【正文】 金屬的塑性變形與強(qiáng)化 ? 單晶體 ? 多晶體 ? 合金強(qiáng)化理論 第七章 單晶體的塑性變形 滑移現(xiàn)象 晶體的塑性變形是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著某些晶面和晶向相對(duì)滑動(dòng)的結(jié)果 ， 這種變形方式稱為 滑移 。 如果將表面拋光的單晶體金屬試樣進(jìn)行拉伸 ， 當(dāng)試樣經(jīng)過適量的塑性變形后 ， 在金相顯微鏡下可以觀察到 ， 在拋光的表面上出現(xiàn)許多相互平行的線條 ， 這些線條稱為 滑移帶 。 經(jīng)高分辨的電子顯微鏡分析表明 ， 每條滑移帶實(shí)際上是由一族相互平行的細(xì)線即 滑移線 組成 。 滑移線與滑移帶的形成 這些滑移線實(shí)際上是經(jīng)塑性變形后在試樣表面上產(chǎn)生的一個(gè)個(gè)小臺(tái)階 。 這些小臺(tái)階的高度約為 1 000個(gè)原子間距 。 滑移帶實(shí)際上是由相互靠近的一些滑移線所形成的大臺(tái)階 ， 滑移帶之間的距離約為 10 000個(gè)原子間距 。 滑移系 金屬中的滑移是沿著一定的晶面和晶面上一定的晶向進(jìn)行的 ， 這些晶面稱為 滑移面 ， 晶向稱為 滑移方向 。 一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向結(jié)合起來 ， 組成一個(gè) 滑移系 。 滑移系表示金屬晶體在發(fā)生滑移時(shí)滑移動(dòng)作可能采取的空間位向 。 當(dāng)其它條件相同時(shí) ， 金屬晶體中的滑移系越多 ， 則 滑移時(shí)可采取的空間位向越多 ，該金屬的塑性越好 。 金屬塑性的好壞 ， 還與滑移面上原子的密排程度和滑移方向的數(shù)目等因素有關(guān) 。 滑移面和滑移方向 與金屬的晶體結(jié)構(gòu) 有關(guān) ， 滑移面通常是金屬晶體中原子排列最密的晶面 ， 而滑移方向則是原子排列最密的晶向 。 這是因?yàn)樵诰w的原子密度最大的晶面上 ， 原子間的結(jié)合力最強(qiáng) ， 而面與面之間的距離卻最大 ， 即密排面之間的原子結(jié)合力最弱 ， 滑移的阻力最小 ， 因而最易于滑移 。沿原子密度最大的晶向滑動(dòng)時(shí) ， 阻力也最小 。 １ 、 面心立方 金屬的滑移面為 {111}， 共有四個(gè) ， 滑移方向?yàn)?〈 110〉 ，每個(gè)滑移面上有三個(gè)滑移方向 ， 故面心立方金屬共具有 12個(gè)滑移系 。 ２ 、 體心立方 金屬不是密堆積結(jié)構(gòu) ， 沒有最密排的晶面 ， 因此滑移是在幾組較密排的面上進(jìn)行 ， 但滑移方向總是 〈 111〉 。 最基本的滑移面為{110}， 共有六個(gè) ， 滑移方向?yàn)?〈 111〉 ， 每個(gè)滑移面上有兩個(gè)滑移方向 ，因此體心立方金屬共具有 12個(gè)滑移系 。 體心立方結(jié)構(gòu)也可以在其它包含〈 111〉 方向的 {121}和 {123}兩組滑移面上進(jìn)行 ， 滑移系共 48個(gè) 。 ３ 、 c/a接近或大于 ， 密排六方 金屬的滑移面在室溫時(shí)只有{0001}一個(gè) ， 滑移方向?yàn)? ， 滑移面上有三個(gè)滑移方向 ， 因此它的滑移系只有三個(gè) 。 若 c/a小于 ， 則 {0001}的面間距縮小 ， 棱柱面比底面更密排 ， 此時(shí)的滑移面可能是柱面 或錐面 。 ?? 2022}0110{}1110{臨界分切應(yīng)力 晶體的滑移是在切應(yīng)力的作用下進(jìn)行的 。 當(dāng)晶體受力時(shí)并非所有的滑移系都同時(shí)參與滑移 。 而是只有當(dāng)外力在某一滑移系中的分切應(yīng)力首先達(dá)到一定的臨界值時(shí) ， 這一滑移系開動(dòng) ， 晶體才開始滑移 。 使滑移系開動(dòng)的最小分切應(yīng)力稱為滑移的 臨界分切應(yīng)力 ， 以τK表示 。 臨界分切應(yīng)力 τK的數(shù)值大小 取決于金屬的本性 、 金屬的純度 、實(shí)驗(yàn)溫度與加載速度 ， 而與外力的大小 、 方向及作用方式無關(guān) 。 臨界分切應(yīng)力的計(jì)算方法： 設(shè)圓柱形金屬單晶體試樣的橫截面積為 A， 受到軸向拉力 F的作用 。 F與滑移方向的夾角為 λ， 則 F在滑移方向上的分力為Fcosλ； F與滑移面法線的夾角為 φ， 則滑移面的面積為 A/cosφ。 