金屬及合金的塑性變形

1、 本章目的：本章目的： 1 闡明金屬塑性變形的主要特點(diǎn)及本質(zhì)；闡明金屬塑性變形的主要特點(diǎn)及本質(zhì)； 2 指出塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；指出塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響； 3 塑性變形后金屬和合金的熱力學(xué)。塑性變形后金屬和合金的熱力學(xué)。第四章第四章 金屬及合金的塑性變形金屬及合金的塑性變形本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： （1）拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)；）拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)； （2）塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機(jī)制；）塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機(jī)制； （3）加工硬化的本質(zhì)及實(shí)際意義；）加工硬化的本質(zhì)及實(shí)際意義； （4）塑性變形對(duì)金屬與合金組織、性能的影響：）塑性變形對(duì)金

2、屬與合金組織、性能的影響： （5）金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制。）金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制。4-1 金屬的變形特性金屬的變形特性一一 金屬變形的方式及研究方法金屬變形的方式及研究方法 1 方式：彈性變形方式：彈性變形 塑性變形塑性變形 斷斷 裂裂成形成形失效失效 2 研究方法研究方法 曲線種類：曲線種類： 載荷載荷變形曲線變形曲線 真應(yīng)力真應(yīng)力真應(yīng)變曲線真應(yīng)變曲線 工程應(yīng)力工程應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 主要研究手段主要研究手段拉伸過(guò)程與拉伸曲線示意拉伸過(guò)程與拉伸曲線示意 工程應(yīng)力工程應(yīng)力應(yīng)變曲線中應(yīng)變曲線中“頸縮頸縮”現(xiàn)現(xiàn)象掩蓋了象掩蓋了 “加工硬化加工硬化”頸頸縮縮 ：工程應(yīng)力應(yīng)變曲線：工程應(yīng)力應(yīng)變曲線Se S

3、 e：真應(yīng)力真應(yīng)變曲線：真應(yīng)力真應(yīng)變曲線二二 工程應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力應(yīng)變曲線 低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線 -典型性典型性 分析變形過(guò)程；分析變形過(guò)程； 強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的意義強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的意義 e 、 s 、 b 、 、 bse彈性階段彈性階段彈性極限彈性極限 e屈服階段屈服階段屈服極限屈服極限 s強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 b頸縮階段頸縮階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)概念：力不增加仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力力不增加仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力。用符號(hào)：s 表示抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度概念：試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力。用符號(hào)：b表示 注：s 、 b 是設(shè)計(jì)與選材的重要依據(jù)是設(shè)計(jì)與選

4、材的重要依據(jù) 另：e 表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所承受的最大拉應(yīng)力表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)所承受的最大拉應(yīng)力。0AFbb 0AFss 塑性塑性 plasticityplasticity概念概念：在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。判據(jù)判據(jù)：斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 、斷后斷面收縮率、斷后斷面收縮率斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率概念概念：試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長(zhǎng)量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長(zhǎng)量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比。%100XLoLoLk 其中：其中：L Lk k斷后試樣長(zhǎng)度斷后試樣長(zhǎng)度 L Lo o試樣原始長(zhǎng)度試樣原始長(zhǎng)度斷后斷面收縮率斷后斷面收

5、縮率概念概念：斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比。說(shuō)明說(shuō)明：伸長(zhǎng)率和收縮率在實(shí)際應(yīng)用中，一般是用：伸長(zhǎng)率和收縮率在實(shí)際應(yīng)用中，一般是用表示塑性大小表示塑性大小。 、 越越大，材料的塑性越好。通常認(rèn)為大，材料的塑性越好。通常認(rèn)為 K時(shí)，發(fā)生滑移時(shí)，發(fā)生滑移 滑移面的取向因子大，滑移面的取向因子大，則分切應(yīng)力大：則分切應(yīng)力大： 當(dāng)滑移面法線、滑移方當(dāng)滑移面法線、滑移方向、外力軸三者共面，即向、外力軸三者共面，即 90時(shí)，可能獲最大時(shí)，可能獲最大取向因子：取向因子： cos cos cos(90) cos 45時(shí)時(shí): 取向因子獲最大值取向因子

