1、第 6 章 金属及合金的塑性变形与断裂前言1.铸态组织往往具有晶粒粗大且不均匀，组织不致密和成分偏析等缺陷2.金属材料进过冷轧，冷拉等塑性变形后，金属的强度显著提高而塑性下降，进过热轧，锻造等塑性变形后，强度提高虽然不明显，但塑性和韧性较铸态时有明显改善第一节，金属的变形特性1.金属在外力作用下的变形过程可以分为弹性变形，弹塑性变形，断裂 3 个连续的阶段2.低碳钢的变形过程的特点当应力低于 e 时，应力与式样的应变呈正比，应力去除，变形消失，式样处于弹性变形阶段，弹性极限：表示材料保持完全弹性变形时的最大应力3 塑性变形：当应力超过 e 时，应力与应变的直线关系破坏，并出现屈服平台或屈服齿，
2、如果卸载，式样的变形只能部分恢复，而保留一部分残余变形屈服极限：规定产生 0.2%残余变形的应力值加工硬化，形变强化：当应力超过 s 后，式样发生明显而均匀的塑性变形，若式样的应变增大，则必须增大应力值，随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增大的现象抗拉强度：材料对最大塑性变形的抗力韧性：材料对断裂的抵抗能力流变曲线：把均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线称为流变曲线加工硬化指数：它表征金属在均匀变形阶段的加工硬化能力，N 越大，则变形的加工硬化越显著，取决于材料的晶体结构和加工状态金属弹性变形的实质;金属晶格在外力作用下产生弹性畸变弹性模量，切变模量是表征金属材料对弹性变形的抗力，弹性模量相
3、当于产生单位弹性变形所需的应力刚度：将构件产生弹性变形的难易程度称为构件的刚度金属的弹性模量是一个对组织不敏感的性能指标，他取决于原子间结合力的大小，其数值只与金属的本性，晶体结构，晶格常数有关断面收缩率；在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。强度指标表示材料抵抗塑性变形和破坏的能力，塑性指标表示材料产生塑性变形的能力。弹性变形和塑性变形的本质区别；弹性变形和塑性变形的本质区别在于在外力作用下点阵原子位移距离的大小：弹性变形位移小于一个原子间距；塑性变形位移超过一个原子间距。塑性变形中包含了弹性变形。金属材料的塑性变形方式有两种：滑移和孪生
4、，以滑移为主第 2 节 单晶体的塑性变形滑移：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变方式滑移带在金相显微镜下看到的平行或交叉的条纹（细线） 。滑移线(slip line)在电子显微镜下看到的平行小台阶（更细的线） ，它们组成了滑移带滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组和构成一个滑移系金属晶体的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位相也越多，滑移就越容易进行，金属的塑性也越好滑移面总是原子排列最密的晶面，滑移方向也是原子排列最密的晶向。这是因为在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面
5、与面之间的 距离却最大，即密排面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小，因而最易于滑移，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力也最小面心立方金属的密排面是111,滑移面共有 4 个 ，密排晶向，滑移方向, 每个滑移面上有 3 个滑移方向，因此共有 12 个滑移系体心立方：滑移面为110,6 个,滑移方向,2 个，因此 12 个密排六方在室温的滑移面只有0001,1 个，滑移方向为,3 个滑移面上有 3 个滑移系。因此 面心立方和体心立方的塑性比较好，而密排六方的塑性较差临界分切应力 k；在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。使滑移系开动的最小分切应力，它的数值大小与金属的晶体结构，纯度，加工状
6、态，实验温度和加载速度滑移面法线与拉伸轴的夹角，滑移方向与拉伸轴的夹角 coscos 取向因子取向因子大的方向称为软取向，取向因子小的方向称为硬取向。s 随取向因子而变，取向因子越大，s 越小，当 45时，取向因子达到最大，s 最小,金属最容易开始滑移晶体中的滑移系随晶体一块转动，拉伸时，开动滑移系转向与拉力轴平行的方向；压缩时，滑移系转向与压力轴垂直的方向，无论哪种转动，都会使开动滑移系的取向因子变小，极限情况下为零，结果使该滑移系的滑移难以进行下去 。在滑移过程中，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也在旋转，即晶体的位相在不断发生改变，取向因子也比如随之而改变。如果某一滑移系的取向处于软取向，
