切应力； 变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构。 二填空题 1．从刃型位错的结构模型分析，滑移的 移面为{111}，滑移系方向为<110>，构成12 个滑移系。P166. 3. 加工硬化现象是指随变形度的增 大，金属强度和硬度显著 提高而塑性和韧性显著下降的现象 ，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的

根本原因是位错密度提高，变形抗 力增大。 4．影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶格位向差。 5．金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，冷变形后金属的 强度增大，塑性降低。6．常温下使用的金属材料以细小晶粒为好，而高温下使用的金属材 料以粗一些晶粒为好。对于在高温下工作的金属材料，晶粒应粗一些。因为在高温下原子沿晶界 的扩散比晶内快，晶界对变形的阻 力大为减弱而致 7．内应力可分为宏观内应力、微观内应力、点阵畸变三种。 三判断题 1．晶体滑移所需的临界分切应力实测值比理论值小得多。（√） 2 在体心立方晶格中，滑移面为｛111｝×6，滑移方向为〈110〉×2，所以其滑

(完整版)《金属塑性成形原理》习题答案

金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 5. 对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝

6.1864 年法国工程师屈雷斯加( H.Tresca )根据库伦在土力学中研究成果， 并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果 采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。 7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多， 归结起来主要有 金属的 种类和 化学成分 、 工具的表面状态 、 接触面上的单位压力 、 变形温度 、 变形速度 等几方面的因素。 8. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切 线方向即 为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态 下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是 平均应力 不同，而各点处 的 最大切应力 为材料常数。 9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应 的速度 场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场， 称之为 真实 应力场和 真实 速度场，由此导出的载荷，即为 真实 载荷， 它是唯一的。 10. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： 11、金属塑性成形有如下特点： 、 、 、 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为 和 两大类，按 照成形时工件的温度还可以分为 、 和 三类。 13、金属的超塑性分为 和 两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为 和 。 其中 变形是主要的，而 变形是次要的，一般仅起调节作用。 ，则单元内任一点外的应变可表示为

金属塑性变形对组织和性能的影响

金属塑性变形对组织和性能的影响 多晶体金属经塑性变形后，除了在晶粒内出现滑移带和孪晶等组织特征外，还具有以下组织结构的变化： ①形成纤维组织，塑性变形后，晶粒沿变形方向逐渐伸长，变形量越大，晶粒伸长的程度也越大。当变形量很大时，晶粒呈现出一片如纤维状的条纹，称为纤维组织．当金属中有杂质存在时，杂质也沿变形方向拉长为细带状（塑性杂质）或粉碎成链状（脆性杂质）． ②形变亚结构的形成及细化． ●形变亚结构的形成机理：在切应力作用下，位错源所产生的大量位错沿滑移 面运动时，将遇到各种阻碍位错运动的障碍物，如晶界、亚晶界、第二相颗粒及割阶等，造成位错缠结．这样，金属中便出现了由高密度的缠结位错分隔开的位错密度较低的区域，即形变亚结构。 ●亚结构的细化，形变亚结构的边界是严重晶格畸变区，堆积大量位错，而内 部的晶格则相对完整，仅有稀疏的位错网络，这种亚结构也称为胞状亚结构或形变胞．（内部完整，外部包满位错） ③产生变形织构，与单晶体一样，多晶体在塑性变形时也伴随着晶体的转动过程，故

