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什麼是純金屬的塑性變形

什麼是純金屬的塑性變形

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低碳鋼的應力-應變曲線
塑性變形是一種永久的不可恢復的變形。當引起變形的載荷被移除時,資料不會恢復到原來的形狀,但會保持新變形的形狀。
塑性變形及後續熱處理對資料的組織和效能有重要影響,尤其是金屬材料。
囙此,瞭解塑性變形的機理以及塑性變形對微觀組織的影響具有重要意義。

單個晶體的塑性變形和應變强化單晶體的塑性變形及應變强化

單晶金屬的塑性變形。(a)施加純拉力時平面上的正應力和剪應力示意圖。(b)剪應力τ引起的塑性變形示意圖。(c)塑性變形的鋅單晶的照片。

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  • 單晶可以通過施加拉伸力F而變形;
  • 拉應力σ(正應力):可能會導致彈性變形與解理斷裂;
  • 剪應力τ(切應力):可能導致滑,囙此塑性變形;
  • 大多數金屬的塑性變形機理是滑和雙晶。

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  • 滑移只在剪應力下發生。
  • 滑移變形在單晶表面形成小臺階,稱為滑移帶
  • 滑飛機通常是最密集的飛機(密排面);滑動方向通常擁擠不堪的方向(密排方向)。

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  • 滑移面和滑移方向的組合稱為滑移系。
  • 滑移系取決於晶體結構。
  • 用於FCC、BCC和HCP結構的滑移系統。

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圖示邊位錯響應剪應力而運動,並在低剪應力下產生一個滑移組織。可以看出,在某一特定時刻,只有一小群原子互相重疊。

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孿生發生在一個特定的方向,稱為孿生方向。在孿晶區域內的位移大小與到孿晶平面的距離成正比。

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與滑移相比,孿晶需要較大的剪應力,孿晶變形非常快。
由於可操作的滑移體系很少,HCP晶體結構容易發生孿晶。FCC結構中一般不存在孿晶變形。雙結構中觀察到的FCC結構通常是相變的結果在一個退火熱處理,叫做退火孿晶(退火孿晶)。

多晶金屬塑性變形的多晶體金屬的塑性變形

晶粒之間有晶界。此外,由於晶粒的取向不同,滑移的方向也因晶粒不同而不同。對於每個晶粒,位錯運動沿滑移系統發生。
在外力作用下的塑性變形過程中,位錯向晶界移動。如果位錯不能越過晶界,它們就會在晶界處堆積。
塑性變形不能同時在所有顆粒中發生。多晶金屬要比單晶金屬强。

多晶金屬的塑性變形過程

當外力作用於多晶金屬並發生塑性變形時,首先發生滑移,滑移體系與外力方向的夾角接近45°。位錯堆積在滑移面前面引入應力集中。
當應力新增到一定程度時,相鄰晶粒中的位錯開始滑移。當大量晶粒發生滑移時,多晶金屬試樣在宏觀尺度上表現為塑性變形。

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