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第5章_位错间的交互作用(加工硬化新)

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材料科学基础-第五章1 (1)

材料科学基础-第五章1 (1)

＝2tc
快速确定具有最大取向因子cosφcosλ的滑 移系方法 映象规则：利用投影图中心部分的八个取向三角形
4. 晶体在滑移时的转动 （rotation）
晶体滑移
滑移面上发生相对位移 晶体转动
在拉伸时使滑移面和滑移方 向逐渐转到与应力轴平行 空间取向发生变化 在压缩时使滑移面和滑移方向 逐渐转到与应力轴垂直
两个阶段
孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进 行的条件下才会发生。例如，Mg孪生所需tc4.9~34.3MPa, 而滑移时tc仅为0.49MPa。但孪晶的长大速度极快（与冲 击波的速度相当）有相当数量的能量被释放出来，故常可 听见明显可闻“咔、嚓”声，也称孪生吼叫。
3. 孪生形变的意义
三 扭折 Kink
hcp的Cd压缩时，外力与(0001)面平行， 故在(0001)面的t＝0，若此时孪生过程的阻 力也很大，不能进行。为了使晶体的形状与 外力相适应，当外力超过某一临界值时，晶 体将会产生局部弯曲，即出现扭折现象。 扭折区晶体的取向发生了不对称变化。 扭折是为适应外力而发生的不均匀局部塑性变形方式， 对变形起一定的协调作用，使应力得到松弛，使晶体不致发 生断裂。另外由于扭折引起晶体的再取向，即有可能使扭折 带区域中的滑移系处于有利取向，促使晶体形变能力进一步 发挥。 造成扭折的原因是滑移面的位错在局部地区集中，从 而引起的晶格弯曲。
四 塑变的位错机制
1. 滑移的位错机制 根据刚性滑移模型推导出的理论切变强度
tm
G 30
G 2
(G一般为104～105MPa），即使采用修正值
与实测值（约为1～10MPa）之间相差3～4个数量级。
位错概念引入解决这一矛盾。因为位错运动时只要求
其中心附近少数原子移动很小的距离（小于一个原子间距）， 因此所需的应力要比晶体作整体刚性滑移时小得多。这样借 助于位错的运动就可实现晶体逐步滑移。

《材料科学基础》名词解释

《材料科学基础》名词解释

《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。

第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。

4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。

5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。

大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。

第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。

2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。

3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。

4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。

材料科学基础考研真题(附答案)

材料科学基础考研真题(附答案)

硕士研究生入学考试试题考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释 （10×3=30分）加工硬化 沉淀强化 交滑移 上坡扩散 调幅分解 金属化合物 临界分切应力 珠光体 Orowan 机制 等强温度二、解答题（6×10=60分）1、判断下列位错反应能否进行：（1）]110[2]101[2]100[a a a +→；(2)]111[2]111[6]112[3a a a →+ 2、请指明下列五种结构分别属于什么布拉菲点阵。

注：a=b=c,α=β=γ=90°。

图省3、冷变形金属在回复和再结晶过程中，组织和性能分别有什么变化？4、试分别给出FCC,BCC 及HOP 的主要滑移系。

5、试分析液态金属凝固过程中形成中心等轴晶区的条件是什么？6、为什么空位是热力学稳定缺陷，而位错是非热力学稳定缺陷。

三、问答题(3×20=60分)1、绘出Fe-Fe 3C 相图，标出其中的关键成分和关键温度，并且回答：（1）分析碳含量对Fe-C 合金室温组织和力学性能的影响。

（2）分析45钢的拉伸变形过程可分为哪几个阶段及其相应的特征和机理。

2、试解释为什么材料的理论强度远高于其实际强度。

随着现代科学技术的进步和国民经济的发展，材料的强韧化越来越重要，试举例说明材料强化或韧化的4种方法，并阐述相应的强化和韧化原理。

3、试分析下列材料科学过程是否与原子扩散有关，为什么？A 热弹性马氏体箱变B 脱溶分解C 成分均匀化D 高温蠕变E G.P 形成硕士研究生入学考试试题参考答案考试科目代码及名称：959 材料科学基础考试时限：3小时 总分：150分一、名词解释（30分）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。

