《材料科学基础》材料的塑性变形
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材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版
材料科学基础习题与参考答案（doc14页）完美版第⼀章材料的结构⼀、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离⼦键、⾦属键、组元、合⾦、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第⼆相强化。
⼆、填空题1、材料的键合⽅式有四类，分别是（），（），（），（）。
2、⾦属原⼦的特点是最外层电⼦数（），且与原⼦核引⼒（），因此这些电⼦极容易脱离原⼦核的束缚⽽变成（）。
3、我们把原⼦在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。
4、三种常见的⾦属晶格分别为（），（）和（）。
5、体⼼⽴⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），晶胞中⼋⾯体间隙个数为（），四⾯体间隙个数为（），具有体⼼⽴⽅晶格的常见⾦属有（）。
6、⾯⼼⽴⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），晶胞中⼋⾯体间隙个数为（），四⾯体间隙个数为（），具有⾯⼼⽴⽅晶格的常见⾦属有（）。
7、密排六⽅晶格中，晶胞原⼦数为（），原⼦半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶⾯为（），具有密排六⽅晶格的常见⾦属有（）。
8、合⾦的相结构分为两⼤类，分别是（）和（）。
9、固溶体按照溶质原⼦在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原⼦与溶剂原⼦相对分布分为（）和（）。
10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
11、⾦属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。
12、⾦属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合⾦中不作为（）相，⽽是少量存在起到第⼆相（）作⽤。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电⼦浓度分别为（），（），（）。
材料科学基础-第5章2013
弹簧元件表示的弹性变形部分 —— 与时间无关，
Voigt-Kelvin 模型—— 描述蠕变回复、弹性后效和弹
E 为松弛常数。
性记忆等过程：
粘弹性变形特点——应变落后于应力—–弹性滞后。 施加周期应力时形成的应力 - 应变曲线回线所包含的
d ( t ) E dt
交变载荷（振动）下吸收不可逆变形功 的能力。虽然这两个名词有时可以混用， 但严格来说循环韧性与内耗是有区别的： 循环韧性——指金属在塑性区内加载时吸 收不可逆变形功的能力——消振性; 内耗——指金属在弹性区内加载时吸收不 可逆变形功的能力。
弹性滞后——表明加载时消耗于材料的变形功大于 卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分变形 功已被材料内部所消耗——内耗现象——用弹性滞 后环的面积度量其大小。
面积——应力循环一周所损耗的能量——内耗。
5.2 晶体的塑性变形
当施加的应力超过弹性极限e时，材料会发生塑性变形——产
生不可逆的永久变形。 大多数多晶体工程材料，变形与各晶粒的变形相关。 一、单晶体的塑性变形 在常温和低温下，单晶体的塑性变形——主要形式为滑移 (Slip)；其次有孪晶(Twins)、扭折(Twist)等方式。 高温下，单晶体的塑性变形——主要形式为扩散性变形和晶界 滑动与移动等。 滑移——在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定晶面(滑移 面)和一定晶向(滑移方向)相对另一部分发生相对位移的现象。
2014-6-11 材料科学基础CAI教材 曾德长 13
其应力、应变符合Hooke定律——应力去除后应变 回复为零。 粘壶 —— 由装有粘性流体的气缸和活塞组成；活 塞的运动是粘性流动的结果 —— 符合 Newton 粘性 流动定律。 Maxwell模型——解释应力松弛机制：
材料科学基础简答题
孪晶和滑移的特点：相同点：●宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；●微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；●两者都不会改变晶体结构；●从机制上看，都是位错运动结果。
不同点：●滑移不改变晶体的位相，孪生改变了晶体位向；●滑移是全位错运动的结果，而孪生是不全位错运动的结果；●滑移是不均匀切变过程，而孪生是均匀切变过程；●滑移比较平缓，应力应变曲线较光滑、连续，孪生则呈锯齿状；●两者发生的条件不同，孪生所需临界分切应力值远大于滑移，因此只有在滑移受阻情况下晶体才以孪生方式形变。
●滑移产生的切变较大（取决于晶体的塑性），而孪生切变较小，取决于晶体结构。
回复机制:1）低温回复（0.1－0.3Tm）点缺陷（空位和间隙原子)运动至晶界出或位错处消失、空位和间隙原子结合消失、空位结合成空位对。
结果导致点缺陷密度降低。
2）中温回复（0.3－0.5Tm）位错可以在滑移面上滑移或交滑移，使异号位错相遇相消，位错密度下降，位错缠结内部重新排列组合，使变形亚晶规整化。
3）高温回复（>0.5Tm）位错除滑移外，还可获得足够的能量产生攀移，使滑移面上不规整的位错重新分布，形成亚晶界和亚晶粒，使弹性畸变能降低。
位错攀移（＋滑移）→位错垂直排列（亚晶界）→多边化（亚晶粒）→弹性畸变能降低。
