1、12一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量晶粒發生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。晶粒發生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。345晶粒大小與金屬強度關系晶粒大小與金屬強度關系6通過細化晶粒來同時通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方度、塑性和韌性的方法稱法稱細晶強化細晶強化。76.4 6.4 合金的塑性變形合金的塑性變形 合金可根據組織分為單相固溶體合金和多相合金兩種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同。珠光體珠光體奧氏體奧氏體8 單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變

2、形過程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質含量增加，固溶體程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質含量增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱的強度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱9n溶質原子與位錯相互作用，使晶格發生畸變，而且易被溶質原子與位錯相互作用，使晶格發生畸變，而且易被吸附在位錯附近形成柯氏氣團，使位錯被釘扎住，位錯吸附在位錯附近形成柯氏氣團，使位錯被釘扎住，位錯要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。10鋁溶有鎂后的鋁溶有鎂后的應力應變曲線應力應變曲線 11溶入合金元素對銅單晶溶入合金元素對銅單晶臨界分切應力的影響臨界分切應力的影響 12電子

3、濃度對Cu固溶體屈服應力的影響 13低碳鋼的屈服現象14：溶質或雜質原子在晶體中造成點陣：溶質或雜質原子在晶體中造成點陣畸變，溶質原子的應力場和位錯應力場會發生交互作用，作用畸變，溶質原子的應力場和位錯應力場會發生交互作用，作用的結果是溶質原子將聚集在位錯線附近，形成溶質原子氣團。的結果是溶質原子將聚集在位錯線附近，形成溶質原子氣團。15 當合金的組織由多相混合物組成時，合金的塑性變當合金的組織由多相混合物組成時，合金的塑性變形除與形除與合金基體的性質有關外，還與第二相的性質、形態、大小、合金基體的性質有關外，還與第二相的性質、形態、大小、數量和分布有關。按第二相的尺度大小將其分為兩大類：若數

4、量和分布有關。按第二相的尺度大小將其分為兩大類：若其與基體相尺度屬同一數量級，則稱為其與基體相尺度屬同一數量級，則稱為；若第二相尺；若第二相尺寸非常細小，并且彌散分布于基體相中，則稱為寸非常細小，并且彌散分布于基體相中，則稱為。 聚合型合金組織Al青銅 彌散型第二相合金組織鐵黃銅162211ff2211ff171819珠光體珠光體20 當在晶內呈顆粒狀彌散分布時，第二相顆粒越細，分布當在晶內呈顆粒狀彌散分布時，第二相顆粒越細，分布越均勻，合金的強度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這越均勻，合金的強度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強化方法稱種強化方法稱彌散強化或沉淀強化彌散強化或沉淀強化。

5、：硬的顆粒不易被切變，因而阻：硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯的運動，提高了變形抗力。礙了位錯的運動，提高了變形抗力。位錯繞過第二相粒子的示意圖第二相顆粒周圍的位錯環21GbRGb222例：假設例：假設40鋼中的滲碳體全部呈半徑為鋼中的滲碳體全部呈半徑為10微米的球形粒子均勻微米的球形粒子均勻地分布在地分布在-Fe基體上，試計算這種鋼的切變強度。已知鐵的切基體上，試計算這種鋼的切變強度。已知鐵的切變模量為變模量為7.91010Pa， -Fe的點陣常數為的點陣常數為0.28nm（計算時可忽（計算時可忽略略Fe與與Fe3C密度的差異）。密度的差異）。解：第二相硬粒子引起的彌散強化效果決定于第二相

6、的分散度，解：第二相硬粒子引起的彌散強化效果決定于第二相的分散度，對于對于40鋼，其含碳質量分數鋼，其含碳質量分數wc=0.004，若忽略基體相，若忽略基體相-Fe中碳中碳含量，則含量，則Fe3C相所占的體積分數為相所占的體積分數為06. 0069. 0004. 03CFe設單位體積內設單位體積內Fe3C顆粒數為顆粒數為Nv，則，則VCFeNr334323因為因為-Fe為體心立方點陣，為體心立方點陣，a=0.28nm，則有，則有nmab25. 0233m/1043. 1)1010(3406. 034133633個rNCFeVmNV4 . 2)1043. 1 (131133所以所以PaGb551

7、010103 . 8104 . 2105 . 2109 . 724 當第二相顆粒為可變形顆粒時，位錯將切過顆粒。當第二相顆粒為可變形顆粒時，位錯將切過顆粒。此時強化作用主要決定于粒子本身的性質以及其與基體此時強化作用主要決定于粒子本身的性質以及其與基體的聯系，其強化機制較復雜，主要由以下因素決定：的聯系，其強化機制較復雜，主要由以下因素決定：n 位錯切過顆粒后，在其表面產生位錯切過顆粒后，在其表面產生b大小的臺階，增加大小的臺階，增加了顆粒與基體兩者間界面，需要相應的能量；了顆粒與基體兩者間界面，需要相應的能量；25n如果顆粒為有序結構，將在滑移面上產生反相疇界，從如果顆粒為有序結構，將在滑移