当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而趋于一致，这种现象称为晶粒的择优取向，这种由于金属塑性变形使晶粒具有择优取向的组织叫做形变织构。同种材料随着加工方式的不同，可能出现不同类型的织构： ●丝织构：在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一晶向与拉拔方向平行或接近平 行。 ●板织构：在轧制时形成，其特征是各晶粒的某一晶面与平行于轧制平面，而某 一晶向平行于轧制方向。性能特点：显示出各向异性。 塑性变形对金属性能的影响 金属产生加工硬化（也称形变强化） 在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象即为加工硬化或形变硬化。 加工硬化的原因：与位错的交互作用有关。随着塑性变形的进行，位错密度不断增大，位错运动时的相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大．引起形变抗力的增加，金属的强度提高．加工硬化的是强化金属材料的方法之一。对于用热处理方法不能强化的材料来说，用加工硬化方法提高其强度就显得更为重要加工硬化的不利影响：随着变形度的提高，金属变形抗力增加，继续变形困难，因此需要退火热处理消除加工硬化效应，以避免金属变形时开裂。 另外，随着变形度的增大，电阻不断下降。金属的电阻与晶体中点缺陷的密度有关。随着变形度的增大，金属的密度、热导率略有下降；磁导率、磁饱和度下降，但磁滞和矫顽力增加。随着变形度的增大，由于点缺陷密度的升高，金属的内能提高，使其化学活性提高，腐蚀尤其应力腐蚀倾向显著增加。此外，塑性变形后，由于金属中的晶体缺陷（位错及空位）增加，使扩散激活能减少，扩散速度增加。 残余应力 金属在塑性变形过程中，外力所作的功大部分转化为热能，但尚有一部分（约占总变形功的10％）保留在金属内部，形成残余内应力和点阵畸变。有以下分类： 宏观内应力（第一类内应力）由于金属工件或材料各部分的不均匀变形所引起的，它是整个物体范围内处于平衡的力，当除去它的一部分后，这种力的平衡就遭到破坏，

多晶体的塑性变形

多晶体的塑性变形 塑性变形过程 由于各晶粒间存在位相差，在外力作用下，位向最有利的少数晶粒开始发生塑形变形，随后这些已变形晶粒中的平面位错群在晶界塞积导致应力集中，这一应力集中和外力叠加，使相邻晶粒的位错源开动，驱动相邻晶粒进行协调的（多滑移）塑形变形。 多晶体塑性变形特点： ①各晶粒的变形不是同时进行的； ②为了协调先发生塑性变形的晶粒形状的改变，相邻各晶粒必须进行多滑移，其中包括取向并不有利的滑移系上同时进行滑移，这样才能保证其形状作各种相应地改变．根据理论计算，每个晶粒至少需要５个独立的滑移系启动； ③受晶界及各晶粒位向不同的影响，各晶粒间、晶粒内的变形是不均匀的。 细晶强化 ①由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，滑移带终止于晶界； ②由于各晶粒间存在位相差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而滑移时必然要发生位错的相互交割．这两者均将大大提高金属材料的强度．显然，晶界越多，即晶粒越细小，则其强化效果越显著。这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为细晶强化。 多晶体的塑性变形与单晶体塑性变形的区别 单晶体产生塑性变形，只与其晶体内部位错滑移有关； 多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移，还要考虑晶粒之间的变形协调，即要考虑晶间变形。晶界在塑性变形中的作用可分2个部分来说：协调作用，多晶体在塑性变形时，各晶粒都要通过滑移或孪生而变形，而个晶粒的变形不能是任意的，必须相互协调，以保证晶界处变形的连续；阻碍作用，晶界之间存在位相差，阻碍位错的运动；多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响，使得其变形抗力比单晶体

高得多。但是归根到底，其塑性变形方式仍是滑移和孪生。 细化晶粒的方法 1、增加过冷度：过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。 2、变质处理：向金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。（加快形核） 3、振动与搅拌。（晶粒破碎） 4、对于冷变形的金属可以通过控制变形度，退火温度来细化晶粒。 通常金属是由许多晶粒组成的多晶体，晶粒的大小可以用单位体积内晶粒的数目来表示，数目越多，晶粒越细。在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。 这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。通过细化晶粒，金属材料力学性得到了提高：细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小。（晶粒越大位相差越大，变形越不均匀）

多晶体的塑性变形

第三节多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形也是以滑移和孪生为其塑性变形的基本方式 多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的原因： 许多形状大小取向各不相同的单晶体晶粒组成 多晶体塑性变形区别于单晶体塑性变形的特点： 1.多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和不同位向晶粒的影响 2.任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状态，需要周围晶粒配 合，才能保证 a)晶粒之间的结合 b)整个物体的连续性 多晶体的塑性变形要比单晶体的塑性变形复杂的多 一，多晶体的塑性变形过程 多晶体各晶粒变形的不同时性 1.原因：晶粒位向不同滑移系取向不同滑移系的分切应力值不同 2.具体：位向最有利的晶粒，取向因子最大的滑移系最先发生塑性变形，此时 位向不利的晶粒仍然处于弹性变形状态 此时虽然金属的塑性变形已经开始但并没有造成明显的宏观塑性变形效果 晶界处形成位错平面塞积群： 1.位向有利的晶粒发生塑性变形，滑移面上的位错源开动，位错环沿滑移面运 动 2.位错环不能越过晶界发展到相邻晶粒中去：因为晶粒位向不同滑移系不同 3.因此位错在晶界处受阻形成位错平面塞积群