7、那么拉伸时随着晶体取向的改变，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离 45，从而使滑移越来越困难，这种现象称为几何硬化。于此相反，经滑移和转动后，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越接近 45，那么就越来越容易进行，这种现象称为几何软化(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.多滑移：在两个或更多的滑移系上进行的滑移称为多滑移，多滑移产生的交叉带常呈交叉形交滑移 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
8、移单滑移产生的加工硬化效果很小，由于晶体的转动发生多滑移，此时由于不同滑移系间的相互交割，使加工硬化效果突然上升。由于晶体取向的改变可能使两个或多个相交的滑移面沿一个滑移方向进行滑移，加工效果下降单滑移晶体中只有一个滑移系开动。多滑移两个或多个滑移系同时或交替开动，产生原因有二：多个滑移系上的分切应力同时达到临界分切应力，晶体转动所致。交滑移两个滑移系沿一个相同的滑移方向（即两个滑移面的交线方向）同时或交替开动。产生原因：两个滑移系上的分切应力同时达到临界分切应力，滑移在滑移面上受阻所致。滑移类型 滑移带单滑移 平行直线多滑移 相互交叉的直线交滑移 波纹线或弯曲的折线孪晶：在切应力作用下，晶体
9、的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系孪生也是金属塑性变形的一种形式，一般情况下，金属晶体优先以滑移的方式进行塑性变形，但是当滑移难以进行时，塑性变形就会以生成孪晶的方式进行，称为孪生将形成孪晶的过程称为孪生，特点是变形以晶体整体切变的形式进行而不是沿滑移系发生相对位移密排六方金属的孪生面10-12,孪生方向体心立方 112 面心立方 111 两种变形方式的对比多晶体的塑性变形多晶体与单晶体的不同点：各晶粒位向不同和存在晶界，多晶体塑性变形时除了遵循上述单晶体塑性变形的规律外，还会受到晶粒位向和晶界的影响，有自己独特的规律。多晶体变形的特点：1.各晶粒
10、变形的不同时性 各晶粒变形不均匀 2.各晶粒变形的相互协调性多晶体中各晶粒位向不同，外力作用时在各晶粒中产生的取向因子也各不相同，通常取平均取向因子 来代替各晶粒的取向因子。fcc: 1/3, bcc: 1/2, hcp: 1/6 sc / 通过分析多晶体的塑性变形过程可以看出，一方面由于晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界出受阻，使每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近，另一方面，由于晶粒间存在着位相差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移时必须要发生位错的相互交割。这两者均提高金属材料的强度显然，晶界越多，晶粒越细小，则强化效果越显著。用细化晶粒增加晶界提高材料的强度的方法称为
11、细晶强化晶界对变形的影响:滑移、孪晶多终止于晶界 ,极少穿过霍尔佩奇公式已滑移小晶粒晶界附近的位错塞积造成较小的应力集中，则需要较大的外加应力下才能使晶粒发生塑性变形，这就是为什么晶粒越细，屈服强度越高的主要原因细晶强化不但可以提高材料的强度，还可以改善材料的塑性和韧性。晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大这是因为，在相同外力作用下，细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变相差很小，变形较均匀，相对来说，因应力集中引起开裂的机会也较小，这就有可能在断裂之前承受交大的变形量，所以可以得到交大的伸长率和断面收缩率。由于细晶粒金属中的裂纹不易产生也不易扩展，因而在断裂过程中吸收了更多的能量，即表现出高韧