沉淀强化：过饱和固溶体随温度下降或长时间保温过程中（时效）发生脱溶分解，细小的沉淀物分散于基体之中，阻碍位错运动而产生强化的现象。

材料科学基础A习题答案第5章[1]解析

材料科学基础A习题答案第5章[1]解析

材料科学基础A习题第五章材料的变形与再结晶1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形，为减小该零件的弹性变形，拟采取以下措施：（1）增加该零件的轴径。

（2）通过热处理提高其屈服强度。

（3）用弹性模量更大的金属制作该零件。

问哪一种措施可解决该问题，为什么？答：增加该零件的轴径，或用弹性模量更大的金属制作该零件。

产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减小其承受的应力，故可减小其弹性变形；用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力，也可减小其弹性变形。

2、有铜、铝、铁三种金属，现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。

请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序（从大到小排列），并说明其理由。

答：金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力，而熔点高低反映了原子间作用力的大小，因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。

据熔点高低顺序，此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。

3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变曲线（分别为实线和虚线），试问那一种合金作为减振材料更为合适，为什么？答：B合金作为减振材料更为合适。

因为其应变滞后于应力的变化更为明显，交变加载-卸载应力应变回线包含的面积更大，即其对振动能的衰减更大。

4、对比晶体发生塑性变形时可以发生交滑移和不可以发生交滑移，哪一种情形下更易塑性变形，为什么？答：发生交滑移时更易塑性变形。

因为发生交滑移可使位错绕过障碍继续滑移，故更易塑性变形。

5、当一种单晶体分别以单滑移和多系滑移发生塑性变形时，其应力应变曲线如下图，问A、B中哪一条曲线为多系滑移变形曲线，为什么？应力滑移可导致不同滑移面上的位错相遇，通过位错反应形成不动位错，或产生交割形成阻碍位错运动的割阶，从而阻碍位错滑移，因此其应力-应变曲线的加工硬化率较单滑移高。

材料基础第5章习题课

材料基础第5章习题课

单晶体的塑性变形 ——孪生
1.定义：是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另 一部分所发生的切变。
2.孪生的特点： ① 孪生使晶格位向发生改变； ② 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; ③ 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距. ④ 孪生变形在应力-应变曲线上也很有特点 ⑤ HCP晶格金属滑移系少， BCC晶格金属只有在低温 或冲击作用下才发生孪生变形，FCC晶格金属，一 般不发生孪生变形。 ⑥ 对塑性变形贡献小
合金的塑性变形——多相合金
１.结构：基体＋第二相。 ２.分类依据：第二相粒子尺寸大小 聚合型两相合金 与基体晶粒尺寸属同一数量级， 两相性能接近：按强度分数相加计算。
弥散分布型两相合金 第二相粒子细小而弥散地分布 在基体晶粒中。 不可变形粒子的强化作用（位错绕过机制） ； 可变形微粒的强化作用（位错切割粒子的机制）。
材料科学与工程学院 材料科学基础
zhanglei.hubu@
1、什么是弹性变形？并用双原子模型来解释其物理本质。 【答】弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形， 可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。 原子处于平衡时，其原子间距为r0，位能U处于最低 位臵，相互作用力为零，这是最稳定的状 态。当原子受力后将偏离其平衡位臵，原 子间距增大时将产生引力；原子间距减小 时将产生斥力。这样，外力去除后，原子 都会恢复其原来的平衡位臵，所产生的变 形便完全消失，这就是弹性变形。
孪生与滑移的异同
滑 移 相同点
晶体位向
孪 生
是塑变的形式；沿一定的晶面、晶向进行；不改变结构 。
不改变（对抛光面观察无重 现性） 改变，形成镜面对称关系（对 抛光面观察有重现性）
不 同 点

材料科学基础试题及答案

材料科学基础试题及答案

第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。

2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。

3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。

在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。

第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。

2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素。

3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。

4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。

5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 ，导电性 。

6）间隙固溶体是 ，间隙化合物是 。

二、 问答1、 分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。

位错之间的交互作用位错产生应力场(精)

