【正文】 而后同向加載則 se↗ 而后反向加載則 se↘ 2. 彈性后效 （ Elastic after－ effect） 在彈性極限 se范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象 3. 彈性滯后 （ Elastic lag） 由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在 se曲線(xiàn)上加載曲線(xiàn)與卸載線(xiàn)不重合，而形成一封閉回線(xiàn) 四 粘彈性 牛頓粘性流動(dòng)定律 dtd e?s ? ?粘度系數(shù) 既與時(shí)間有關(guān)，又具有可回復(fù)的彈性變形性質(zhì) 高分子材料的重要力學(xué)特性之一 Maxwell和 Vigt粘彈性體變形模型 ※ 2. 單晶體（ Single Crystal）的塑性變形 塑性變形 滑移 Slip 孿生 Twinning 晶界滑動(dòng) Grain boundary Sliding 擴(kuò)散性蠕變 Diffusional Creep 一 滑移（ Slip） ? nmh 200~?單晶體的拉伸試驗(yàn) 塑性變形的不均勻性 滑移帶（ Slip band) 滑移線(xiàn) （ Slip line） nmd 20~?沿一定的晶面、一定晶向進(jìn)行 滑移面 Slip plane 滑移方向 Slip direction ? 滑移面和滑移方向 晶體中原子密度最大的面和方向 Slip plane Slip direction 為什么 ? fcc：滑移面 {111} 滑移方向 110 hcp: {0001} 1120 c/a≥ {0001} ,{1010},{1011} 1120 c/a∠ bcc: Tm/4 {112} Tm/4 ~ Tm/2 {110} 111 {123} 滑移系 晶體中一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向組成 滑移的空間取向 （ Slip system ） 晶體結(jié)構(gòu)不同，滑移系的數(shù)目不同 （ Number of slip systems） fcc： {111} 有四組，而每個(gè) (111)面上共有三個(gè) [110]， 故共有 4 3＝ 12個(gè)滑移系 hcp： 1個(gè) (0001)面 3個(gè) 1120方向 1 3＝ 3個(gè)滑移系 bcc： {110}面共有 6組，每個(gè) {110}上有 2個(gè) 111方向 12組 {112} 1個(gè) 24組 {123} 1個(gè) 故共有 6 2＋ 12 1＋ 24 1＝ 48個(gè)滑移系 一般滑移系愈多，滑移過(guò)程中可能采取的空間取向也就愈多，這種材料的塑性就愈好。 一切影響位錯(cuò)滑移難易程度的因素均影響 tc ??st c o sc o s?? sc??tsc o sc o s cs ?屈服強(qiáng)度 當(dāng) ?＝ 90176。 時(shí)， ss?∞ 晶體不能產(chǎn)生滑移 只有當(dāng) ?＝ ?＝ 45 176。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng) ?空間位向變化 ?另一組原取向不利（硬取向）滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向（軟取向），從而開(kāi)始滑移，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱(chēng)為多系滑移。發(fā)生孿生的區(qū)域稱(chēng)為孿晶帶（ twin band）。例如， Mg孿生所需 tc?~,而滑移時(shí) tc僅為 。 通過(guò)單純孿生達(dá)到的變形量是極為有限的，如 Zn單晶，孿生只能獲得 ～ ％伸長(zhǎng)率，遠(yuǎn)小于滑移所作的貢獻(xiàn)。 孿生的機(jī)制：孿生時(shí)每層晶面的位置是借助一個(gè)不全位錯(cuò) （肖克萊）的移動(dòng)而成的，是借助位錯(cuò)增殖的 極軸機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ? Ⅴ ）在切應(yīng)力作用下，且 t tc但 tc(孿生 ) tc(滑移 ) ? Ⅵ ）實(shí)質(zhì)借助一個(gè)不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而成，存在形核與 長(zhǎng)大過(guò)程。為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過(guò)某一臨界值時(shí)，晶體將會(huì)產(chǎn)生局部彎曲，即出現(xiàn)扭折現(xiàn)象。 扭折是為適應(yīng)外力而發(fā)生的不均勻局部塑性變形方式，對(duì)變形起一定的協(xié)調(diào)作用，使應(yīng)力得到松弛，使晶體不致發(fā)生斷裂。 造成扭折的原因是滑移面的位錯(cuò)在局部地區(qū)集中，從而引起的晶格彎曲。 位錯(cuò)概念引入解決這一矛盾。