12、性。（晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中导致的开裂机会减少，可承受更大的变形量，表现出高塑性。晶粒越细，塑韧性提高，细晶材料中，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,表现出高韧）合金的塑性变形固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象影响因素：1 溶质原子的类型；2 溶质原子与溶剂原子的尺寸差；3 溶质原子的浓度溶质含量越多，溶剂与溶质原子半径差越大，价电子数差越大，强化效果越好。间隙原子强化效果高于置换式溶质原子固溶强化的原因1.固溶体中溶质与溶剂的原子半径差所引起的弹性畸变，与位错之间产生弹性交互作用，对滑移面上运动的位错
13、有阻碍作用 2.在位错线上的偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用柯式气团溶质原子偏聚在位错线下方形成的溶质原子团。这种交互作用将使位错变得更稳定，对位错有钉扎作用，要使位错滑动必须增加额外的力将位错从气团中拉出来，提高了金属的强度柯氏气团的形成，减小 晶格畸变，降低了溶质原子与位错的弹性交互作用，使位错处于较稳定的状态，减小了可动位错的数目，这就是柯氏气团对位错的束缚或钉扎作用。若使位错线运动，脱离开气团的钉扎，就需要较大的外力，从而增加了固溶体合金的塑性变形抗力合金元素形成固溶体时其强化的规律1.在固溶体的溶解范围内，合金元素的质量分数越多，则强化效果越大2.溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造
14、成的晶格畸变越大，因而强化效果越大3.形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换郭荣涛的元素4.溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则强化作用越大多相合金的塑性变形第二相强化在合金中加入细小的弥散分布的第二相粒子，使合金的强度得到提高的现象，也叫分散强化、弥散强化、沉淀强化。由塑性较好的固溶体基体及其上分布的硬而脆的第二相所组成这类合金除了了固溶强化外，还有第二相的存在引起的强化组织：基体第二相性能：（1）两相性能接近：按强度分数相加计算。（2）软基体硬第二相第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）两相呈层片状分布（珠光体）第二相呈颗粒状分布（三次渗碳体）两种强化机制1.位错绕过第二相粒子这种
15、第二相粒子是借助粉末冶金的方法加入基体而起强化作用的，这种强化方式称为弥散强化2.位错切过第二相粒子位错切过第二项粒子时必须作额外的功，消耗足够大的能量，从而提高合金的强度，这种强化方式称为沉淀强化塑性变形对组织结构的影响1.显微组织的变化变形前晶粒通常为等轴状，塑性变形后，晶粒将沿变形方向被拉长，变为扁平状或长条状，变形量很大时，晶界变的模糊不清，称为纤维状组织。纤维组织：当变形量很大时，晶粒呈现出一片如纤维状的条纹2 亚结构的细化形变亚结构的边界是晶格畸变区，堆积有大量的位错，而亚结构内部的晶格则比较完整，这种亚结构称为胞状亚结构或形变胞形变亚结构是在塑性变形过程中形成的，在切应力的作用下
16、位错源所产生的大量位错沿滑移面运动时，将遇到各种阻碍位错运动的障碍物，如晶界，第二相颗粒及割阶，造成位错缠结。金属中便出现了由高密度的缠结位错分隔开的位错密度较低的区域，形成形变亚结构3 形变织构这种由于金属的塑性变形使晶粒具有择优取向的组织叫做形变织构丝织构 在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一晶向与拉拔方向平行或接近平行板织构 在轧制时形成的，其特征是各晶粒的某一晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方向当出现织构时，多晶体金属就不再表现为等向性而显示出各向异性具有形变织构的多晶材料性能在一定程度上会呈现出单晶体的特点，即强烈的各向异性。对于深冲用冷轧薄板，如果存在形变织构，则板材各方向上
