晶体的范性变形特征和物理本质
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真应力-真应变曲线（p171）
➢ 真应力是指σ=P/A，A是试样受
拉力p作用时，试样最细处的横
截面；
真
➢ 真距应长变，l为 受力dllp,时l其n的l中l0 标l0距是长原。标
应 力
真应变
晶体的范性变形特征和物理本质
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拉伸试验机
电液伺服万能材料试验机 SHT4605型
及断裂过程。
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基本观点
➢ 应用
性能
结构
成分、工艺 设备
宏观规律 内在变化及原因 影响因素
市场
晶体的范性变形特征和物理本质
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研究方法
➢ 黑箱法：从输入和输出的实验关系定义和理解性能， 如 Hook定律：σ=Eε
➢ 相关法：建立性能与结构的相关关系， 如 Hall-petch关系：σs=σ0+kd1/2 （p172）
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取向因子的讨论(p163)
➢取向因子是由滑移系决定的； ➢取向因子大，滑移系的分切应力也大； ➢当滑移面法线、滑移方向及外力作用方向三
者共面时，取向因子可能获得最大值0.5.
晶体的范性变形特征和物理本质
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滑移的机理
➢ 实验证明，滑移是位错在切应力作用下运动的结果 ➢ 滑移线是位错运动到晶体表面所产生的台阶。
退火低碳钢应力-应变曲线
晶体的范性变形特征和物理本质
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➢ 断裂：当外力达到σb之后，试样开始发生不均匀塑性变形 ，产生缩颈，变形量迅速增大，最终发生断裂。
b k
s e
退火低碳钢应力-应变曲线
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材料常用性能指标
➢ 屈服强度： σs ➢ 抗拉强度： σb ➢ 屈强比：σs/σb
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➢ 单滑移：只有一个滑移系统开动。 ➢ 多滑移：有两个以上滑移系统开动。 ➢ 交叉滑移：在不同的面沿共同的方向同时或交替进行滑移。 ➢ 滑移线：若干位错线在晶体表面形成的台阶。 ➢ 滑移带：若干滑移线组成。
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临界切应力定律（p163）
➢ 设试棒横截面积为A； ➢ 轴向拉力为P； ➢ 滑移面法线与外力P之间的夹角为φ， ➢ 滑移方向与外力P之间的夹角为λ ➢ P在滑移方向上切向分力Pτ=Pcosλ ➢ 滑移面面积
单晶体的滑移
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金属晶体的滑移系（p162）
➢ fcc ：{111}、<110>, 12个滑移系； ➢ bcc：{110}、<111>； 12个滑移系
{112}、<111>； 12个滑移系 {123}、<111>； 24个滑移系，共48 个滑移系；
➢ hcp：若c/a>1.633 {0001}、<2110>； 3个滑移系 若c/a<1.633 {0001}、 {1010}、 {1011} <1120>； 3个滑
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应力应变曲线
P/A0=σ（应力）
（l-l0）/l0=ε（应变）
s
P： 作用在试样上的载荷
e
A0：试样的原始界面面积 L0：试样的原始标距长度 L： 试样变形后标距长度
b k
σ=Eε或τ=Gγ
σ、τ为正应力，切应力； ε、γ为正应变，切应变
E、G分别为正弹性模量和切弹性模量
弹性模量是表征材料中原子间结合力强弱的物理量
微机控制电子万能试验机 WDW—200
晶体的极限(σe)时,σ和ε之间保持线性 关系: σ =Eε
➢ 其特点是外力去除后，变形可以完全恢复。
退火低碳钢应力-应变曲线
晶体的范性变形特征和物理本质
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➢ 弹塑变形：当外力大于σe后，除了弹性变形外，开始发生 均匀塑性变形。这时若去掉外力，弹性变形部分恢复，但 留下了永久变形，即塑性变形。
➢ 过程法：通过内因与外因的关系研究，回答“为什么”的问题 。 如对于σs=σ0+kd1/2 ，应用屈服过程的位错理论，导出实 验系数的表达式： σ0 =mτ0；k=m2τ*r1/2 m：取向因子； τ0：基体对位错运动的摩擦阻力； τ*：启动位错所需的切应力；r：位错源与位错塞积处的距离。
晶体的范性变形特征和物理本质
晶体的范性变形特征和物理本质
晶体的范性变形特征和物理本质
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研究内容
➢ 材料力学性能的基本特征 ➢ 研究这些性能的变化规律 ➢ 引起这些性能变化的物理本质
晶体的范性变形特征和物理本质
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研究范围
➢
宏观性能 组织结构
原子结构
材料学
材料物理 固体物理
➢ 从研究应力-应变曲线开始，到用位错理论研究材料的变形
移系.
晶体的范性变形特征和物理本质
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滑移线和滑移带
如果把经过抛光的单晶体试样进行塑性变形，则在显微 镜下可以看到抛光表面上出现平行的黑线，称为滑移带（见 图）；在电子显微镜下，滑移带是一组更细的线组成，这更 细的线条称为滑移线。
滑移带（铜）×5晶0体0的范性变形特征滑和物移理带本质与滑移线（示意图）
➢ 故滑移系上的分切应力
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临界分切应力
➢ Schmid用同种材料但不同取向的单晶试棒进行拉伸试 验，发现尽管不同试棒的m值不同，但开始滑移时的分切 应力都相同，等于某一确定值（τk），即晶体开始滑移所 需的分切应力
τk就称为临界分切应力，它是一个材料常数。
晶体的范性变形特征和物理本质
晶体通过刃型位错移动造成滑移的示意图
晶体的范性变形特征和物理本质
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滑移时晶体的转动
➢ 晶体借滑移发生塑性变形时，往往伴随着取向的改变
自由滑移变形
受夹具限制时的变形
晶体在拉伸时的转动
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移系统。 ➢ 一般情况下，滑移面是原子的密排面或较密排的面，滑移
方向是原子的密排方向。
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滑移系
➢ 滑移总是沿着一定的晶面和该面上一定的晶向进行，这种 晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向；一个滑移面与其 面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
➢ 一个滑移系就是滑移时的一种空间取向或一种可能性。因 此，滑移系越多，金属变形能力越大
σs/σb大，变形余量小，不能过载； σs/σb小，变形余量大，但承载能力低。
延伸率:δ 断面收缩率:ψ
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单晶体的滑移变形（p161）
➢ 滑移：相邻的晶体部分沿着一定的结晶面和一点的结晶方 向所发生的平移。
➢ 滑移要素：滑移面与滑移方向称为滑移要素。 ➢ 滑移系统：一个滑移面和一个相应的滑移方向构成一个滑