相邻晶粒开始塑性变形 1.位错塞积群在附近区域造成很大的应力集中 2.外加载荷增加应力集中增加 3.两者相互叠加后在相邻晶粒某些滑移面上的分切应力达到临界分切应力，于 是位错源开动开始塑性变形 相邻晶粒塑性变形特点： 1.相邻晶粒的变形 a)不能是孤立的和任意的 b)必须与周围晶粒协调配合 c)否则难以变形 d)否则不能保持晶粒之间的连续性造成孔隙而使材料破裂 2.相邻晶粒不只是在位向最有利的滑移系中进行滑移，在取向并非有利的滑移 系中也要进行滑移 3.也就是说为了协调已塑性变形晶粒的形状，相邻晶粒必须进行多滑移 4.根据理论计算，每个晶粒至少需要5个独立的滑移系开动 在外加应力和应力集中的作用下越来越多的晶粒参与塑性变形： 宏观塑性变形效果： 1.少数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果不明显： 2.多数晶粒塑性变形宏观塑性变形效果明显：塑性变形晶粒?位错平面塞积群 ?应力集中?晶粒发生塑性变形 多晶体塑性变形的特点： 1.各晶粒变形的不同时性：

金属塑性变形对微观结构和力学性能的影响

金属塑性变形对微观结构和力学性能的影响 金属塑性变形定义 (plastic deformation of metals )金属零件在外力作用下产生不可恢复的永久变形。 单晶体产生塑性变形的原因是原子的滑移错位。多晶体（实际使用的金属大多是多晶体）的塑性变形中，除了各晶粒内部的变形（晶内变形）外，各晶粒之间也存着变形（称为晶间变形）。多晶体的塑性变形是晶内变形和晶内变形的总和。 人类很早就利用塑性变形进行金属材料的加工成形，但只是在一百多年以前才开始建立塑性变形理论。1864～1868年，法国人特雷斯卡（）在一系列论文中提出产生塑性变形的最大切应力条件。1911年德国卡门（ Karman）在三向流体静压力的条件下，对大理石和砂石进行了轴向抗压试验；1914年德国人伯克尔ker)对铸锌作了同样的试验。他们的试验结果表明：固体的塑性变形能力(即塑性指标)不仅取决于它的内部条件（如成分、组织）,而且同外部条件(如应力状态条件)有关。1913年德国冯·米泽斯 Kises)提出产生塑性变形的形变能条件；1926年德国人洛德、1931年英国人泰勒和奎尼分别用不同的试验方法证实了上述结论。 金属晶体塑性的研究开始于金属单晶的制造和 X射线衍射的运用。早期的研究成果包括在英国伊拉姆年)、德国施密特(1935年)、美国巴雷特年)等人的著作中。主要研究了金属晶体内塑性变形的主要形式──滑移以及孪晶变形。以后的工作是运用晶体缺陷理论和高放大倍数的观测方法研究塑性变形的机理。 塑性变形微观结构变化 图 1塑性变形中产生的滑移