6、獲最大值1/2 取向因子大取向因子大軟取向軟取向 或或90時(shí)時(shí): 取向因子為取向因子為0 ， 0， 取向因子小取向因子小硬取向硬取向cos cos cos(90) cos 與與K對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的即為即為s s的影響因素：的影響因素： 與與k有關(guān)；有關(guān)； 與外力取向有關(guān)與外力取向有關(guān): s K/(cos cos ) 滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致仍保持一致；滑移面滑移面滑移前滑移前PP滑移后滑移后力偶力偶 伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，滑移面轉(zhuǎn)向與外力伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，滑移面轉(zhuǎn)向與外力

7、平行方向，滑移方向旋向最大切應(yīng)力方向平行方向，滑移方向旋向最大切應(yīng)力方向產(chǎn)生產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)單晶體拉伸變形示意單晶體拉伸變形示意滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)位向和晶面的變化位向和晶面的變化 拉伸時(shí)拉伸時(shí), ,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向 壓縮時(shí)，滑移面逐漸趨于垂直于壓力軸線。壓縮時(shí)，滑移面逐漸趨于垂直于壓力軸線。Single Crystal Slip意義：意義： 實(shí)際金屬由多晶體構(gòu)成，通過(guò)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際金屬由多晶體構(gòu)成，通過(guò)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，原來(lái)取向有利的晶粒（單晶體）和旋轉(zhuǎn)，原來(lái)取向有利的晶粒（單晶體）經(jīng)過(guò)一定量塑性變形后取向不利，停止塑經(jīng)

8、過(guò)一定量塑性變形后取向不利，停止塑性變形；性變形； 原來(lái)取向不利的晶粒經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)取向原來(lái)取向不利的晶粒經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)取向變?yōu)橛欣?，開(kāi)始塑性變形；變?yōu)橛欣?，開(kāi)始塑性變形； 循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻。循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻。 隨滑移加劇，存在隨滑移加劇，存在多滑移多滑移和和交滑移交滑移現(xiàn)象現(xiàn)象 多滑移多滑移： 在兩個(gè)及以上的滑移系上同時(shí)進(jìn)行的滑移。在兩個(gè)及以上的滑移系上同時(shí)進(jìn)行的滑移。意義：促進(jìn)加工硬化意義：促進(jìn)加工硬化 滑移的本質(zhì)是借助滑移的本質(zhì)是借助 位錯(cuò)線的逐步運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)線的逐步運(yùn)動(dòng)。 多滑移時(shí)不同方向的位多滑移時(shí)不同方向的位錯(cuò)線相交割，互為阻錯(cuò)線相交割，互為阻礙礙難滑移難滑移

9、 交滑移交滑移： 多個(gè)滑移面同時(shí)沿一個(gè)滑移方向進(jìn)行的滑移。多個(gè)滑移面同時(shí)沿一個(gè)滑移方向進(jìn)行的滑移。鋁單晶體形變出現(xiàn)的鋁單晶體形變出現(xiàn)的 交滑移交滑移密排六方晶體沿基面和密排六方晶體沿基面和柱面交滑移的示意圖柱面交滑移的示意圖意義：意義： 當(dāng)位錯(cuò)沿一個(gè)滑移面當(dāng)位錯(cuò)沿一個(gè)滑移面的移動(dòng)受阻時(shí)，可通的移動(dòng)受阻時(shí)，可通過(guò)攀移，轉(zhuǎn)移到另一過(guò)攀移，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)面繼續(xù)滑移個(gè)面繼續(xù)滑移 易滑移易滑移 使滑移方向靈活，使滑移方向靈活， 可降低脆性可降低脆性 不同合金加工硬化效果不同不同合金加工硬化效果不同 單系滑移單系滑移 多系滑移多系滑移 交滑移交滑移 多系滑移多系滑移 (1) 滑移系滑移系 一個(gè)滑移面和該面上

10、的一個(gè)滑移一個(gè)滑移面和該面上的一個(gè)滑移方向方向 稱為稱為 。 每種晶格滑移系數(shù)目的多少每種晶格滑移系數(shù)目的多少可用來(lái)衡量滑移難易可用來(lái)衡量滑移難易 3 滑移系及滑移系數(shù)的實(shí)際意義滑移系及滑移系數(shù)的實(shí)際意義 （2）各晶體結(jié)構(gòu)的滑移系）各晶體結(jié)構(gòu)的滑移系 體心立方體心立方 (b.c.c)(110)111滑移面：滑移面：110 (110), (011), (101), (110), (011), (101)滑移方向：滑移方向：111滑移系數(shù)：滑移系數(shù)：62=12 面心立方面心立方 (f.c.c) (111)110滑移面：滑移面：111 (111), (111), (111), (111);滑移方向：