17、塑性会出现各向异性，如果在长度和宽度方向塑性相差太大，深冲时会出现“制耳”现象加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加，而塑性，韧性下降。原因：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时相互交割加剧，产生固定割阶，位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加，因此提高了金属的强度利：强化金属的重要途径、提高材料使用安全性；材料加工成型的保证。弊：变形阻力提高，动力消耗增大；脆断危险性提高对于热处理方法不能强化的材料来说，用加工硬化的方法提高其强度就显的更重要，如塑性很好而强度较低的铝，铜及某些不锈钢，在生产上往往制成冷拔棒材物理、化学性能的影响导电率、导磁率下
18、降，比重、热导率下降；结构缺陷增多，扩散加快；化学活性提高，腐蚀加快残留应力1.第一类内应力（宏观内应力） ，是由于金属工件或材料内部的不均匀变形所引起的2.第二类内应力（微观内应力）他是由金属经冷塑性变形后由于晶粒或亚晶粒变形不均匀而引起的3.第三类内应力（点阵畸变）塑性变形使金属内部产生大量的位错和空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，造成点阵畸变消除：去应力退火断裂：是金属材料在外力的作用下丧失连续性的过程，他包括裂纹的萌生和裂纹的扩展 2个基本过程塑性断裂；又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。在塑性和韧性好的金属中，通常以穿晶方式（
19、裂纹穿过晶粒内部扩展)发生塑性断裂，在断口附近会观察到大量的塑性变形的痕迹如缩颈。塑性断裂是微孔形成，扩大和连接的过程微孔扩大和连接也是基体金属塑性变形的结果连续的滑移变形也会导致塑性变形，当分切应力达到临界分切应力时，会发生滑移。微孔可能在滑移带与异相颗粒相交汇处形成，并沿滑移面逐渐扩大并相互连接塑性断口形貌：杯椎状断口，暗灰色显微状的底部断面及其边缘一圈剪切唇。底部断面是微孔形成和聚集之处，剪切唇与外加拉应力呈 45，表明发生了滑移微观断口形貌是韧窝，韧窝是断裂过程中微孔分离的痕迹。脆性断裂源于引起应力集中的微裂纹，并在金属以接近声速的速度扩展。通常裂纹更易沿特定的晶面扩展，劈开，称为解理
20、断裂，这些特定的断面是解离面宏观断口：平齐并垂直于外加拉应力。微观断口形貌是河流花样沿晶脆性断裂的宏观断口呈细瓷状，较亮，也可以看到强烈反光的小刻面。微观断口的形貌特征是冰糖状，每一个断裂晶粒表面清洁光滑，棱角清晰，有很强的多面体感影响断裂的基本因素1.裂纹和应力状态的影响2.温度的影响3.其他因素的影响6-10 何谓断裂韧度，它在机械设计中有何功用？答：应力强度因子：材料中不可避免的存在裂纹，当含有裂纹的材料受外加应力 作用时，裂纹尖端应力场的各应力分量中均有一个共同因子KI（K I=a，a 为裂纹长度的一半） ，用 KI 表示裂纹尖端应力场的强弱，简称应力强度因子。断裂韧度：当外加应力达到
21、临界值 c 时，裂纹开始失稳扩展，引起断裂，相应地 KI 值增加到临界值 Kc，这个临界应力场强度因子 Kc 称为材料的断裂韧度，可以通过实验测得。平面应变断裂韧度：对同一材料来说，K c 取决于材料的厚度：随着厚度的增加，Kc 单调减小至一常数 KIc，这时裂纹尖端区域处于平面应变状态， KIc 称为平面应变断裂韧度。在机械设计中的功用：1、确定构件的安全性。根据探伤测定构件中的缺陷尺寸，在确定构件工作应力后，即可算出裂纹尖端应力强度因子 KI。与构件材料的 KIc 相比，如果KIK Ic，则构件安全，否则有脆断危险。2、确定构件承载能力。根据探伤测出构件中最大裂纹尺寸，通过实验测得材料的
22、KIc，就可由 c= KIc /a 计算出断裂应力，从而确定构件的安全承载能力。3、确定临界裂纹尺寸。若已知材料 KIc 的和构件的实际工作应力，则可根据ac=KIc2/c 2 求出临界裂纹尺寸。如果探伤测定构件实际裂纹尺寸 a2a c，则构件安全，否则有脆断危险。6-9 何谓脆性断裂和塑性断裂，若在材料中存在裂纹时，试述裂纹对脆性材料和塑性材料断裂过程的影响。答：塑性断裂：又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。脆性断裂：又称为低应力断裂，断裂前极少有或没有宏观塑性变形，但在局部区域仍存在一定的微观塑性变形，断裂时承受的工程应力通常不超过材料的屈
23、服强度，甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力。裂纹对材料断裂的影响：当存在裂纹的材料受到外力作用时，会在裂纹尖端附近产生复杂的应力状态，并引起应力集中。对于塑性材料，在外力作用下裂纹尖端区域的应力集中很快会超过材料的屈服极限，形成塑性变形区，微孔很容易在此变形区形成、扩大，并与裂纹连接，使裂纹失稳扩展，导致材料发生断裂。对于脆性材料，其塑性较差，在裂纹尖端区域出现析出质点的几率很大，因此，一旦在裂纹尖端附近形成一个不大的塑性变形区后，此区的析出相质点附近就可能形成微孔并导致裂纹失稳扩展，直至断裂。此时整个裂纹界面的平均应力c 仍低于 0.2，也就是说含裂纹的脆性材料往往表现出低应力断裂，但断裂
