理论教育 多晶体的塑性变形探究

多晶体的塑性变形探究

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:尽管每个晶粒的变形方式仍然是滑移和孪生,多晶体的塑性变形具有一些新的特征和规律:1.各晶粒不能同时变形前面讲到单晶体的塑性变形与晶粒的取向相关,软取向的晶粒容易变形,硬取向的晶粒不容易变形。3.晶粒之间的协调变形多晶体在塑性变形过程中要保持基体的连续性,所以每个晶粒的变形都受到相邻晶粒的制约,不允许各晶粒像单晶体一样任意变形,否则就会出现裂纹而发生断裂。

多晶体的塑性变形探究

在实际中使用的材料大多数都不是单晶体,而是由不同尺寸和取向的晶粒组成的多晶体材料。相对于单晶体,多晶体的体系更加复杂,主要表现在3个方面:

(1)各晶粒的取向不同,如果晶粒取向在空间上近似随机分布,即织构随机,则材料在宏观上各方向性能相近,表现出各向伪同性;反之,如果某个取向方向的晶粒含量明显增多,则材料在宏观上各方向性能不同,表现出各向异性

(2)晶粒之间由晶界连接,有2~3个原子层的厚度,原子排布相对无序。

(3)多晶材料的平均晶粒尺寸会影响材料的晶界含量,晶粒尺寸越小,单位体积中的晶界含量越高,这也会影响材料的塑性变形和力学性能。

尽管每个晶粒的变形方式仍然是滑移和孪生,多晶体的塑性变形具有一些新的特征和规律:

1.各晶粒不能同时变形

前面讲到单晶体的塑性变形与晶粒的取向相关,软取向的晶粒容易变形,硬取向的晶粒不容易变形。在多晶体当中,同时存在着软取向晶粒和硬取向晶粒。软取向晶粒随着外力的增加首先开始变形,而硬取向晶粒仍处于弹性变形状态。随着软取向晶粒的变形,内部的位错滑移至晶界,由于晶界原子排布混乱且晶粒之间的取向不同,位错不能穿过晶界,导致位错在晶界的塞积,晶界处的应力增加,如图 4.8 所示。在外应力和内应力的共同作用下,有可能使相邻晶粒的分切应力达到临界应力,激活相应的滑移系,从而使应变传递到相邻晶粒。当有大量的晶粒发生变形之后,材料在宏观上就表现出屈服现象。此外,晶粒在变形过程中伴随着晶面的转动,晶粒滑移系的活性也随之变化,有的晶粒会硬化,有的晶粒则会软化。所以,多晶体的变形是一批批晶粒逐步发生的,从少量晶粒开始逐步扩大到大量晶粒,从不均匀变形,逐步发展到比较均匀的变形。(www.daowen.com)

图4.8 位错塞积示意图

2.变形的不均匀性

多晶体变形的不均匀性主要表现在两个方面:一方面是晶粒之间的变形不均匀,取向有利于变形的晶粒应变大于不利于变形取向的晶粒;另一方面则是晶粒内部的变形不均匀,除了类似单晶体的滑移面激活的不均匀之外,由于晶界对位错的阻碍,导致晶粒内部的变形高于晶界。

3.晶粒之间的协调变形

多晶体在塑性变形过程中要保持基体的连续性,所以每个晶粒的变形都受到相邻晶粒的制约,不允许各晶粒像单晶体一样任意变形,否则就会出现裂纹而发生断裂。为了满足协调变形,使晶粒的形状在相互制约的情况下自由变化,需要启动至少5个独立的滑移系。

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