• 1.2.3.6 位错之间的交互作用：位错产生应 力场，场与场之间存在相互作用。位错之 间的相互作用对位错的分布和运动影响很 大。
• (1) 两个平行螺位
• 错之间的作用：
• 在(0,0)和(r,θ)有
• 两个平行于z轴的
• 螺位错S1,S2，其 • 柏氏矢量为b1,b2。
• (2) 离子晶体中的位错：图6-61为NaCl晶体 中的刃型位错。图例中的滑移面为(110)， 柏氏矢量为b= (1/2)[110] ，纸面为(001)面， 图a和图b为相邻原子面。
• 3) 刃位错滑移时没有离子移动，因而露头 处的有效电荷不改变符号。
• S1在(r,θ)处的应力场为τθ2=Gb1/2πr，S2在 此应力场中受力：
• fr=τθzb2=Gb1b2/2πr
(1-15)
• fr的方向为矢径r的方向。同理，S1也受到 S2的应力场作用，大小与fr相等，方向相反。
• 当b1与b2同向(同号位错)时，fr>0，为斥力； 若b1与b2反向(异号位错)，则fr<0，为吸力。
中起重要作用。
• 位错塞积群对位错源会产生反作用力。当 这种反作用力与外加切应力平衡时，位错 源将关闭，停止增殖位错。只有进一步增 加外力，位错源才会重新开动，说明对位 错运动的阻碍能提高材料的强度。
• (3) 位错的交割：在晶体变形过程中，不同 方向和不同滑移面上的位错线相遇时，便 产生位错的交割。
(1-19)
• τmax就是F-R源启动所需要的切应力。因为 当τ≤τmax时，位错线处于稳定状态，而当 τ>τmax时，位错线在失衡状态下不断扩展。 扩展时各点的移动线速度相同，但角速度
不同。离C.D点越近角速度越大。位错线两
端将绕C.D卷曲(图d).

位错之间的交互作用位错产生应力场


• 1.2.3.8 实际晶体中的位错
• (1) 常见金属中的位错：分全位错和不全位 错。
• 1) 全位错和不全位错：实际晶体中，位错 的柏氏矢量应符合晶体的结构条件和能量 条件。
• 结构条件：柏氏矢量必须连接相邻两个原 子平衡位置(阵点)。
• 能量条件：柏氏矢量必须使位错处于最低 能量。
位错之间的交互作用位错产生应力 场
• S1在(r,θ)处的应力场为τθ2=Gb1/2πr，S2在 此应力场中受力：
• fr=τθzb2=Gb1b2/2πr
(1-15)
• fr的方向为矢径r的方向。同理，S1也受到 S2的应力场作用，大小与fr相等，方向相反。
• 当b1与b2同向(同号位错)时，fr>0，为斥力； 若b1与b2反向(异号位错)，则fr<0，为吸力。
• mn是一段新位错，其柏氏矢量与CD相同， 也是刃位错，但滑易面AB相同。
• 刃位错与螺位错、螺位错与螺位错之间交 割都要形成割阶，还可能形成难以运动的 固定割阶。
• 割阶的形成增加了位错线长度，要消耗一 定的能量，因此交割对位错运动是一种阻 碍。增加变形困难，产生应变硬化。
位错之间的交互作用位错产生应力 场
位错之间的交互作用位错产生应力 场
• 设一位错线一沿其滑易面ABCD移出晶体， 晶体上下两部分产生了b的切变。在滑移前 另有一个垂直于滑移面的位错环与滑移面 相交，设位错环的垂直部分为刃位错，当 晶体切变且应
• 力足够时，必然 • 会使这两段位错 • 沿滑移面产生切 • 变而形成台阶， • 即位错割阶。
仍为最短的点阵矢量。如NaCl的主滑移面 是{110}，其次是{100}，偶尔也有{111}， {112}等，但柏氏矢量都为b=<110>a/2。 • 2 ) 刃位错的附加半原子面是包括两个互补 的附加半原子面。 • 3) 刃位错滑移时没有离子移动，因而露头 处的有效电荷不改变符号。

机械工程材料第1-6章习题及参考答案

第1章材料的结构和金属的结晶一、选择题1. 材料的结构层次包括：（）。

（a）原子结构和原子结合键、原子的空间排列、相和组织(b) 原子结构和电子结构、原子的空间排列、相和组织(c) 原子结构、电子结构、相和组织(d) 原子、电子、质子2. 金属中正离子与电子气之间强烈的库仑力使金属原子结合在一起，这种结合力叫做（）。