這樣借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)晶體逐步滑移。 除點(diǎn)陣阻力外，位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷、其他位錯(cuò)、晶界、第二相 質(zhì)點(diǎn)等交互作用，對(duì)位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致晶體強(qiáng)化 A. 晶體在滑移過(guò)程中的位錯(cuò)增殖（ proliferation of dislocations） 滑移線(xiàn)臺(tái)階 △ ＝ nb＝ 200nm（上千個(gè) b相同的位錯(cuò)滑移來(lái)實(shí)現(xiàn)）故晶體塑變時(shí)產(chǎn)生的大量滑移帶，必然是為數(shù)眾多的位錯(cuò)進(jìn)行滑移的結(jié)果。 （ 1） Frank－ Read 位錯(cuò)源 （ Frank－ Read Source） 由弗蘭克－瑞德源提出的一種位錯(cuò)增殖機(jī)制 FR源動(dòng)作過(guò)程 刃位錯(cuò) AB的兩端 A和 B被位錯(cuò)用結(jié)點(diǎn)釘扎住 位錯(cuò)線(xiàn)各段均受到滑移力 f＝ tb且與位錯(cuò)線(xiàn)相垂直（法線(xiàn)方向）位錯(cuò)線(xiàn)各點(diǎn)移動(dòng)的線(xiàn)速度一樣，但角速度不同。位錯(cuò)線(xiàn)上各處位錯(cuò)性質(zhì)也隨之變。在外力的繼續(xù)作用下，它將重復(fù)上述過(guò)程，每重復(fù)一次就產(chǎn)生一個(gè)位錯(cuò)環(huán)，從而造成位錯(cuò)的增殖，并使晶體產(chǎn)生可觀(guān)的滑移量。 在塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)不斷地生成，位錯(cuò)間的交截越來(lái)越頻繁。 F－ R位錯(cuò)增殖機(jī)制已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí) 。 螺位錯(cuò)經(jīng)雙交滑移后可形成一對(duì)刃型位錯(cuò)的割階。于是，在雙交滑移情況下，可使位錯(cuò)不斷得到增殖和發(fā)展。層錯(cuò)能的因素也必然影響擴(kuò)展位錯(cuò)的密度： 若層錯(cuò)面上存在雜質(zhì)原子或其它障礙時(shí)，可使該處的能量增高 →擴(kuò)展位錯(cuò)寬度將會(huì)縮小，甚至重新收縮成原來(lái)的全位錯(cuò)，成為束集（可看成位錯(cuò)擴(kuò)展的反過(guò)程） rbbGd?2)( 21 ?? ?? 擴(kuò)展位錯(cuò)束集時(shí)，不僅兩不全位錯(cuò)的間距減小，層錯(cuò)寬窄，而且位錯(cuò)線(xiàn)變長(zhǎng)、彎曲、形成弧線(xiàn)。 束集對(duì)面心立方晶體的交叉滑移過(guò)程有重要的作用。 擴(kuò)展位錯(cuò)的束集與交滑移的過(guò)程可因溫度 ↑→熱激活而得到促進(jìn)。因此，當(dāng)一個(gè)位錯(cuò)沿其滑移面滑動(dòng)時(shí)，往往會(huì)遷到不在此滑移面上的其它位錯(cuò)（通常將穿過(guò)此滑移面的其它位錯(cuò)稱(chēng)為林位錯(cuò)）的阻礙（即切過(guò)林位錯(cuò)）而繼續(xù)前進(jìn)。 位錯(cuò)的交割對(duì)于晶體的硬化，以及空位和間隙原子的產(chǎn)生有著重要的意義。由于 PP39。和 39。在線(xiàn)張力的作用下，此扭折將會(huì)消除。上產(chǎn)生一長(zhǎng)度與 b1相等的 NN39。運(yùn)動(dòng) BB39。和 NN39。與 b1所組成滑移面 ⊥ 原位錯(cuò)線(xiàn) AA39。除非割階產(chǎn)生攀移隨之運(yùn)動(dòng)；同樣 BB39。也具有與上述相似的性質(zhì)。在外力作用下，位錯(cuò)的前進(jìn)就 會(huì)在其后留下一對(duì)拉長(zhǎng)了的刃位錯(cuò)線(xiàn)段（常成為位錯(cuò)偶）。 c）割階高度再 20nm以上，此時(shí)割階兩端的刃位錯(cuò)相隔太遠(yuǎn)，它們之間的相互作用較小，它們可以各自獨(dú)立地在各自的滑移面上運(yùn)動(dòng)，并以割階為軸，在滑移面上旋轉(zhuǎn)。 而刃型位錯(cuò)的割階與柏氏矢量所組成的面，一般都與原位錯(cuò)線(xiàn)的滑移方向一致，能與原位錯(cuò)一起滑移，但此時(shí)割階的滑移面并不一定是晶體的最密排面。 由割階而引起的對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙常稱(chēng)為割階硬化。 