文档介绍：第一章金属塑性变形的物理本质
塑性变形是一种最常用的生产产品的工艺方法,材料经过塑性成形,使其具有需要的形状和性能,才能体现出它的价值。
材料加工的目的就是两个;一是改变材料的形状,另一个是改善其性能。
金属材料性能(使用性能和深加工性能)在使用条件一定时,是决定于成分和组织结构。
材料的化学成分一定时,其组织结构是由加工工艺决定的——冷加工、热加工、热处理和形变热处理——改变性能。
掌握了形变、形变和相变相结合过程中组织结构的变化规律,设计和优化加工工艺来获得满足性能要求所需要的组织结构。
为了更充分发挥工艺改变组织结构的作用,可以适当调整化学成分,获得更好的效果。
因此,阐明塑性变形的物理本质、变形机理、塑性变形时组织结构和性能变化的关系,为合理地选择加工条件,保证塑性变形过程的进行提供理论基础。
塑性变形机理
塑性变形包括晶内变形和晶间变形。
晶内变形——通过各种位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动。
剪切运动有不同的机理,其中在常温下最基本的形式是滑移、孪生。
在T> 时, 可能出现晶间变形。
变形温度比晶体熔点低很多时,起控制作用的变形机理是滑移和孪生。
高温塑性变形时,扩散机理起重要作用。
一、滑移
晶内变形是晶体的一部分相对于另一部分的剪切变形,都是通过位错运动来实现的,所以研究基本的塑性变形机理就应研究相应的各种位错运动形式。
位错要运动,虽然很容易,但也必须至少克服点阵阻力(派-纳力)对它的阻碍才能运动。

位错向前运动,必须越过一个能量最大值的位置,才能从一个低能的稳定位置过渡到另一个低能的稳定位置。为此,就需要对位错施加足够的力以供克服这一能垒所需要的能量,这个能垒就称为派尔斯垒,克服这个能垒所需要的力就是派-纳力。
式中螺位错
刃位错
派-纳模型所给出的解仅仅在定性上是正确的。从上面的公式可得出:
(1)位错运动所需的派-纳力比晶体产生整体、刚性滑移所需要的理论剪切屈服应力小许多倍。
(2)柏氏矢量b值越小,滑动面面间距a越大,则临界切应力就越小。
(3)在其它条件相同时,刃型位错的活动性比螺型位错的活动性大。
对刃型位错
对螺型位错
但体心立方晶体在低温下则是螺位错的活动性较大。
2. 滑移系统
面间距越大、柏氏矢量越小,则派-纳力越小。
单晶体和多晶体中滑移变形是沿着密排面(滑移面)和密排方向(滑移方向)进行。
滑移系统—滑移面和位于其上的滑移方向构成。
面心立方晶体的滑移变形是沿着密排的八面体平面上的密排方向进行的。
体心立方晶体的密排面是,滑移总是沿着密排方向。
密排六方晶体中面是密排面, 是密排方向。
滑移是金属的一部分相对于另一部分产生的剪切运动,而相对剪切运动的距离是沿剪切方向,即滑移方向上原子间距的整数倍,剪切运动后并不破坏原子排列的规则,也不改变晶体的取向。
3. 滑移时的临界分切应力

滑移系只提供了滑移的可能性,产生滑移的驱动力是沿滑移面滑移方向上的分切应力。当达到某一临界值时,晶体开始滑移,该临界值是临界分切应力。
临界分切应力是标志金属特性的物理量,其数值的大小与金属的晶体结构、化学成分、变形温度、变形速度等有关。
一定的金属在一定的变形温度和变形速度下,开始产生滑移变形所需的临界切应力为常数。