（a）离子键（b）共价键（c）金属键（d）氢键3. 两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键叫做（）。

（a）离子键（b）氢键（c）共价键（d）金属键4. 金属具有良好的导电性和导热性与（）有密切关系。

（a）金属有光泽（b）金属不透明（c）金属塑性好（d）金属中自由电子数量多5. 金属键没有方向性，对原子没有选择性，所以在外力作用下发生原子相对移动时，金属键不会被破坏，因而金属表现出良好的（）。

（a）脆性（b）塑性（c）绝缘性（d）刚性6. 金属加热时，正离子的振动增强，原子排列的规则性受到干扰，电子运动受阻，电阻增大，因而金属具有（）。

（a）正的电阻温度系数（b）高强度（c）高塑性（d）绝缘性7. 固态物质按原子（离子或分子）的聚集状态分为两大类，即（）。

（a）晶体和非晶体（b）固体和液体（c）液体和气体（d）刚体和质点8. 原子（离子或分子）在空间规则排列的固体称为（）。

（a）气体（b）液体（c）晶体（d）非晶体9. 原子（离子或分子）在空间不规则排列的固体称为（）。

（a）气体（b）液体（c）晶体（d）非晶体10. 晶体具有（）的熔点。

（a）不定确定（b）固定（c）可变（d）无法测出11. 非晶体（）固定的熔点。

（a）没有（b）有12. 在晶体中，通常以通过原子中心的假想直线把它们在空间的几何排列形式描绘出来，这样形成的三维空间格架叫做（）。

（a）晶胞（b）晶格（c）晶体（d）晶核13. 从晶格中取出一个能完全代表晶格特征的最基本的几何单元叫做（）。

（a）晶胞（b）晶格（c）晶体（d）晶核14. 晶胞中各个棱边长度叫做（）。

材料科学基础复习题

5、Al-w Cu4%合金在130～150℃人工时效发生的相变顺序为：α相→α相+ →α相+ →α相+θ'相→α相+ 。

、固态相变时，非均匀形核时体系自由能变化由四部分组成：缺陷处体系自由能降低的部分、、、。

在一定条件下固体中的扩散的快慢与激活能Q有关，影响激活能Q的主要因素有扩散机制、、、。

1.扩散按是否有新相生成可分为______________和___________。

马氏体按其基本形态可分为____________和_____________。

7、马氏体相变和 Al—Cu合金的淬火时效分别属于______________和___________相变。

（）5、调幅分解不存在形核势垒，新旧两相完全共格，因此，在形核和长大时不存在界面能和应变能。

（）6、扩散的根本驱动力是扩散前后体积自由能差，与界面能无关。

（）8、扩散型相变中往往先产生亚稳定的过渡相，过渡相与母相的界面能一般很低，保持共格与半共格的关系。

9、（）固态相变中的4（）结晶、重结晶、再结晶、二次再结晶都是形核-长大过程。

非均匀形核，一般在不平衡缺陷处，如晶界、层错、夹杂物等能量较高的位置处形成。

5、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，结晶的均匀形核没有。

A．界面能 B．内能 C．弹性应变能 D．共格弹性应变能8、（）原子在纯材料中的扩散，属于空位扩散，其扩散激活能有两项构成，分别为空位形成能和。

A ．空位迁移能 B．自扩散形成能 C．界面能 D．弹性应变能7、（）固态相变均匀形核与结晶的均匀形核相比，相变阻力有一定的区别，固态相变中增加了一项。

A．界面能 B．内能 C．弹性应变能 D．共格弹性应变能9、（）间隙原子或空位在晶体内部点阵中的扩散，通常称为或点阵扩散。

A．间隙扩散 B．互扩散 C．体扩散 D．自扩散10、（）固态相变非均匀形核时，体系自由能变化由四部分组成，既包括动力又包括阻力，其中为阻力。

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⑴第Ⅲ阶段-抛物线或动态回复阶段
特点：加工硬化速率随应变增加而降低，应力-应变曲线为一抛物线； 第三阶段开始的应力和加工硬化速率随温度的增加而减小， 有加工软化现象； 变形温度和层错能升高，第二阶段渐不明显，由第一阶段很快过渡到第三阶段； 产生了螺位错的交滑移，出现滑移带和形成胞状结构。
加工硬化理论概述
1