Sessile dislocation Frank sessile dislocation LomerCoffrell barrier 塞積群中的位錯(cuò)所受的作用力： (1) 外加切應(yīng)力 t0所產(chǎn)生的滑移力 Fd＝ t0 b (2) 位錯(cuò)間的相互排斥力 (3) 障礙物的阻力 僅作用在領(lǐng)先位錯(cuò)上 Gb Lkn 0?t?20)1(16 ? iknGbx i t?0tt n?210 ??tt Gb??平衡時(shí) k為系數(shù) 刃位錯(cuò) k＝ 1v 刃位錯(cuò) k＝ 1 根據(jù)每個(gè)位錯(cuò)的受力情況，可導(dǎo)出每個(gè)位錯(cuò)的位置，以xi表示從障礙物開(kāi)始計(jì)到第 i個(gè)位錯(cuò)距離： 塞積群周?chē)a(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與一個(gè)具有 nb的大位錯(cuò)所產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)相當(dāng)。 位錯(cuò)塞積群的一個(gè)重要效應(yīng)就是在它的前端會(huì)引起應(yīng)力集中，其數(shù)值等于外加切應(yīng)力 n倍： t0:無(wú)外加硬化時(shí)所需切應(yīng)力 ?:與材料有關(guān)常數(shù) ~ (2) n?t?，塞積群中的螺位錯(cuò)可通過(guò)交滑移越過(guò)障礙 ?3? t??甚至可把障礙物摧毀 ?4? 如塞積群位于晶界，應(yīng)力集中達(dá)到一定值后，也可促發(fā)相鄰晶粒位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng) 2. 孿生的機(jī)制 孿晶區(qū)域各晶面的相對(duì)位移距離是孿生方向原子間距的分?jǐn)?shù)值，這表明孿生時(shí)每層晶面的位移應(yīng)借一個(gè)不全位錯(cuò)的移動(dòng)而造成。 至于扭折帶晶體位向有突變，這個(gè)取向改變的過(guò)渡區(qū)系由一系列同號(hào)的刃型位錯(cuò)排列所構(gòu)成。周?chē)ЯＭ瑫r(shí)發(fā)生相適應(yīng)的變形來(lái)配合。 一. 晶粒取向的影響 外力 F作用下 處于有利取向晶粒先開(kāi)始滑移 處于不利取向晶粒還末開(kāi)始滑移 變形不均勻 為保持連續(xù)性，周?chē)ЯＷ冃伪仨毾嗷ブ萍s，相互協(xié)調(diào) 多晶體塑性變形時(shí)要求至少有 5個(gè)獨(dú)立的滑移系進(jìn)行滑移。對(duì)只有 2~3個(gè)晶粒的試樣拉伸后呈竹結(jié)狀。 晶內(nèi)發(fā)生較大變形，晶界處變形量較少，塑變抗力大，可觀(guān)察到位錯(cuò)的塞積 位錯(cuò)在晶界上產(chǎn)生塞積 注意 ⑴ 晶界本身的強(qiáng)度對(duì)多晶體的加工硬化貢獻(xiàn)不大，而多晶 體加工硬化的主要原因來(lái)自晶界兩側(cè)晶粒的位向差 ⑵ 晶界阻滯效應(yīng)只在變形早期影響較大，因早期 ρ位錯(cuò) 較小 ⑶ 晶界阻滯效應(yīng)的大小還與晶體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有關(guān) hcp結(jié)構(gòu)的晶界阻滯效應(yīng)要比 fcc， bcc 類(lèi)型的晶體明顯 滑移系較小 三 晶粒大小對(duì)機(jī)械性能的影響 1. 對(duì)室溫機(jī)械性能的影響 晶粒愈細(xì)、晶界愈多 →強(qiáng)化效應(yīng) ↑－細(xì)晶強(qiáng)化 ss sb HV Strengthening by Grain Size Reduction 較好塑性 ,因細(xì)晶的晶內(nèi)和晶界附近應(yīng)變差較小，變形較均勻， 有可能斷裂前承受大量的變形 細(xì)晶具有良好的綜合機(jī)械性能。 故高溫時(shí)晶界似流體一樣，呈現(xiàn)粘滯性 →變形抗力 ↓↓ →沿晶界滑移 （ 2）擴(kuò)散性蠕變機(jī)制 蠕變：在一定 t 186。C ）下，當(dāng)應(yīng)力大于某一值時(shí)，即使外力不再增加，而塑性變形隨時(shí)間延長(zhǎng)而會(huì)緩慢地增加現(xiàn)象。 擴(kuò)散 空位 蠕變 與 有關(guān) 存在空位濃度梯度導(dǎo)致空位向 AC、 BD定向移動(dòng)，原子向 AB、 CD定向移動(dòng)，從而使晶粒沿拉伸方向伸長(zhǎng)，即使在恒應(yīng)力情況下，隨時(shí)間延長(zhǎng)也會(huì)不斷發(fā)生應(yīng)變 →擴(kuò)散性蠕變 T ↑， d↓ →擴(kuò)散性蠕變速率 ↑ 因此一般高溫合金都希望具有較粗晶粒 四 . 多晶體的應(yīng)力 應(yīng)變曲線(xiàn) 與單晶相比，一般不出現(xiàn)硬化第一階段，易滑移階段。 ※ 4. 合金的塑性變形 Plastic Deformation of Alloys 一 單相固溶體合金的塑性變形 Plastic Deformation of Single－ Phase alloy yield phenomenon 拉伸曲線(xiàn) 沒(méi)有明顯屈服點(diǎn) Yield p