4）位错反应形成亚晶肖脱基缺陷离开平衡位置的原子迁移至晶体表面的正常格点位置，而晶体内仅留有空位，晶体中形成了肖特基缺陷滑移：是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。
固溶强化：是指由于溶质原子的固溶而引起的强化效应。
扩散：由于物质中原子（或者其他的微观粒子）的微观热运动所引起的强化效应。
影响扩散的因素1.温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大，且空位浓度增大，有利扩散。
2.原子结合键越弱，Q越小，D越大。
3.在间隙固溶体中，扩散激活能较小，原子扩散较快；在置换固溶体中扩散激活能比间隙扩散大得多。
第3章材料形变
第三章 材 料 的 形 变
3.1本章综述 3.2金属材料的形变
3.2.1金属形变基础 3.2.2金属的弹性变形 3.2.3滑移系统 3.2.4单晶体的塑性变形 3.2.5多晶体的塑性变形 3.2.6合金的塑性变形 3.2.7塑性变形对础
第三章
材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作 运行中都要受到外力的作用。材料受力后要发生变 形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑 性变形，而当外力过大时就会发生断裂。图5．1为 低碳钢在单向拉伸时的应力一应变曲线。
② 孪生是一种均匀切变。而滑移是不均匀的。
③ 孪生的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。而滑 移后晶体各部分的位向并未改变。
④孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。但孪生能改 变晶体取向，使滑移转到有利位置。
⑤ 由于孪生变形后，局部切变可达较大数量，所以在 变形试样的抛光面上可以看到浮凸，经重新抛光后，表面 浮凸可以去掉，但因已变形区和未变形区的晶体位向不同， 所以在偏光下或侵蚀后仍能看到孪晶。而滑移变形后的试 样经抛光后滑移带消失。
(2)弥散分布型两相合金(两相尺寸、性能相 差很大)
聚合型合金的塑性变形
材料科学基础
第三章
该类合金具有较好的塑性,合金的变形能力取 决于两相的体积分数。可按照等应力(变)理论 来计算合金在一定应变条件下的平均流度应力 和在一定条件下的平均应变，则由混合定律计 算得：P172式。而实际上这类合金滑移首先 发生在较软的相中。
滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同； 晶体中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好。
结论:① 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最 密排面和最密排晶向。
如fcc： ｛111｝ <110>
3.1本章综述 3.2金属材料的形变
3.2.1金属形变基础 3.2.2金属的弹性变形 3.2.3滑移系统 3.2.4单晶体的塑性变形 3.2.5多晶体的塑性变形 3.2.6合金的塑性变形 3.2.7塑性变形对础
第三章
材料在加工制备过程中或是制成零部件后的工作 运行中都要受到外力的作用。材料受力后要发生变 形，外力较小时产生弹性变形；外力较大时产生塑 性变形，而当外力过大时就会发生断裂。图5．1为 低碳钢在单向拉伸时的应力一应变曲线。
② 孪生是一种均匀切变。而滑移是不均匀的。
③ 孪生的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。而滑 移后晶体各部分的位向并未改变。
④孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。但孪生能改 变晶体取向，使滑移转到有利位置。
⑤ 由于孪生变形后，局部切变可达较大数量，所以在 变形试样的抛光面上可以看到浮凸，经重新抛光后，表面 浮凸可以去掉，但因已变形区和未变形区的晶体位向不同， 所以在偏光下或侵蚀后仍能看到孪晶。而滑移变形后的试 样经抛光后滑移带消失。
(2)弥散分布型两相合金(两相尺寸、性能相 差很大)
聚合型合金的塑性变形
材料科学基础
第三章
该类合金具有较好的塑性,合金的变形能力取 决于两相的体积分数。可按照等应力(变)理论 来计算合金在一定应变条件下的平均流度应力 和在一定条件下的平均应变，则由混合定律计 算得：P172式。而实际上这类合金滑移首先 发生在较软的相中。
滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同； 晶体中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好。
结论:① 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最 密排面和最密排晶向。
如fcc： ｛111｝ <110>
材料科学基础总复习5
填空题1、金属材料在常温或低温下的塑性变形主要以滑移和孪生方式进行，滑移是在滑移系上进行，一个和组成了一个滑移系，滑移以后滑移面两侧的晶体位向关系，当滑移面上的分切应力大于时，处于的滑移系首先。
2、纯元素在均匀形核时，过冷度越大，则临界半径，形核功；界面能越大，则临界半径，形核功。
3、面心立方晶体结构的单位晶胞中含有个原子，原子半径为，致密度为，最密排面的晶面族指数为，若用该晶面族围成一个八面体，该八面体所有棱边的晶向族指数为，在每个晶胞中含有个八面体间隙，其数目是四面体间隙的倍，其尺寸比四面体间隙的（大/小）。
4、螺型位错的柏氏矢量与位错线，位错线与柏氏矢量同向的为螺型位错，反向的为螺型位错，根据柏氏矢量和位错线的关系，该位错线（能/不能）为曲线，刃型位错的位错线（能/不能）为曲线。
5、位错的滑移面是由和决定的平面，刃型位错的滑移面有个，螺型位错的滑移面理论上有个，刃型位错既可以做运动，又可以做运动，但不能进行运动，其易动性比螺型位错的（好/差）。