所以 ， 外力 F在滑移方向上的分切應(yīng)力為 式中 ， F/A為試樣拉伸時(shí)橫截面上的正應(yīng)力 ，當(dāng)滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到其臨界值時(shí) ，晶體開始滑移 ， 這時(shí)在宏觀上晶體開始出現(xiàn)屈服現(xiàn)象 ， 即 F/A=σS， 可得 τk =σScosλcosφ 或 σS=τK /cosλcosφ 晶體受單向拉伸時(shí)，在滑移面和滑移方向上力的分解 ????? c osc osc os/c os AFAF ??晶體的取向： 因?yàn)? σS=τK /cosλcosφ cosλcosφ稱為 取向因子 ， 單晶體的屈服強(qiáng)度 σS將隨外力與滑移面和滑移方向之間而改變 ， 即取向因子發(fā)生變化時(shí) ， σS也要改變 。 當(dāng)外力與滑移面 、 滑移方向的夾角都是 45176。 時(shí) ， 取向因子具有最大值 ， 為， 此時(shí)分切應(yīng)力也最大 ， σS具有最低值 ， 金屬最容易進(jìn)行滑移 ， 并表現(xiàn)出最大的塑性 ， 這種取向稱為 軟取向 ； 當(dāng)外力與滑移面平行 （ φ=90176。 ）或垂直 （ λ=90176。 ） 時(shí) ， 取向因子為零 ，則無論 τK的數(shù)值如何 ， σS均為無窮大 ，晶體在此情況下不產(chǎn)生滑移 ， 直至斷裂 ，這種取向稱為 硬取向 。 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)晶體在 F力的作用下發(fā)生滑移時(shí)，假如滑移面和滑移方向保持不變，拉伸軸的取向必然不斷發(fā)生變化。 實(shí)際上由于夾頭固定不動(dòng)，為了保持拉伸軸的方向固定不動(dòng)，因此單晶體的取向必須相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。 拉伸前 自由滑移變形 受夾頭限制時(shí)的變形 B層上的作用點(diǎn) O1和 O2同軸 ， 滑移后 A、 B、C層沿滑移面和滑移方向相對(duì)移動(dòng) ， 使 O1→ O1′ ， O2→ O2′ 。 將 σ1分解為 σn τ1， σ2分解為 σn τ2。 滑移面法線方向的 正應(yīng)力 σn1 σn2組成力偶 ， 使 滑移面轉(zhuǎn)向與外力方向平行 。 如果金屬在單純的切應(yīng)力作用下產(chǎn)生滑移，則晶體的取向不會(huì)改變。但當(dāng)任意一個(gè)力作用在晶體上時(shí)，總是可以分解為沿滑移方向的分切應(yīng)力 和垂直于滑移面的 分正應(yīng)力 。 將最大切應(yīng)力方向的力 τ1分解為平行滑移方向的 τ1′ 和垂直滑移方向的 τb、τ2分解為 τ2′ τb′ 。 垂直于滑移方向的 分切應(yīng)力 τb和τb′ 組成力偶 ， 使 B層以滑移面法線方向?yàn)檩S ， 其 滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應(yīng)力方向 。 通過這兩種轉(zhuǎn)動(dòng)可使金屬晶體軸線與外力軸線在整個(gè)滑移過程中始終重合 ， 但晶體的空間位向卻發(fā)生了改變 。 由于滑移時(shí)晶體要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) ， 所以各滑移系的取向和分切應(yīng)力不斷變化 。 原來取向有利的滑移系可能轉(zhuǎn)到不利的取向 ， 從而使繼續(xù)滑移所需的外力增加 ， 而原來取向不利的滑移系則可能轉(zhuǎn)到有利的取向 ， 并且繼續(xù)開始滑移 。 通常把這種由于晶體轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的硬化或軟化現(xiàn)象 ， 稱為 幾何硬化 或 幾何軟化 。 對(duì)具有多個(gè)滑移系的晶體 ， 起始滑移首先在取向最有利的滑移系中進(jìn)行 ， 但由于晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果 ， 其它滑移系中的分切應(yīng)力也可能達(dá)到臨界分切應(yīng)力值 。 滑移過程將在兩個(gè)或多個(gè)滑移系中同時(shí)或交替進(jìn)行；如果晶體的取向合適 ， 滑移一開始就可能在一個(gè)以上的滑移系上同時(shí)進(jìn)行 。 奧氏體鋼中的交叉滑移帶 多系滑移 在兩個(gè)或更多的滑移系上進(jìn)行的滑移 稱為 多系滑移 ， 簡(jiǎn)稱 多滑移 。 多系滑移時(shí)，形成 兩組或多組交叉的滑移線 。由于各組滑移系之間互相穿插和影響，所以多滑移比單滑移困難。通常把單滑移時(shí)的力軸取向稱為軟取向，而多滑移時(shí)的力軸取向稱為硬取向。晶體變形時(shí)，若從單滑移發(fā)展為多滑移，稱為幾何硬化；反之，稱為幾何軟化。 交滑移