当应力增加，胞的尺寸减小，因为位错密度随应力增加而增加： 可预期流变应力和位错胞尺寸存在反比的线性关系，一般关系式：
b 1 b 1 2 2 r 2
= 0 k bd m , 式中：d 胞的直径，多数试验结果m=1.
变形金属经历回复后形成亚晶，流变应力和亚晶尺寸的关系为Hall-Petch关系式（m= 1 2 )。
bn 1/2 ( ) , 式中：b 柏氏矢量；n-塞积的位错数； n 20 ~ 30。由上式得： ，与实验结果相符。 300
第二阶段的加工硬化率：
总结：⑴Seeger理论可解释加工硬化速率和滑移线长度随应变的变化。 ⑵不能解释为什么塞积群产生的长程内应力不会因塑性弛豫而消 失。实际上塞积的位错很少。 ⑶电镜下没有看到明显的塞积群图象，观察到的一般是位错缠结 和胞状组织．
第四节
硬化第三阶段与加工软化
加工软化与交滑移 变形第三阶段加工硬化率明显降低—位错发生交滑移的过程有关。位错通过交滑移离开原先滑移面继续滑移。 位错的交滑移过程： 主滑移面上（ABC面）有位错BC，分解为两个肖克莱位错：BC→Bδ+δC+SF BC与其他滑移面（BCD面）上的位错BD交截，形成割阶，位错线方向沿BD，在交滑移面上分解为： BC→Bα+αC+SF αC和δC反应，生成梯杆位错αδ： αC+δC → αδ 继而有反应： Bα → B γ + γ α； B γ + Bδ → δγ 两个梯杆位错αδ和δγ 压在主滑移面和交滑移面上,使割阶在交滑移面上不可动 当应力足够大时,交滑移面上的肖克莱位错αC稍稍弓出,在应力和热激活下, Bδ 和梯杆位错αδ反应,生成可动的 不全位错Bα: Bδ +αδ → Bα Bα使割阶束集,产生滑动接点X,接点Y保持不动,随着接点X的移动,位错αC和 Bα渐渐移出交滑移面,开始了宏观 的交滑移.
位错胞的形成 变形第三阶段 ,层错能交高的金属(Al、Ni、Fe、Nb）已能形成完善的位错胞 层错能很低的金属（不锈钢、α黄铜），因不易交滑移，不能形成位错胞状结构。 位错原来是不规则任意分布的，为什么变形到一定程度会形成胞状结构呢？ 形成胞状结构是一个能量降低的过程，可自发地趋于一个介稳定的平衡状态。
设任意分布的位错间距r 1