8、面上產生反相疇界，從而導致有序強化；而導致有序強化； n由于兩相的結構存在差異（至少兩相點陣常數不同）差由于兩相的結構存在差異（至少兩相點陣常數不同）差異，因此當位錯切過顆粒后，在滑移面上導致原子錯配，異，因此當位錯切過顆粒后，在滑移面上導致原子錯配，需要額外作功；需要額外作功； n顆粒周圍存在彈性應力場（由于顆粒與基體的比容差別，顆粒周圍存在彈性應力場（由于顆粒與基體的比容差別，而且顆粒與基體之間往往保持共格或半共格結合）與位而且顆粒與基體之間往往保持共格或半共格結合）與位錯交互作用，對位錯運動有阻礙作用；錯交互作用，對位錯運動有阻礙作用；26電鏡觀察電鏡觀察27Al-Cu合金相圖Al-1.

9、6%Cu合金時效曲線28可變形顆粒與不可變形顆粒尺寸對強度影響2930%壓縮率（3000） 50%壓縮率（3000） 99%壓縮率（3000）銅經不同程度冷軋后的光學顯微組織6.5 6.5 塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響3030%壓縮率（3000） 50%壓縮率（3000） 99%壓縮率（3000）銅經不同程度冷軋后的透射電鏡相31 多晶體變形時，各晶粒的滑移也將使滑移面發生轉多晶體變形時，各晶粒的滑移也將使滑移面發生轉動，當塑性變形量不斷增加時，多晶體中原本取向隨機的動，當塑性變形量不斷增加時，多晶體中原本取向隨機的各個晶粒會逐漸調整到其取向趨于一致，這樣就使經

10、過強各個晶粒會逐漸調整到其取向趨于一致，這樣就使經過強烈變形后的多晶體材料形成了擇優取向，即烈變形后的多晶體材料形成了擇優取向，即。n絲織構絲織構主要是在拉拔過程中主要是在拉拔過程中形成，其主要特征是各晶粒形成，其主要特征是各晶粒的某一晶向趨向于與拔絲方的某一晶向趨向于與拔絲方向平行，一般這種織構也就向平行，一般這種織構也就以相關方向表示。如鋁拉絲以相關方向表示。如鋁拉絲為為織構，而冷拉鐵絲為織構，而冷拉鐵絲為織構。織構。32n板織構板織構主要是在軋板時形成，其主要特征為各晶粒主要是在軋板時形成，其主要特征為各晶粒的某一晶面和晶向趨向于與軋面和軋向平行，一般的某一晶面和晶向趨向于與軋面和軋向平

11、行，一般這種織構也就以相關面和方向表示。如冷軋黃銅的這種織構也就以相關面和方向表示。如冷軋黃銅的110，織構。織構。33各向異性導致的銅板各向異性導致的銅板 “制耳制耳”軋制鋁板的軋制鋁板的“制耳制耳”現象現象各向異性導致的銅板各向異性導致的銅板 “制耳制耳”34冷塑性變形量，%屈服強度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅35冷軋對銅及鋼性能的影響冷軋對銅及鋼性能的影響隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現象稱性、韌性下降的現象稱加工硬化加工硬化。36位錯密度與強度關系位

12、錯密度與強度關系37變形變形20%純鐵中的位錯純鐵中的位錯未變形純鐵未變形純鐵 強化金屬的重要途徑；強化金屬的重要途徑； 利利 提高材料使用安全性；提高材料使用安全性； 利弊利弊 材料加工成型的保證。材料加工成型的保證。 弊弊 變形阻力提高，動力消耗增大；變形阻力提高，動力消耗增大； 脆斷危險性提高。脆斷危險性提高。38 經塑性變形后的金屬，由于點陣畸變、位錯與空經塑性變形后的金屬，由于點陣畸變、位錯與空位等晶體缺陷的增加，其物理性能和化學性能也會發位等晶體缺陷的增加，其物理性能和化學性能也會發生一定的變化。生一定的變化。n 電阻率增加，電阻溫度系數降低；電阻率增加，電阻溫度系數降低；n 磁滯

13、與矯頑力略有增加；磁滯與矯頑力略有增加；n 磁導率、熱導率下降；磁導率、熱導率下降；n 結構缺陷增多，擴散加快；結構缺陷增多，擴散加快；n 化學活性提高，腐蝕加快。化學活性提高，腐蝕加快。39 內應力內應力是指平衡于金屬內部的應力。是由于金屬受是指平衡于金屬內部的應力。是由于金屬受力時力時, , 內部變形不均勻而引起的。金屬發生塑性變形時內部變形不均勻而引起的。金屬發生塑性變形時, ,外力所做的功只有外力所做的功只有10%10%轉化為內應力殘留于金屬中。轉化為內應力殘留于金屬中。晶界位錯塞積所晶界位錯塞積所引起的應力集中引起的應力集中40 41426.6 6.6 金屬的斷裂金屬的斷裂n斷裂：金