11、滑移方向：110滑移系數(shù)滑移系數(shù): 43=12密排六方密排六方：滑移面滑移面0001滑移方向滑移方向1120滑移系數(shù)目：滑移系數(shù)目： 13=3（3）滑移系數(shù)目的實(shí)際意義）滑移系數(shù)目的實(shí)際意義 判斷塑性變形能力判斷塑性變形能力 滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好；滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好； 滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較好滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較好 塑性排序：塑性排序：f.c.cb.c.ch.c.p 二二 滑移機(jī)制滑移機(jī)制原子剛性移動(dòng)模型演示原子剛性移動(dòng)模型演示 理理 = G=G/2； 但但實(shí)實(shí) = 10-310-4 G/2； 剛性移動(dòng)模型失敗，應(yīng)有更省力的方剛性移動(dòng)模型失敗，應(yīng)有更省力的方

12、式式 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生 參考（劉國(guó)勛參考（劉國(guó)勛金屬學(xué)原理金屬學(xué)原理） 二二 滑移機(jī)制滑移機(jī)制根據(jù)原子剛性移動(dòng)模型根據(jù)原子剛性移動(dòng)模型, 依虎克定律依虎克定律： 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)位錯(cuò)學(xué)說(shuō)滑移滑移臺(tái)階臺(tái)階完整晶體完整晶體有缺陷晶體有缺陷晶體刃位錯(cuò)滑移演示刃位錯(cuò)滑移演示 1 滑移的本質(zhì)：滑移的本質(zhì)： 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)：位錯(cuò)學(xué)說(shuō)： 晶體內(nèi)部存在某類缺陷晶體內(nèi)部存在某類缺陷位錯(cuò)位錯(cuò) 塑性變形依靠位錯(cuò)的逐步運(yùn)動(dòng)。非單個(gè)塑性變形依靠位錯(cuò)的逐步運(yùn)動(dòng)。非單個(gè)位錯(cuò)原子列作原子間距的完整跳躍，而是位錯(cuò)原子列作原子間距的完整跳躍，而是位錯(cuò)中心附近少數(shù)原子作遠(yuǎn)小于原子間距位錯(cuò)中心附近少數(shù)原子作遠(yuǎn)小于原子間距的彈性偏移實(shí)現(xiàn)

13、的彈性偏移實(shí)現(xiàn) 實(shí)實(shí) 理理的原因的原因 實(shí)際金屬?gòu)?qiáng)度遠(yuǎn)小于理想結(jié)構(gòu)金屬?gòu)?qiáng)度。實(shí)際金屬?gòu)?qiáng)度遠(yuǎn)小于理想結(jié)構(gòu)金屬?gòu)?qiáng)度?；剖怯晌诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的滑移是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的 （滑移位錯(cuò)機(jī)制）（滑移位錯(cuò)機(jī)制）2 滑移過(guò)程中存在位錯(cuò)增殖滑移過(guò)程中存在位錯(cuò)增殖 背景背景: 退火態(tài)退火態(tài)位錯(cuò)位錯(cuò)1010m-2； 冷變形冷變形: 位錯(cuò)位錯(cuò)10151016m-2； 位錯(cuò)增殖學(xué)說(shuō)位錯(cuò)增殖學(xué)說(shuō)DD位錯(cuò)源位錯(cuò)源弓出弓出蜷曲蜷曲DD位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)源位錯(cuò)源下圖為下圖為Frank-Read位錯(cuò)源增殖機(jī)制位錯(cuò)源增殖機(jī)制弗蘭克弗蘭克-瑞德源機(jī)制演示瑞德源機(jī)制演示 意義：引起滑移的位錯(cuò)并不消失反而增殖意義：引起滑移的位錯(cuò)并不消失反而增殖