6、固体中，是唯一的物质迁移方式。
7、晶体的空间点阵分属于大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为，请列举除立方晶系外其他任意三种晶系的名称、、。
铜的晶体结构属于空间点阵。
8.、对同一种高分子材料而言，温度越链段越，分子链的柔性越好。
判断题1、小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。
2、同一种空间点阵可以由无限种晶体结构，而不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵。
3、相界面与晶界的主要区别是相邻两相，不仅位向不同，而且结构或成分也不相同。
4、非均匀形核时晶核与基底之间的接触角越大，其促进非均匀形核的作用越大。
5、单相固溶体合金在平衡结晶是，其液、固相的成分分别沿其液、固相线变化。
6、固态金属中原子扩散的驱动力是浓度梯度。
7、空间点阵只有14种，而晶体结构可以有无限种。
8、密排六方结构原子的最密排面的堆垛顺序为ABCABC…9、点缺陷是热平衡缺陷，在一定的温度时晶体中的点缺陷具有一定的平衡浓度。
材料科学基础
包申格效应：材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，弹性极限增加；反向加载，弹性极限降低的现象，称为包申格效应。
弹性后效：在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性（现象）。
弹性滞后：由于应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称之为弹性滞后（结果）。
弹性滞后表明加载时消耗于材料额变形功大于卸载时材料回复所释放的变形功，多余的部分被材料内部所消耗，称之为内耗，其大小即用弹性滞后环的面积度量。
粘弹性：非晶态固体和液体在很小外力作用下，会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不能回复。
派-纳力：由于点阵结构的周期性，当位错沿滑移面运动时，位错中心的能量也要发生周期性变化，当位错处于平衡状态时，其能量最低，相当于处在能谷中，当位错从位置1运动到位置2时，需要越过一个势垒，这个点阵阻力称为派-纳力。
位错宽度越大，则派-纳力越小。
、吕德斯带：当应力达到上屈服点时，首先，在试样的应力集中处开始塑性变形，并在试样表面产生一个与拉伸轴成45°交角的变形带，与此同时，应力降到下屈服点。
弥散强化：第二相粒子细小而弥散地分布在基体粒子中。
亚稳相:亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
回复:指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。
再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。
（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）。
二次再结晶:再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。
加工硬化:金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。
再结晶退火：所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一段时间后，缓慢冷却至室温的过程。
上海交大材料科学基础知识点总结
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套题库(名校考研真题 材料的形变和再结晶)【圣才出品】
【答案】再结晶；降低；冷加工；热加工
4．形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式；形变程度
5．细化晶粒不但可以提高材料的________，同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度；塑性；韧性
4．真实应力[重庆大学 2010 研] 答：真实应力是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截 面积）之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5．超塑性[燕山大学 2005 研] 答：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。超塑性变 形时，应变速率敏感性指数 m 很大，m≈0.5，而一般金属材料仅为 0.01～0.04。
三、判断题
1．在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。（ ）[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”，再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2．金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（ 2007 研]
阻力。因此，在位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派纳力
3．动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答：动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比，动态再结晶的特点是：动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核；动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
