第5章-位错间的交互作用(加工硬化新)

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410dd特点：加工硬化速率很低，约为，滑移线细长分布均匀；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⑴第Ⅲ阶段-抛物线或动态回复阶段1300dd特点：加工硬化速率很高，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；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。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．第二节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长程加工硬化理论主要思想由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.3/48),930;6007570ddlldnmlnmMPaMPa第一阶段的加工硬化率：(式中：滑移面间距；-位错环移动的距离依铜为例：。由上式得：.从铜的应力应变曲线测得：.。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。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．1/24),23410;20~30300bnbncmn第二阶段的加工硬化率：(式中：柏氏矢量；-塞积的位错数；常数。以铜为例：。由上式得：，与实验结果相符。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。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．1121/2212,()14175300ffppfKLKKKLKK式中：系数；=；=，林位错密度；原生位错密度；滑移线长度。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1，通常认为。第阶段的硬化率：，要求，林位错理论无法解释。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+SFBC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→Bγ+γα；Bγ+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。20121221201,2()2WwrburrRwrWRbrurR设任意分布的位错间距式中：位错密度每个位错单位长度的能量为=lg(/）(a），式中：位错心部区半径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,则在胞壁内平均位错密度；则胞内位错的平均间距rw因此在胞壁内位错的平均能量为=lg(）(b）比较(a）式和(b）式，可知位错运动到胞壁中位错1201122,mrbbrkbdd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。合理的胞状尺寸约比位错平均间距（）大一个数量级。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：=式中：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12Hall-Petchm=)力和亚晶尺寸的关系为关系式（。•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。