14、屬材料在外力作用下喪失連續性的過程。包括裂紋的萌生和裂紋的擴展兩個過程。n根據斷裂前金屬是否有明顯的塑性變形可分為n脆性斷裂 5%43哥倫比亞號哥倫比亞號44n斷裂金屬材料在變形超過其塑性極限完全分開，原子間結合力遭受破壞。正斷與剪斷的宏觀與微觀形式正斷與剪斷的宏觀與微觀形式45n塑性斷裂：又稱延性斷裂，斷裂前發生大量的宏觀塑性變形。n在晶體構成的材料中，內部的晶粒都被拉長成為細條狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。4647n斷裂前未經過明顯塑性變形，故其斷口常具有閃爍的光澤，這種斷裂叫“脆性斷裂”。穿晶斷裂穿晶斷裂沿晶斷裂沿晶斷裂484949 解理斷裂是正應力作用下金屬的原子鍵遭到破壞而產生的一種穿

15、晶斷裂。其斷裂的特點是，解理初裂紋起源于晶界、亞晶界或相界面并嚴格沿著金屬的結晶學平面擴展，其斷裂單元為一個晶粒尺寸。 5051珠光體解理珠光體解理52(101)(101)(001)兩個滑移帶上位錯的聚合兩個滑移帶上位錯的聚合形成裂口形成裂口53n裂紋和應力狀態n溫度T對斷裂應力f/屈服強度s影響不同T對f影響不大對s影響顯著TTcfs塑性斷裂TTcfs脆性斷裂n從韌性斷裂到脆性斷裂的轉變溫度稱為脆性轉變溫度Tc54n根據外加應力的類型及其與裂紋擴展面的取向關系，裂紋擴展的基本方式有3種。（a）張開型）張開型(I型型) （b）滑開型）滑開型 (II型型) （c）撕開型（）撕開型（III型）型）

16、 55n張開型(型)裂紋擴展拉應力垂直作用于裂紋面，裂紋沿作用力方向張開，沿裂紋面擴展。n滑開型(型)裂紋擴展切應力平行作用于裂紋面，并且與裂紋前沿線垂直，裂紋沿裂紋面平行滑開擴展。n撕開型(型)裂紋擴展切應力平行作用于裂紋面，并且與裂紋線平行，裂紋沿裂紋面撕開擴展。56裂紋擴展總是從其尖端開始向前進行的，所以應分析裂紋尖端的應力應變狀態。應力分量為：應力分量為：57nK1是描述裂紋尖端應力場強度的一個力學參量。n當應力或裂紋尺寸a增大到臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范圍內，應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩擴展而導致材料的斷裂，這時K也達到了一個臨界值，這個臨界或失穩狀態的K記為Kc或

17、KC，稱之為斷裂韌度。58n材料的KIC或Kc越高，則裂紋體斷裂時的應力或裂紋尺寸就越大，表明越難斷裂。所以，KIC和Kc表示材料抵抗斷裂的能力。nKIC為平面應變斷裂韌度，表示材料在平面應變狀態下抵抗裂紋失穩擴展的能力；而Kc為平面應力斷裂韌度，表示材料在平面應力狀態下抵抗裂紋失穩擴展的能力。顯然，同一材料的KcKIc。59K和和Kc是兩個不同的概念，是兩個不同的概念，K是一個力學參量，是一個力學參量，表示裂紋體中裂紋尖端的應力應變場強度的大小，表示裂紋體中裂紋尖端的應力應變場強度的大小，它決定于外加應力、試樣尺寸和裂紋類型，而和材它決定于外加應力、試樣尺寸和裂紋類型，而和材料無關。料無關。

18、但但Kc是材料的力學性能指標，它決定于材料的成是材料的力學性能指標，它決定于材料的成分、組織結構等內在因素，而與外加應力及試樣尺分、組織結構等內在因素，而與外加應力及試樣尺寸等外在因素無關。寸等外在因素無關。60 根據應力場強度因子根據應力場強度因子K和斷裂韌度和斷裂韌度Kc的相對的相對大小，可以建立大小，可以建立裂紋失穩擴展脆斷的斷裂裂紋失穩擴展脆斷的斷裂K判據判據，即，即 KIK1c 裂紋體在受力時，只要滿足上述條件，就會發生脆裂紋體在受力時，只要滿足上述條件，就會發生脆性斷裂。反之，即使存在裂紋，也不會發生斷裂，這性斷裂。反之，即使存在裂紋，也不會發生斷裂，這種情況稱為破損安全。種情況稱為破損安全。616263 在金屬未變形或少量變形時，