4．形变织构的性质与变形金属的原始条件、_______、_______有关。[江苏大学 2005 研]
【答案】形变方式；形变程度
5．细化晶粒不但可以提高材料的________，同时还可以改善材料的________和 ________。[沈阳大学 2009 研]
【答案】强度；塑性；韧性
4．真实应力[重庆大学 2010 研] 答：真实应力是指拉伸（或压缩）试验时，变形力与当时实际截面积（而不是初始截 面积）之比。其数值是随变形量、温度与应变速率而变化的。
5．超塑性[燕山大学 2005 研] 答：超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异 常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。超塑性变 形时，应变速率敏感性指数 m 很大，m≈0.5，而一般金属材料仅为 0.01～0.04。
三、判断题
1．在室温下对金属进行塑性变形为冷加工。加热到室温以上对金属进行塑性变形为 热加工。（ ）[华中科技大学 2005 研]
【答案】× 【解析】将再结晶温度以上的加工为“热加工”，再结晶温度以下而又不加热的加工称 为冷加工。
2．金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。（ 2007 研]
阻力。因此，在位错移动时，需要一个力克服晶格阻力，越过势垒，此力称为派纳力
3．动态再结晶[北京工业大学 2009 研] 答：动态再结晶是指金属在热变形过程中发生的再结晶现象。与热变形各道次之间以 及变形完毕后加热和冷却时所发生的静态再结晶相比，动态再结晶的特点是：动态再结晶 要达到临界变形量和在较高的变形温度下才能发生；与静态再结晶相似，动态再结晶易在 晶界及亚晶界形核；动态再结晶转变为静态再结晶时无需孕育期；动态再结晶所需的时间 随温度升高而缩短。
材料科学基础5---9章习题
第5章材料的形变和再结晶1. 有一70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上，求作用在（111）和（111）滑移系上的分切应力。
答案:矢量数性积a×b=ïaï×ïbï Þ = a×bïaï×ïbï滑移系：（负号不影响切应力大小，故取正号）滑移系：2. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30°，求拉伸后的延伸率。
答案 :如图所示，AC和A’C’分别为拉伸前后晶体中两相邻滑移面之间的距离。
因为拉伸前后滑移面间距不变，即AC=A’C’故3. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？答案:解得∴4. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理，使其残留加工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？答案:（分）5. 已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390℃完成再结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？答案：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率：，而再结晶速率和产生某一体积分数所需时间t成反比，即∝∴在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，两边取对数；同样故得。
代入相应数据，得到t3 = 0.26 h。
1．有一根长为5 m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N的拉力作用下，此线的总长度。
答案2．一Mg合金的屈服强度为180MPa，E为45GPa，a）求不至于使一块10mm⨯2mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷；b）在此载荷作用下，该镁板每mm的伸长量为多少？答案3. 已知烧结Al2O3的孔隙度为5%，其E=370GPa。
塑变机理
17:39 52
2.1材料的塑性变形机理
小结：晶体（金属）的塑变机理
单晶体：滑移，孪生 多晶体：非同时性、非均匀性； 晶界阻碍滑移 纤维组织、位错胞、织构
2.1材料的塑性变形机理
2.1.2 陶瓷材料的塑性变形 一、单晶陶瓷的塑性 一、结合键对位错运动的影响 二、多晶陶瓷的塑性
三、非晶陶瓷的塑性
＋ ＋
17:39
＋ ＋ ＋ ＋
9
2. 滑移系
2.1材料的塑性变形机理
一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系个数=滑移面数×每个面上的滑移方向数 滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面一般为 {111} ， 滑移方向<110>； 4×3=12个滑移系 Cu,Al,Ni,Au 滑移面 滑移方向
1） 单滑移 只有一个特定的滑移系处于最有利的位置而优先 开动时，形成单滑移。 一个晶粒内只有一组平行的滑 移线(带)。 变形量很小的情况下发生。 位错在滑移过程中不与其它位 错交互作用，因此对材料的强 化作用很弱。
17:39 24
2.1材料的塑性变形机理
2） 交滑移：（《材料科学基础》螺位错） 螺位错的交滑移和双交滑移。晶体在两个或多个不 同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。
所以，滑移系(111) [011] 上的分切应力为40.8MPa。
5. 滑移时晶体的转动
位向和晶面的变化：
2.1材料的塑性变形机理
（动画）
17:39
力偶σ1及σ2使滑移面 向拉伸轴向转动
20
