论文应用透射电镜(TEM)原位拉伸、扫描电镜(SEM)原位拉伸对高锰奥氏体钢、304L不锈钢、黄铜、ZL101铝合金以及15钢的塑性变形、裂纹萌生与扩展的动态过程进行了原位观察。在研究中，还应用TEM—SEM及TEM—SAD(选区衍射)对试样的同一位置进行同步原位分析。 论文观察分析了高锰奥氏体钢、304L钢和黄铜等面心立方金属中晶内无位错区(DFZ)的形成及特征。薄膜试样在拉伸时，在三种金属的晶粒内中都可观察到椭圆形的无位错区(DFZ)。DFZ由高密度反塞积位错包围，其中的晶体发生很大弹性畸变。分析表明，其晶面间距最大变化量可以达到14％。高锰奥氏体钢及黄铜在相同条件下形成的DFZ，其半轴比值有较大差别，平均值分别为1.74和3.85，分析认为，DFZ的半轴比与晶体位错的滑移能力有关。通过TEM—SAD同步原位分析，给出了裂纹扩展和DFZ内晶面畸变的对应过程，通过分析衍射斑点的变化，确定出晶面的畸变有压缩、倾转和局部弯曲等形式。 论文还观察分析了单相FCC金属中裂纹的萌生与扩展过程。观察表明，裂纹萌生都发生在五位错区内，在位错反塞积区内没有发现。裂纹的扩展有两种方式，连续扩展和Z字型扩展，其取决于晶体位向和拉力轴的相对关系。当晶体取向与拉力轴的相对位置使密排面上的剪应力分量和次密排面上的正应力分量处于外力轴线的同侧时，裂纹发生连续扩展；而当应力轴位于密排面上的剪应力和次密排面上的正应力之间时，裂纹发生Z字型扩展。裂纹连续扩展时，在首先形成的DFZ中，原始裂尖钝化，随后在DFZ中形成新裂尖并与原有裂纹连接；其扩展无固定的结晶学方向。裂纹Z字型扩展时，在DFZ中形成形变孪晶，裂纹在孪晶界与{100}面交界的应力集中处萌生后，沿{100}面快速失稳扩展，并终止于对面的孪晶；孪晶另一侧的晶体内萌生新的裂纹；然后，裂纹沿孪晶界滑动宽化，两个不连续裂纹相互连接，使裂纹具有Z字型特征。在进行实验的高锰钢、不锈钢、铝和铜等四种面心立方结构材料中的任一材料，裂纹都可能发生Z字型扩展和连续扩展，这表明裂纹的扩展形式是由晶体学因素决定的。 论文对晶界在塑性变形和断裂中的作用进行了系统观察和分析，为位错理论的有关论断提供了直接证明。与晶界有关的塑性变形行为主要有晶界迁移、位错在晶界塞积，晶界发射位错，以及使相邻晶粒内滑移系开动等。试样受力并在晶内形成DFZ和位错塞积后，普通晶界及退火孪晶界都能发生弯曲和迁移。普通晶界迁移时 燕山人学＿11学博十学位论文一局部弓出，形成界面阶，成为位错源而发射位错；孪晶界的迁移没有形成界面阶，也不发射位错。位错塞积也可能引发相邻晶粒的滑移系开动，并在该晶粒中形成DFZ。一般情况下，新形成的DFZ与原晶粒中的DFZ有不同的方向和特征。 论文对晶界在厂裂过程中的作用也进行了研究。主裂纹在扩展遇到晶界时，晶界的两侧都先形成DFZ，然后在晶界处形成新的裂纹。晶界裂纹扩展时，可能发生垂直于晶界的纵向扩展或沿晶界的横向扩展。裂纹过界扩展后其方向与特点的变化是山晶界两侧的晶体位向差决定的。一般说来，裂纹越过小角晶界时，其扩展方式和方向不变；而裂纹越过大角晶界时，相邻晶粒内形成与前DFZ不连续的DFZ，其扩展方式和方向都可能发生改变。 论文采用 ZL101铝合金，用 AITIB和 AISr中间合金进行了复合变质处理，使其中S相和树枝晶细化。利用 TEM和 SEM同步原位拉伸技术，观察了a相对裂纹萌生与扩展的影响。观察表明，裂纹一般在S相附近萌生。以a相与基体金属界面脱开而使裂纹萌生的情况，在本工作中没有看到。试样拉伸时，先在S相附近形成DFZ，随后在DFZ中形成微裂纹。裂纹的扩展有近界扩展、再萌生扩展和沿相界扩展等三种形式，其中近界扩展和再萌生扩展占较大比例，并发现了裂纹在离a相十几个纳米处绕历相扩展的特例。 论文采用15钢，经淬火一冷变形制备出纳米多层结构钢板，观察了这种结构中纳米晶的变形与断裂行为，发现其纳米晶界能连续吸收位错并使之消失；而亚晶界能逐步分解为两列位错。纳米晶内裂纹萌生时，也同样先形成晶内DFZ，然后在晶内和晶界处都可能形成裂纹；裂纹多以不连续形式扩展。