, 式中： 位错密度
b2 每个位错单位长度的能量为u= lg(r /r0） (a），式中： 位错心部区半径 2
如果位错运动到胞壁中没有相互销毁，设胞壁宽度为w,胞的尺寸为R, R w 1 则在胞壁内平均位错密度W ；则胞内位错的平均间距rw r ( ) 2 W R
第二节
长程加工硬化理论主要思想
长程加工硬化理论
两大理论:长程加工硬化理论;短程加工硬化理论 由Seeger提出。加工硬化主要来自主滑移系统上平行位错间的交互作用， 构成位错运动的障碍，造成位错塞积，既由长程内应力造成硬化． 长程内应力 其它位错对运动位错的作用力的范围约几百个原子间距,不受热激活过程 的影响. 加工硬化第一阶段 只有单一的滑移系开动,阻力来自位错源放出的位错环对位错源的作用力. 在切应力作用下位错源放出了n个为错环,如果增加应力,就产生新的为错环, 同时增加了对位错源的反作用力,当反作用力等于外加应力增量时,位错源就 停止动作了.
L 滑移线长度。 1 因为应力松弛形成位错网后林位错的间隔等于原位错的间隔，所以K1 1，通常认为 。 4 1 第阶段的硬化率： ，要求K 2 75，林位错理论无法解释。 300
总结：⑴理论简单，可解释硬化规律 ⑵不能说明晶体存在易变形区（软区）和不易变形区（硬区）．（位错结 构的不均匀性．
8 d 3/4 ( ) , 式中：d 滑移面间距；l -位错环移动的距离 9 l 依铜为例：d 30nm; l 600nm。由上式得： 7. 5MPa 第一阶段的加工硬化率： 从铜的应力应变曲线测得： 7. 0 MPa。理论与实验吻合。
加工硬化第二阶段 位错运动的障碍:由于次生滑移系开动和螺位错的交滑移产生L-G不动 位错，阻碍位错运动，形成塞积群。 L-G不动位错的密度随应变的增加不断增加，则位错的滑移距离随应 变的增加逐渐减小，即滑移线的长度随应变增加而变短。
晶体中只有一个滑移系统开动。 加工硬化速率对晶体位向和杂质非常敏感； 滑移线上没有螺型为错存在，位错组态多呈刃型位错多极子排列。
⑴第Ⅱ阶段-线性硬化阶段
特点：加工硬化速率 d 1 很高，约为 ，和应变量呈线形关系；滑移线短而粗，长度随应变的增加而减小； d 300
加工硬化速率与晶体位向、温度和合金成分关系不大； 变形在主滑移系和次滑移系上进行，位错渐趋互相缠结，有形成胞状的趋势。
第5章 位错间的交互作用-加工硬化
主要内容
加工硬化现象的主要实验结果 长程加工硬化理论 短程加工硬化理论 硬化第三阶段与加工软化
第一节加工硬化现象的主要实验结果
应力-应变曲线加工硬化分三个阶段 ⑴第Ⅰ阶段-易滑移阶段
特点：加工硬化速率 d 很低，约为104 ，滑移线细长分布均匀； d
第三节
短程加工硬化理论
短程加工硬化的主要理论 林位错硬化理论和割阶硬化理论 林位错硬化理论 主滑移面上运动的位错于林位错交截产生硬化。 林位错——穿过主滑移面的位错。
K1 L , 式中： 系数；K1 = f ；K 2 = ， f 林位错密度； p 原生位错密度； 1/2 K2 p ( f )
b2 rw 2 因此在胞壁内位错的平均能量为u= lg( ） (b） 1 2 r0 R 2
比较(a）式和(b）式，可知位错运动到胞壁中位错能量降低了。 在给应力下位错胞尺寸有一上限。假如胞的尺寸太大，在胞内会产生新的位错，以减小胞的尺寸。 1 合理的胞状尺寸约比位错平均间距（r ）大一个数量级。
第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段的加工硬化理论比较统一。第Ⅲ阶段加工硬化理论分歧 较大。 第Ⅰ阶段（易滑移阶段）:只有单一的滑移系开动，应力水平低，同一个滑移面放 出的位错的间隔大．硬化来自单个位错间的长程应力场，所以硬化率很低． 第Ⅱ阶段（线形硬化阶段）：提出理论较多，但都会涉及如下的一种和多种机制： ⑴原滑移系中位错塞积产生的长程应力场导致另一滑移系（次滑移系）开动， 于是产生大量林位错，位错滑动和林位错交割，增加位错滑移的阻力． ⑵林位错滑移使原来滑移系的Ｆ－Ｒ源产生大量割阶，带割阶的位错运动阻 力加． ⑶由于次生滑移系开动和螺位错的交滑移产生越来越多L-G不动位错，阻碍位 错运动，形成塞积群，增大变形的抗力． ⑷由局部应力场引起硬化． 第Ⅲ阶段硬化（动态回复阶段）：应力足够大时，螺位错大量交滑移或塞积群前 的障碍在高应力集中下被摧毁，从而使塞积位错群的高应力场得以松弛，结果 硬化率下降；第阶段开始所需的应力随变形温度高而降低，是因为热激活有助 交滑移．
• 流变应力与位错胞尺寸的反比线性关系已在Cu、Al、Fe中得到证实。 • 位错胞和亚晶都内有长程应力场，因此在变形第三阶段短程加工硬化理论起主要作用 • 影响位错胞形成的主要因素是：变形量——变形量大，易形成位错胞；材料的层错 能——层错能大，易形成位错胞；变形温度——变形温度低，不易实现交滑移，硬化 第三阶段推迟，难以形成位错胞。