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
压缩转动
17:39
2.1材料的塑性变形机理
小结：晶体（金属）的塑变机理
单晶体：滑移，孪生 多晶体：非同时性、非均匀性； 晶界阻碍滑移 纤维组织、位错胞、织构
2.1材料的塑性变形机理
2.1.2 陶瓷材料的塑性变形 一、单晶陶瓷的塑性 一、结合键对位错运动的影响 二、多晶陶瓷的塑性
三、非晶陶瓷的塑性
＋ ＋
17:39
＋ ＋ ＋ ＋
9
2. 滑移系
2.1材料的塑性变形机理
一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 滑移系个数=滑移面数×每个面上的滑移方向数 滑移面 ：密排面 滑移方向：密排方向
fcc滑移系： 滑移面一般为 {111} ， 滑移方向<110>； 4×3=12个滑移系 Cu,Al,Ni,Au 滑移面 滑移方向
1） 单滑移 只有一个特定的滑移系处于最有利的位置而优先 开动时，形成单滑移。 一个晶粒内只有一组平行的滑 移线(带)。 变形量很小的情况下发生。 位错在滑移过程中不与其它位 错交互作用，因此对材料的强 化作用很弱。
17:39 24
2.1材料的塑性变形机理
2） 交滑移：（《材料科学基础》螺位错） 螺位错的交滑移和双交滑移。晶体在两个或多个不 同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。
所以，滑移系(111) [011] 上的分切应力为40.8MPa。
5. 滑移时晶体的转动
位向和晶面的变化：
2.1材料的塑性变形机理
（动画）
17:39
力偶σ1及σ2使滑移面 向拉伸轴向转动
20
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。
压缩转动
17:39
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说明晶界本身对强度的贡献不是主要的，而 对强度的贡献主要来自晶粒间的取向差。
44
因相邻晶粒取向不同，为保持形变时应变 连续，各晶粒形变要协调，在晶界附近会进行多 系滑移。 正是这些多系滑移增加了形变阻力，从而增 加强度。
45
1. 晶粒越细，强度越高（细晶强化） 实践证明，多晶体的屈服强度σs与晶粒平均 直径 d 的关系满足： s=0+kd-1/2（霍尔－配奇公式） σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky是和晶格类型、弹性模量、位错分布及位错 被钉札程度有关的常数。
34
35
第二节 多晶体的塑性变形
室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同。 但由于相邻晶粒之间取向“软”和“硬” 不同，形变先后以及形变量也不同，以及晶界 的存在，因而多晶体的变形既需要克服晶界的 阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合。
36
多晶体中晶粒取向
37
一、 晶界和晶粒位向对塑性变形的影响
软取向，值大；硬取向，值小。
16
4. 滑移时晶体的转动 若晶体在拉伸时不受约束，滑移时各滑移层 会像推开扑克牌一样一层层滑开，每一层和力轴 的夹角φ保持不变。 但在实际拉伸中，夹头不能移动，这迫使晶 体在力偶作用下发生转动，在靠近夹头处由于夹 头的约束晶体不能自由滑动能产生弯曲，在远离 夹头的地方，晶体发生转动，转动的方向是使滑 移方向转向力轴。
材料的塑性变形
Plastic Deformation of Materials
1
2
弹性变形－塑性变形－断裂
3
第一节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生。
一、滑移
1. 滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于 另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑 移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子 排列规律性的塑性变形方式。
二次渗碳体
珠光体 67
当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒 越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑 性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或 沉淀强化。
39
晶界位错塞积模型 假如，某晶粒中心有一位错源，在外加切应力作 用下，位错沿着某一个滑移面运动。如果遇到障 碍物（固定位错、杂质粒子、晶界）的阻碍，领 先的位错在障碍前被阻止，后续的位错被堵塞起 来。形成位错的平面塞积群，称为位错塞积。 障碍物 源
⊥
⊥ ⊥ ⊥ ⊥⊥⊥ O
40
位错塞积使头部产生应力集中，当应力集中 能使相邻晶粒的位错源启动时，原来取向不利的 晶粒也能开始变形，相邻晶粒变形也使位错塞积 产生的应力集中得以松弛。
（2）双交滑移源
螺位错滑移时因局域切应力变化而改变滑移面， 又因局域切应力减弱而回到原滑移面而发生双交滑 移。但这种局域切应力的作用仅使一段位错发生双 交滑移，因而在双交滑移发生由次滑移面至主滑移 面转化时，出现相对固定的两点，它就以F-R源开 始增殖。
63
二、固溶强化
1. 固溶体的结构 2. 固溶强化：固溶体材料 随溶质含量提高其强度、 硬度提高而塑性、韧性下 降的现象。 强化机制：晶格畸变，产 生内应力
（1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上 沿同一滑移方向进行的滑移。
（2）机制 交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的 另一滑移面的过程； 双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面 的过程。
