晶体塑性变形.ppt

4 晶体的塑性变形?屈服–屈服应力、微屈服、宏观屈服、应变时效、?均匀塑性流变–流变应力、热激活分析、Cottrell-Stokes定律?实际金属的塑性变形规律–单晶体–多晶体–固溶体–两相合金– 屈服应力与温度的关系(1)在所有温度下,屈服强度都不高,表明滑移容易,塑性良好。(fcc金属铜、铝等,以及沿基面的滑移hcp金属(镁))(2)在T<,表现出硬而脆。(共价键晶体硅和锗、离子晶体Al2O3、金属间化合物NiAl);(3)屈服强度在T<,在室温以上就显著降低。(bcc过渡族金属铁、钨、钼、铌、钽) 理论屈服强度(屈服应力上限)???2? Peiers-Nabarro力(屈服应力下限)某些晶体结构材料P-N力比较(外推至0K)晶体结构及滑移系τP-N/ 及hcp基面滑移<10-,hcp柱面滑移,非密排面滑移5×10-3离子键晶体、碱卤氧化物10-2 ~ 2×10-2共价键晶体2×10-2 ~ 5×10-2???????????????????? 微屈服基本概念在工程上,把残余(塑性应变)εp为2×10-3(%)时所对应的应力称为“屈服强度”,它表征了材料抵抗起始宏观塑性变形的抗力。然而从理论上来说,只要有位错进行不可逆滑移,便产生塑性变形,而使单个或少量位错开始滑移所需的应力很低。大量试验表明,金属在极低的应力下即可屈服。例如,软金属的临界切应力一般在1 MPa左右;硬金属在10 MPa左右。这个应力值远低于工程上测定的弹性极限,并且随着应变测量精度的提高,临界切应力还会降低,甚至为0。因此,广义上可把εp<2×10-3的变形过程称为微塑性变形(微屈服)。在精密仪器、仪表行业,微屈服甚至是特指εp在10-7~10-5范围内。 微屈服规律材料的微屈服行为一般用应力-塑性应变曲线(σ~εp曲线)来描述,其测定方法有如下两种:?加载-卸载法:–分级加载-卸载,如右图所示。?连续加载法–首先测定σ~ε曲线;–求出初始模量E ;–再根据公式求出εp。–最后得到σ~εp曲线,如右图所示。通常,将εp= 1×10-6时对应的应力称为微屈服强度。Ep?????210pK?????4. 应变弛豫更仔细的研究发现,实际工程材料的σ~εp曲线并不象前图所示的那样理想,而是会在极低的应力下出现各种偏离线弹性的应变,称为应变驰豫,如下图所示。应变驰豫产生原因也说法不一,大致有如下几种:?应变片回复蠕变;?绝热拉伸降温;?内应力及组织自适应调整。4. 微屈服机制?McMah-Solomon认为,σE对应于刃型位错上现存扭折(Kink)短程可逆运动;而σA对应于刃型位错的长程运动。?Stein坚持认为,宏观屈服前后的塑性变形是一种位错机制,不同之处仅在于微塑性区中因为位错密度小,运动速度也小,所以表现出的塑性变形速率就小。?Malis-Tangri在研究高纯铜时发现,微屈服区还可分两个阶段:Ⅰ-对应于晶界发射位错;Ⅱ-对应于晶内产生位错。 宏观屈服现象拉伸曲线中的三种典型屈服现象 (a)连续过渡屈服(b)非均匀屈服(c)金属及多数有色金属 屈服的位错理论(1)Cottrell气团“钉扎”理论最早是用Cottrell气团“钉扎”模型来解释非均匀屈服现象的,因为早期的大量试验表明,非均匀屈服与材料与金属中含有少量的间隙型溶质或杂质原子有关。例如,采用湿氢处理从低碳钢中将碳与氮全部除去,屈服点也就消除了。可是,%的含量,屈服点就又重新出现。间隙原子(如碳、氮等)由于畸变产生的应力场与位错发生弹性交互作用,使得它们倾向于扩散到位错线附近,形成偏聚“气团”,从而锚定位错。位错要运动,必须在更大的应力下才能挣脱间隙原子的“钉扎”而移动,这就形成了上屈服点。而一旦“脱钉”后,位错运动比较容易,因此应力有降落,出现下屈服点和平台。