24、源于微孔聚集方式，微观断口形貌仍具有韧窝特征。6-8 金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力，研究这部分内应力有什么意义？答：残留内应力的形成原因：金属材料经塑性变形后，外力所做的功大部分转化为热能消耗掉，但尚有一小部分（约占总变形功的 10%）保留在金属内部，形成残留内应力。主要分为以下三类：1、宏观内应力（第一类内应力）：它是由于金属材料各部分的不均匀变形引起的，是整个物体范围内处于平衡的力。2、微观内应力（第二类内应力）：它是由于晶粒或亚晶粒不均匀变形而引起的，是在晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的力。3、点阵畸变（第三类内应力）：它是由于塑性变形使金属内部产生大量的位错和空位，使点阵中的
25、一部分原子偏离其平衡位置，造成点阵畸变。它是只在晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内保持平衡的力。研究这部分内应力的意义：1、通常情况下，残留内应力的存在对金属材料的力学性能是有害的，它会导致材料的变形、开裂和产生应力腐蚀，降低材料的力学性能。2、但是当工件表面残留一薄层压应力时，可以在服役时抵消一部分外加载荷，反而对使用寿命有利。因此，研究这部分内应力可以降低其对金属材料的损害，甚至可以利用内应力来提高工件的使用寿命。6-7 试述金属经塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要意义。答：金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系：1、金属塑性变形后，晶粒形
26、状发生变化，沿变形方向伸长，当变形量很大时出现纤维组织，使金属的力学性能呈方向性。2、金属塑性变形后，晶体中的亚结构得到细化，形成大量的胞状亚结构。位错密度增加，位错相互交割出现位错割阶和位错缠结现象，产生加工硬化，硬度、强度增加，塑性、韧性降低。3、金属塑性变形后，当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒逐渐调整其取向而趋于彼此一致，产生形变织构。金属性能表现为各向异性。4、金属塑性变形后，晶体缺陷增加，产生大量的空位。空位增加，电阻率增大，导电性能和导热性能略为下降。内能增加，化学性提高，耐腐蚀性能降低。加工硬化在机械零件生产和服役过程中的重要意义：加工硬化：金属在塑性变形过程中，随
27、着变形程度的增加，金属的硬度、强度增加，而塑性、韧性下降的现象。又称形变强化。原因：随着塑性变形的进行，位错密度不断增大，位错在运动时的相互交割加剧，产生位错割阶和位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，造成晶体的塑性变形抗力增大。在零件生产中的意义：1、对于用热处理方法不能强化的材料来说，可以用加工硬化方法提高其强度。如塑性很好而强度较低的铝、铜及某些不锈钢，在生产中往往制成冷拔棒材或冷轧板材使用。2、加工硬化也是某些工件或半成品能够加工成型的重要因素。例如钢丝冷拔过程中产生加工硬化保证其不被拉断。在零件使用过程中的意义：提高零件在使用过程中的安全性。零件在使用过程中各个部位的受力是不均匀的，
28、往往会在某些部位产生应力集中和过载现象，使该处产生塑性变形。如果没有加工硬化，则该处变形会越来越大直至断裂。正是由于加工硬化的原因，这种偶尔过载部位的变形会因为强度的增加而自行停止，从而提高零件的安全性。需要指出的是：加工硬化现象也会给零件生产和使用带来一些不利因素1、金属随着塑性变形程度的增加，塑性变形抗力不断增大，进一步的变形就必须增大设备功率，增加能源动力的消耗。2、金属经加工硬化后，塑性大为降低，在使用过程中，如果继续变形容易导致开裂。6-6 滑移与孪生有何区别，试比较它们在塑性变形过程中的作用。答：滑移定义：晶体在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面（滑移面）和晶向（滑