22
23
只有纯螺位错才可交滑移，分解成扩展位 错后部分位错离开层错所在的面会引起严重错 排。 所以扩展位错交滑移前一定要以一定方式 变回全位错才能交滑移。
24
层错能越低，位错宽度就越大，交滑移束集是 做功也越大。
对低层错能材料，位错很难交滑移，位错运动 是平面型的，称平面滑动。
对高层错能材料，位错容易交滑移，滑移线呈 波纹状，称波纹滑动。
25
交滑移容易与否，对材料的应变硬化有很 大的影响。
层错能越低，位错不易通过交滑移越过遇 到的障碍，从而加大了应变硬化。
P cos P cos cos cos cos A / cos A
C S cos cos （施密特定律）
15
c＝scoscos c取决于金属的本性，不受，的影响； s的取值：
或＝90时，s →；，＝45时，s最小， 晶体易滑移； coscos（取向因子）：
64
3. 固溶强化的影响因素
溶质原子含量越多，强化效果越好；
溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好；
溶剂与溶质原子价电子数差越大，强化效果越好；
间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。
65
66
三、弥散强化
1. 结构：基体＋第二相。
当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降 低塑性和韧性；
48
粗晶粒的n较大，产生的应力集中大，如相邻 晶粒取向不利，或位错源不易开动，则应力集中 不能松弛，在邻近晶粒某一特定方向产生很大的 拉应力，形成裂纹。
因而晶粒越粗，塑性也越低，反之，晶粒越 细，塑性越高。
49
同理，细晶粒材料中，应力集中小，裂纹 不易萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂过 程中可吸收较多能量，表现高韧性。
4
位错移动引起永久变形的示意图
5
2. 滑移的观察
光镜下：滑移带。
电镜下：滑移线。
6
3. 滑移的晶体学 （1）几何要素：滑移面 （密排面）、滑移方 向（密排方向）
原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力 最小，因而容易沿着这些面发生滑移。
最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。
7
（2）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的 组合。 滑移系的个数：（滑移面个数）×（每个面上 所具有的滑移方向的个数）
26
7.滑移的表面痕迹
单滑移：单一方向 的滑移带；
多滑移：相互交叉 的滑移带； 交滑移：波纹状的 滑移带。
27
二、孪晶变形
孪晶变形是在切应力作用下，晶体的一部 分相对于另一部分沿一定的晶面（孪晶面）和 晶向（孪晶方向）发生均匀切变，并形成晶体 取向的镜面对称关系。
不同的层原子移动的距离不同。
28
59
3. 位错的增殖 金属变形后产生大量位错，是引起强化的一 个原因。
理论和实验证明：流变应力和位错密度之间 关系：
0 aGb
60
（1）F-R源 位错两端被钉扎，在切 应力作用下发生弯曲； 位错运动时发生卷曲；
异号位错相遇—一位错 环+一位错线； 上述过程重复进行。
61
62
57
2. 位错的反应 两滑移面上的位错相遇，在一定条件下可发生反 应，形成一个不可动的位错，如在面心立方金属：
58
当它们的领头位错相遇后发生如下位错反应：
[011]/6位错在(111)和 (111)面的交线上。这是一种 不可动的结构，称洛麦尔-柯 垂尔位错（简称L-C位错）。 它成为滑移面上其它位错运 动的障碍，所以它又称L-C 阻塞。
8
9
10
11
12
13
滑移系数目与材料塑性的关系： （1）一般滑移系越多，塑性越好； （2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； （3）与同时开动滑移系数目有关（c）。
14
（3）滑移的临界分切应力（c） c：在滑移面上沿滑移方面开 始滑移的最小分切应力。 （外力在滑移方向上的分解）
50
第三节 金属的强化理论
一、变形强化（加工硬化）
变形强化（加工硬化）：随变形量的增加，材料 的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。
多种机制：
位错滑动和位错交割，增加阻力。（位错的交割）
形成的L-C不动位错增大了形变的抗力。（位错 的反应） F-R源不断产生位错。（位错的增殖）
51
1. 位错的交割 发生多系滑移之后，两个相交滑移面上 运动的位错必然会互相交截，原来一直线位 错经交截后就会按照对方位错柏氏矢量（变 化方向和大小）出现弯折部分。 如此弯折部分仍在滑移面上，这叫扭折。 如弯折不在滑移面上，这一线段叫割阶。 影响：增加位错长度，产生固定割阶。
41
晶粒之间变形的传播： 位错在晶界塞积 → 应力集中 → 相邻晶粒位 错源开动 → 相邻晶粒变形 → 塑性变形 由于各晶粒之间变形具有非同时性，所以 要求各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂）
42
任何变形都可用εxx，εyy，εzz，γxy，γyz，γxz 这6个应变分量来表示，在塑性变形体积不变的 情况下，有：
52
柏氏矢量平行的两个刃型位错的交割
AB位错与XY位错的柏氏矢量分别与对方 （新产生的小段）位错线平行，交割后在对方都 留下一段扭折。
53
柏氏矢量垂直的两个刃型位错的交割
AB位错被交割后留下割阶；因XY位错与 AB位错的柏氏矢量平行，交割后在XY上不产生 任何割阶或扭折。
54
刃型位错与螺型位错的交割
所以有5个独立的应变分量，每个应变分量 由一个独立的滑移系来产生的，所以多晶体塑 性变形时要求每个晶体至少能在5个独立的滑移 系上进行滑移。
43
