材料的塑性变形(精)

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1、第六章材料的塑性变形重点与难点内容提要：材料体系的平衡相图与非平衡状态下的动力学规律是材料学家分析材料时手中最主要的两个工具。扩散是影响材料非平衡过程最巫要的动力学因素Z—。对固体中扩散的认识主要基于两方面的知识：扩散的宏观规律；扩散的微观机理。山浓度差引起的扩散可以用菲克定律描述。菲克定律的垄础是扩散速率与浓度梯度成正比H扩散与浓度梯度反向这一基本规律（菲克笫一定律）；在引入质量守恒定律后，菲克第一定律被推广应川丁非稳态过程（菲克第二定律）。扩散物质的扩散系数D是描述英扩散能力的重耍参数。在发生互扩散的扩散偶中，由于柯肯道尔效应，菲

2、克定律屮应采用互扩散系数。热力学理论分析证明，扩散的真正驱动力是扩散物质的热力学梯度，即扩散的真正驱动力是扩散物质热力学势的梯度，即扩散的方向和速率取决于扩散物质体系小热力学势梯度而不是浓度梯度。热力学势梯度可以由浓度、温度化学位、应力应变、电位等物理最在空间上的差开造成。浓度梯度引起的扩散只是一个最为常见的特例。扩散是扩散物质质点（原了、离了、分了等）由于热运动引起的迁移造成的。扩散物质质点每一次迁移的方向是随机的。扩散流是无数扩散物质质点迁移的统计结果，因此扩散具有热激活件质。间隙扩散与空位扩散是晶体中最主要的两种扩散机制，前者的

3、扩散系数及扩散激活能都耍明显低于后者。本章以品体中的原子扩散为主线，根据原子热运动迁移模型，给出了扩散系数的计算公式，从而把扩散的宏观变化规律与扩散的微观机理联系起來。以上两方血的知识是在后血几节分析复朵扩散问题及各种因素影响的基础。基本要求：（1）正确理解菲克定律及其物理实质，并能够较好地应用菲克定律解决一些较简单的扩散问题（2）熟悉掌握扩散的原子模型，能够根据这一模型分析扩散问题及各种因素对扩散的影响。（3）了解并掌握以下概念与术语：扩散、自扩散、互扩散、间隙扩散、空位扩散、上坡扩散、反应扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、互扩

4、散系数、扩散激活能、扩散通量、原子的热运动、原子迁移率、本征扩散、非本征扩散、晶界扩散、表面扩散、柯肯道尔效应。本章主耍讨论材料的形变行为和微观机制。6.1弹性变形6.1.1普弹性晶体发生弹性变形时，应力与应变成线性关系，去掉外力后，应变完全消失，晶体恢复到末变形状态。弹性变形阶段应力与应变服从虎克定律。弹性模量是重要的物理和力学参量，表示使原了肉丿「、1雀位貫的炸易心呵，只収决：晶体原子结合的本性，不依晶粒大小以及组织变化而变.是一种组织不敏感的性质。6.1.2滞弹性在弹性范围内加载或去载，发现应变不是瞬时达到其平衡值，而是通过一种

5、驰豫过程來完成的，即随时间的延长，逐步趋于平衡值的，在应力作用下逐渐产生的弹性应变叫滞弹性应变。应力一应变Illi线就成一回线，回线所包围的面积是应力循环一周所消耗的能量，称为内耗。6.2单晶体的塑性变形工程上应用的金属材料通常是多晶体。金属的須性变形主要通过滑移方式进行，此外述有学牛与扭折。高温变形时，还会以扩散蠕变与晶界滑动方式进行。6.2.1滑移1.滑移现象滑移带，若用电了显微镜观察，发现每条滑移带均由许多聚集在一起的相互平行的滑移线所组成。滑移线实际上是晶体表而产生的一个个滑移台阶造成的。在晶体缺陷一章已指岀，室温下晶体塑变的

6、主要方式是滑移.滑移是靠位错的运动实现的位错沿滑移面滑移.当移动到晶体表而时，便产生了大小等于柏氏矢量的滑移台阶，如果该沿移面上有大量位错运动到晶体表面,宏观匕晶体的一部分相对另一部份沿滑移面发生了相对位移,这便是滑移，滑移矢量与与柏氏矢量平行。2.滑移系滑移时，滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向方向是原子的最密排方向，一个滑移而与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。面心立方金属的滑移面为{111},共有四组，包含三个滑移方向，因此共有12个滑移系。密排六方金属滑移面为（0001）,滑移方向为<1120>,组滑移面包含2个滑移方向，

7、故也有T2个滑移系。密排六方金属滑移系少，滑移过程中，可能釆取空间位向少，故塑性差。体心立方金属得移系较多故比密排六方结构金属塑性好。但其滑移曲原了密排程度不如面心立方，滑移方向的数目也少于而心立方，故体心立方金属不如而心立方金属塑性好1.滑移的临界分切应力2.滑移时的晶体转动晶体发生塑性变形时，往往伴随取向的改变，当晶体在拉应力作用下产生滑移时.若夹头不受限制，欲使滑移面的滑移方向保持不变，拉力轴取向必须不断变化。实际上夹头固定不动,即拉力轴方向不变，此时品体必须不断发生转动。转动结果，使滑移而法线与外力轴夹角增大.使外力与滑移方向

8、夹角变小。3.多滑移与交滑移(1)多滑移对于有多组滑移系的晶体.当其与外力轴取向不同时，处于软位向的一组滑移系首先开动.这便是单滑移。若两组或儿组滑移系处在同等有利的位向，在滑移时，各滑移系同时开动,或由于滑移过程中晶体