29、移方向）发生滑动的现象。本质：滑移并不是晶体的一部分相对于另一部分作整体的刚性移动，而是位错在切应力的作用下沿着滑移面上的滑移方向逐步移动的结果。孪生定义：晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体做均匀地切变；在切变区域内，与孪生面平行的的每层原子的切变量与它距离孪生面的距离成正比，而且不是原子间距的整数倍，这种切变不会改变晶体的点阵类型，但可使变形部分晶体的位向发生变化，并与未变形部分的晶体以孪晶界为分界面构成镜面对称的位向关系。通常把对称的两部分晶体称为孪晶，而将形成孪晶的过程称为孪生。滑移在塑性变形过程中的作用：在常温和低温下金属的
30、塑性变形主要通过滑移方式进行。1、晶体中滑移系越多，则可供滑移采用的空间位向越多，塑性变形越容易进行。当沿滑移面上滑移方向的分切应力达到临界分切应力时，滑移就可进行，而且位错只需一个很小的切应力就可以实现运动。2、在晶体发生滑移的同时，滑移面和滑移方向会发生转动，造成滑移系取向的变化，有可能使其他滑移系的分切应力达到临界值，产生多滑移现象，促进晶体的塑性变形。孪生在塑性变形过程中的作用：孪生对塑性变形的贡献比滑移要小。1、孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多，只有在滑移很难进行的条件下，晶体才进行孪生变形。2、但是，由于孪生后变形部分的晶体位向发生改变，可能会使原来处于不利取向的滑移
31、系转变为新的有利取向，这样可以激发晶体的进一步塑性变形。所以当金属中存在大量孪晶时，可以促进塑性变形。6-5 口杯采用低碳钢板冷冲而成，如果钢板的晶粒大小很不均匀，那么冲压后常常发现口杯底部出现裂纹，这是为什么？答：裂纹原因：1、低碳钢板冷冲时，各部分的塑性变形是不均匀的，在口杯局内在宏观内应力。2、由于多晶体晶粒变形的不均匀性，加上原始晶粒大小不一，则更加促进了变形的不均匀性，由此产生较大的第二类内应力。3、所以，冲压后口杯底部出现裂纹的原因是由钢板不均匀变形产生的宏观内应力和晶粒变形不均匀造成的内应力相叠加，超过了钢板的断裂强度，出现裂纹。6-4 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强
32、度越高、塑性越好的原因？答：多晶体的塑性变形过程：1、多晶体中由于各晶粒的位向不同，则各滑移系的取向也不同，因此在外加拉伸力的作用下，各滑移系上的分切应力也不相同。由此可见，多晶体中各个晶粒并不是同时发生塑性变形，只有那些取向最有利的晶粒随着外力的增加最先发生塑性变形。2、晶粒发生塑性变形就意味着滑移面上的位错源已开启，位错将会源源不断地沿着滑移面上的滑移方向运动。但是，由于相邻晶粒的位向不同，滑移系的取向也不同，因此运动着的位错不能够越过晶界，滑移不能发展到相邻晶粒中，于是位错在晶界处受阻，形成位错的平面塞积群。3、位错平面塞积群在其前沿附近造成很大的应力集中，这一集中应力与不断增加的外加载
33、荷相叠加，使相邻晶粒某些滑移系上的分切应力达到临界值，于是位错源开动，开始塑性变形。4、为了协调已发生变形的晶粒形状的改变，要求相邻晶粒必须进行多系滑移，这样就会使越来越多的晶粒参与塑性变形。5、在多晶体的塑性变形中，由外加载荷直接引起塑性变形的晶粒只占少数，不产生明显的宏观效果，多数晶粒的塑性变形是由已塑性变形的晶粒中位错平面塞积群所造成的应力集中所引起，并造成一定的宏观塑性变形效果。6、多晶体的塑性变形具有不均匀性。由于各晶粒间以及晶粒内和晶界位向不同的影响，各个晶粒间及晶粒内的变形都是不均匀的。晶粒越细强度越高、塑性越好的原因：强度：由多晶体的塑性变形过程可知，多数晶粒的塑性变形是由先塑
34、性变形晶粒中的位错平面塞积群引起的应力集中于外加载荷相叠加而引起的。由位错运动理论可以得知，位错塞积群在障碍处产生的应力集中与位错数目有关，位错数目越多，造成的应力集中越大，而位错数目与位错源到障碍物的距离成正比。所以晶粒越小，位错源到障碍物（晶界）的距离越短，位错数目越少，造成的应力集中越小，此时如果要是相邻晶粒发生塑性变形，则需要较大的外加载荷，也就是抵抗塑性变形的能力月强，强度越高。塑性：由多晶体的塑性变形过程可知，多晶体的塑性变形具有不均匀性。晶粒越细，各晶粒间或晶粒内部与晶界处的应变相差越小，变形较均匀，相对来说因不均匀变形产生应力集中引起开裂的机率较小，这就有可能在断裂前承受较大的塑性变形量，可以得到较高的伸长率和断面收缩率。韧性：由于细晶粒的变形较均匀，不易产生应力集中裂纹，而且晶粒越细晶界面积越大，对裂纹扩展的阻力越大，因此在断裂过程中可以吸收更多的能量，表现出较高的韧性。