二、晶粒大小与力学性能的关系
双晶试验表明，试样的屈服强度随2个晶粒 取向差加大而加大；
把取向差与强度的关系曲线外推到取向差为 零时，屈服强度大体和单晶的各种取向的屈服强 度的平均值接近。
17
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向。
18
压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。
19
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；
几何软化：，接近45，滑移变得容易。
20
5.多滑移 多滑移：在多个（>2）滑移系 上同时或交替进行的滑移。 等效滑移系：各滑移系的滑移 面和滑移方向与力轴夹角分别 相等的一组滑移系。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。
44
因相邻晶粒取向不同，为保持形变时应变 连续，各晶粒形变要协调，在晶界附近会进行多 系滑移。 正是这些多系滑移增加了形变阻力，从而增 加强度。
45
1. 晶粒越细，强度越高（细晶强化） 实践证明，多晶体的屈服强度σs与晶粒平均 直径 d 的关系满足： s=0+kd-1/2（霍尔－配奇公式） σ0称晶内阻力或晶格摩擦力； ky是和晶格类型、弹性模量、位错分布及位错 被钉札程度有关的常数。
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第二节 多晶体的塑性变形
室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方 式与单晶体相同。 但由于相邻晶粒之间取向“软”和“硬” 不同，形变先后以及形变量也不同，以及晶界 的存在，因而多晶体的变形既需要克服晶界的 阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调与配合。
36
多晶体中晶粒取向
37
一、 晶界和晶粒位向对塑性变形的影响
软取向，值大；硬取向，值小。
16
4. 滑移时晶体的转动 若晶体在拉伸时不受约束，滑移时各滑移层 会像推开扑克牌一样一层层滑开，每一层和力轴 的夹角φ保持不变。 但在实际拉伸中，夹头不能移动，这迫使晶 体在力偶作用下发生转动，在靠近夹头处由于夹 头的约束晶体不能自由滑动能产生弯曲，在远离 夹头的地方，晶体发生转动，转动的方向是使滑 移方向转向力轴。
材料的塑性变形
Plastic Deformation of Materials
1
2
弹性变形－塑性变形－断裂
3
第一节 单晶体的塑性变形
常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生。
一、滑移
1. 滑移：在切应力作用下，晶体的一 部分相对于 另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑 移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子 排列规律性的塑性变形方式。
二次渗碳体
珠光体 67
当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒 越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑 性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或 沉淀强化。
39
晶界位错塞积模型 假如，某晶粒中心有一位错源，在外加切应力作 用下，位错沿着某一个滑移面运动。如果遇到障 碍物（固定位错、杂质粒子、晶界）的阻碍，领 先的位错在障碍前被阻止，后续的位错被堵塞起 来。形成位错的平面塞积群，称为位错塞积。 障碍物 源
⊥
⊥ ⊥ ⊥ ⊥⊥⊥ O
40
位错塞积使头部产生应力集中，当应力集中 能使相邻晶粒的位错源启动时，原来取向不利的 晶粒也能开始变形，相邻晶粒变形也使位错塞积 产生的应力集中得以松弛。
（2）双交滑移源
螺位错滑移时因局域切应力变化而改变滑移面， 又因局域切应力减弱而回到原滑移面而发生双交滑 移。但这种局域切应力的作用仅使一段位错发生双 交滑移，因而在双交滑移发生由次滑移面至主滑移 面转化时，出现相对固定的两点，它就以F-R源开 始增殖。
63
二、固溶强化
1. 固溶体的结构 2. 固溶强化：固溶体材料 随溶质含量提高其强度、 硬度提高而塑性、韧性下 降的现象。 强化机制：晶格畸变，产 生内应力
（1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上 沿同一滑移方向进行的滑移。
（2）机制 交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的 另一滑移面的过程； 双交滑移：交滑移后的螺位错再转回到原滑移面 的过程。
22
23
只有纯螺位错才可交滑移，分解成扩展位 错后部分位错离开层错所在的面会引起严重错 排。 所以扩展位错交滑移前一定要以一定方式 变回全位错才能交滑移。
24
层错能越低，位错宽度就越大，交滑移束集是 做功也越大。
对低层错能材料，位错很难交滑移，位错运动 是平面型的，称平面滑动。
对高层错能材料，位错容易交滑移，滑移线呈 波纹状，称波纹滑动。
25
交滑移容易与否，对材料的应变硬化有很 大的影响。
层错能越低，位错不易通过交滑移越过遇 到的障碍，从而加大了应变硬化。
P cos P cos cos cos cos A / cos A
C S cos cos （施密特定律）
15
c＝scoscos c取决于金属的本性，不受，的影响； s的取值：
或＝90时，s →；，＝45时，s最小， 晶体易滑移； coscos（取向因子）：
64
3. 固溶强化的影响因素
溶质原子含量越多，强化效果越好；
溶剂与溶质原子半径差越大，强化效果越好；
溶剂与溶质原子价电子数差越大，强化效果越好；
间隙式溶质原子的强化效果高于置换式溶质原子。