塑性变形中最基本的微观变化是位错滑移和滑移带的产生。分为单滑移，双滑移，多滑移等。另外，还有孪生等现象的产生。 图 2 % Si-Fe单晶体中的平直滑移带 多晶金属在塑性变形过程中，仍然保持着连续性。即每个晶粒的变形都要受到相邻晶粒的制约，并与相邻晶粒的变形相协调。 晶粒越细，屈服强度越高 金属塑性变形的力学性能影响 钢经形变处理后，形变奥氏体中的位错密度大为增加，可 形变量愈大，位错密度愈高，金属的抗断强度也随之增高。随着形变程度增加不但位错密度增加而且位错排列方式也会发生变化由于变 形温度下，原子有一定的可动性，位错运动也较容易进行，因此在形变过程中及形变后停留时将出现多边化亚结构及位错胞状结构。当亚晶之间的取向差达到几度时，就可象晶界一样，起到阻碍裂纹扩展的作用，由霍尔一派奇公式，晶粒越小则金属强度越大。 由于亚结构的出现，相变时马氏体成核、长大过程均受到亚晶界的影响，生长的马氏体片尺寸d减小，从而使相界增加，材料强度提高。 由于形变奥氏体内位错密度增加，亚结构细化，从而为碳化物析出提供了处所，为碳的扩散开辟了通道，有利于碳化物弥散析出，起到了弥散硬化的作用，其强化效果与析出粒子间距成反比: 综上所述，形变处理的强化效果是位错强化、细晶强化、弥散硬化和相变强化的 综合表现。 超塑性变形对金属力学性能的影响 材料在外力的作用下，产生变形，而外力过大会产生大 素性变形，而这样的变形对材料的性能产生了巨大的影响， 为了更加准确的研究材料的性能，将材料表面细化至纳米化 或超细晶化。 强塑性变形金属表面纳米化

多晶体的塑性变形包括各个单晶体的塑性变形

1..多晶体的塑性变形包括各个单晶体的塑性变形，（称为晶内变形）和各晶粒之间的变形 （称为晶间变形）。 2.铸造性。包括1.充形能力（影响充型能力的因素人以下三方面；1.充型能力，2.温度和 压力，3.铸型填充条件）2.收缩。 3.铸件的最后凝固处，而固态收缩会因冷却不均匀或受到阻碍而产生热应力或机械阻碍应 力，应力过大引起铸件变形，甚至开裂而报废。 可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，则可以为金属的可锻性好。反之则差。 4.整体热处理方法；退火，正火，淬火，回火。 5.选择浇注位置。选择浇注位置应遵循如下原则：（1）铸件的重要工作面或加工面应 朝下或呈则立状态。（2）铸件上的大平面结构或薄壁结构应朝下或呈则立状态。（3）选择浇注位置应有利于补缩，防止在铸件中产生缩孔。 6.拔模斜度；铸件上垂直分型面的各个侧面具有斜度，以把模样（或型芯）从砂型中（或 从芯盒中）取出，并避免破坏型腔（或型芯）此斜度称为拔模斜度。 7.灰口铸铁件的可铸孔直径25mm，铸钢件可铸孔直径应大于35mm，有色金属件可铸件 直径应大于15mm。 型芯按照其在型腔中所处的状态，一般分为水平型芯和垂直型芯两大类。 型芯头是型芯的重要组成部分，在浇注时型芯头不与液体金属相接触，起到定位和支撑型芯及引导型芯中气体排出的作用。 8.金属型铸造是用金属材料（铸铁或钢）制作铸型生产铸件的方法。金属型可使用的次数 很多（可达上千次），故又称为永久型铸造。 金属型铸造保证质量；1.喷刷涂料，2.保持合适的工作温度，3.严格控制开型时间， 4.浇注灰口铸铁件要防止产生白口组织。 9.压力铸造是指液态金属在高压（5~150MPa）下，快速（充型时间0.001~0.2s）充填铸 型，并在压力下结晶，获得铸件的工艺方法。 首先把涂料喷刷在型腔表面上，起保护型腔和减小摩擦阻力作用。 10.设计铸件应合理的确定结构斜度。 11.离心铸造是指液体金属在商速旋转（250-1500r/min）的铸型中，在离心力作用下成形， 以获得铸件的工艺方法。 12.模膛根据其功用的不同，可以公为模锻模膛和制坯模膛两大类。 制定模锻件图时应考虑如下几个问题：Ⅰ分模面Ⅱ余量、公差和敷料Ⅲ模锻斜度Ⅳ模锻圆角半径 根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，要将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。 模锻斜度。模膛件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，以便从模膛中取出锻件。13.凸、凹模刃口尺寸的确定。冲载件尺寸和冲模间隙都决定于凸模和凹模刃口的尺寸，因 此必须正确决定冲模刃口尺寸。 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值） 设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙Z 确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值） 14.变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。拉深、弯曲、胀 形、翻边。 其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大些，确保拉深件质量，使生产顺利