65
66
三、弥散强化
1. 结构：基体＋第二相。
当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降 低塑性和韧性；
48
粗晶粒的n较大，产生的应力集中大，如相邻 晶粒取向不利，或位错源不易开动，则应力集中 不能松弛，在邻近晶粒某一特定方向产生很大的 拉应力，形成裂纹。
因而晶粒越粗，塑性也越低，反之，晶粒越 细，塑性越高。
49
同理，细晶粒材料中，应力集中小，裂纹 不易萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂过 程中可吸收较多能量，表现高韧性。
4
位错移动引起永久变形的示意图
5
2. 滑移的观察
光镜下：滑移带。
电镜下：滑移线。
6
3. 滑移的晶体学 （1）几何要素：滑移面 （密排面）、滑移方 向（密排方向）
原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力 最小，因而容易沿着这些面发生滑移。
最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。
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（2）滑移系 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的 组合。 滑移系的个数：（滑移面个数）×（每个面上 所具有的滑移方向的个数）
26
7.滑移的表面痕迹
单滑移：单一方向 的滑移带；
多滑移：相互交叉 的滑移带； 交滑移：波纹状的 滑移带。
27
二、孪晶变形
孪晶变形是在切应力作用下，晶体的一部 分相对于另一部分沿一定的晶面（孪晶面）和 晶向（孪晶方向）发生均匀切变，并形成晶体 取向的镜面对称关系。
不同的层原子移动的距离不同。
28
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3. 位错的增殖 金属变形后产生大量位错，是引起强化的一 个原因。
理论和实验证明：流变应力和位错密度之间 关系：
0 aGb
60
（1）F-R源 位错两端被钉扎，在切 应力作用下发生弯曲； 位错运动时发生卷曲；
异号位错相遇—一位错 环+一位错线； 上述过程重复进行。
61
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2. 位错的反应 两滑移面上的位错相遇，在一定条件下可发生反 应，形成一个不可动的位错，如在面心立方金属：
58
当它们的领头位错相遇后发生如下位错反应：
[011]/6位错在(111)和 (111)面的交线上。这是一种 不可动的结构，称洛麦尔-柯 垂尔位错（简称L-C位错）。 它成为滑移面上其它位错运 动的障碍，所以它又称L-C 阻塞。
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13
滑移系数目与材料塑性的关系： （1）一般滑移系越多，塑性越好； （2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； （3）与同时开动滑移系数目有关（c）。
14
（3）滑移的临界分切应力（c） c：在滑移面上沿滑移方面开 始滑移的最小分切应力。 （外力在滑移方向上的分解）
50
第三节 金属的强化理论
一、变形强化（加工硬化）
变形强化（加工硬化）：随变形量的增加，材料 的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。
多种机制：
位错滑动和位错交割，增加阻力。（位错的交割）
形成的L-C不动位错增大了形变的抗力。（位错 的反应） F-R源不断产生位错。（位错的增殖）
51
1. 位错的交割 发生多系滑移之后，两个相交滑移面上 运动的位错必然会互相交截，原来一直线位 错经交截后就会按照对方位错柏氏矢量（变 化方向和大小）出现弯折部分。 如此弯折部分仍在滑移面上，这叫扭折。 如弯折不在滑移面上，这一线段叫割阶。 影响：增加位错长度，产生固定割阶。
41
晶粒之间变形的传播： 位错在晶界塞积 → 应力集中 → 相邻晶粒位 错源开动 → 相邻晶粒变形 → 塑性变形 由于各晶粒之间变形具有非同时性，所以 要求各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导 致晶体分裂）
42
任何变形都可用εxx，εyy，εzz，γxy，γyz，γxz 这6个应变分量来表示，在塑性变形体积不变的 情况下，有：
52
柏氏矢量平行的两个刃型位错的交割
AB位错与XY位错的柏氏矢量分别与对方 （新产生的小段）位错线平行，交割后在对方都 留下一段扭折。
53
柏氏矢量垂直的两个刃型位错的交割
AB位错被交割后留下割阶；因XY位错与 AB位错的柏氏矢量平行，交割后在XY上不产生 任何割阶或扭折。
54
刃型位错与螺型位错的交割
所以有5个独立的应变分量，每个应变分量 由一个独立的滑移系来产生的，所以多晶体塑 性变形时要求每个晶体至少能在5个独立的滑移 系上进行滑移。
43
二、晶粒大小与力学性能的关系
双晶试验表明，试样的屈服强度随2个晶粒 取向差加大而加大；
把取向差与强度的关系曲线外推到取向差为 零时，屈服强度大体和单晶的各种取向的屈服强 度的平均值接近。
17
拉伸时，滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向。
18
压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。
19
几何硬化：，远离45，滑移变得困难；
几何软化：，接近45，滑移变得容易。
20
5.多滑移 多滑移：在多个（>2）滑移系 上同时或交替进行的滑移。 等效滑移系：各滑移系的滑移 面和滑移方向与力轴夹角分别 相等的一组滑移系。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。