14、 位錯(cuò)位錯(cuò)；位錯(cuò)強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化 3 位錯(cuò)在運(yùn)行中產(chǎn)生交割與塞積，位錯(cuò)密位錯(cuò)在運(yùn)行中產(chǎn)生交割與塞積，位錯(cuò)密度愈高，交割與塞積愈嚴(yán)重。度愈高，交割與塞積愈嚴(yán)重。 不在同一滑移面上的位錯(cuò)相遇產(chǎn)生割不在同一滑移面上的位錯(cuò)相遇產(chǎn)生割階階 運(yùn)行阻力運(yùn)行阻力 位錯(cuò)之間互為阻力位錯(cuò)之間互為阻力 位錯(cuò)位錯(cuò)使使、HB 的主要原因的主要原因 雜質(zhì)、晶界、固定位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)行雜質(zhì)、晶界、固定位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)行 ，導(dǎo)致位錯(cuò)塞積導(dǎo)致位錯(cuò)塞積三三 孿生孿生1 定義：定義： 晶體在切應(yīng)力下其一部分沿一定的晶面晶體在切應(yīng)力下其一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分作均勻切變。和晶向相對(duì)于另一部分作均勻切變。孿晶帶孿晶帶孿生面孿生面

15、孿生面孿生面2 孿生特點(diǎn)：孿生特點(diǎn)： 孿生前后變形部分晶體位向改變，兩部孿生前后變形部分晶體位向改變，兩部分之間以孿生面為鏡面對(duì)稱。分之間以孿生面為鏡面對(duì)稱。 切變區(qū)域內(nèi)與孿晶面平行的每層原子的切變區(qū)域內(nèi)與孿晶面平行的每層原子的切變量與它距孿晶面的距離呈正比，相切變量與它距孿晶面的距離呈正比，相鄰原子間的相對(duì)位移為原子間距的分?jǐn)?shù)鄰原子間的相對(duì)位移為原子間距的分?jǐn)?shù)倍；倍； 存在臨界分切應(yīng)力存在臨界分切應(yīng)力: 孿孿 滑滑 變形速度極快，聲響，變形量小。變形速度極快，聲響，變形量小。孿生與滑移變形比較孿生與滑移變形比較1.孿生：均勻切變。滑移：塑性變形是不均勺的。2.孿生：各晶面移動(dòng)量與其離孿晶面距

16、離成正比，相鄰晶團(tuán)相對(duì)移動(dòng)距離通常只是原子間距的幾分之一?；疲鹤冃螘r(shí)，滑移距離則是原于間距的整倍數(shù)。3.孿生：晶體變形部分的位向發(fā)生變化，并且孿晶面與未變形部分對(duì)稱?；茣r(shí)，晶體位向并不發(fā)生變化。4.孿生和滑移一樣并不改變晶體的點(diǎn)陣類型。5.孿生臨界分切應(yīng)力值大，因此，只在很難滑移的條件下，晶體才發(fā)生孿生?；葡瞪俚拿芘帕浇饘?，常以孿生方式變形。孿生變形產(chǎn)生的塑性變形量一般不超過(guò)10，但是孿生使晶體位向變化，從而引起滑移系取向變化，能促進(jìn)滑移的發(fā)生。往往孿生與滑移交替發(fā)生，即可獲得較大的塑性變形量。四四 影響塑性變形方式的因素影響塑性變形方式的因素 （1）晶體結(jié)構(gòu)）晶體結(jié)構(gòu) 滑滑 單晶體單

17、晶體 原因：原因： 晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)； 位向差位向差晶粒之間須協(xié)調(diào)晶粒之間須協(xié)調(diào) 意義：意義： 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化金屬材料強(qiáng)化機(jī)制之一金屬材料強(qiáng)化機(jī)制之一 霍耳霍耳配奇公式：配奇公式： s 0Kd-1/2二二 合金塑性變形特點(diǎn)合金塑性變形特點(diǎn)連續(xù)網(wǎng)狀連續(xù)網(wǎng)狀塑性相塑性相脆性相脆性相 溶質(zhì)原子阻礙變形：溶質(zhì)原子阻礙變形： 第二相：第二相： 與第二相的強(qiáng)塑性、大小、形與第二相的強(qiáng)塑性、大小、形態(tài)、分布等有關(guān)。態(tài)、分布等有關(guān)。固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 第二相塑性優(yōu)于基體，則：第二相塑性優(yōu)于基體，則：而而； 硬脆相：硬脆相： 分布合理，則分布合理，則 阻礙位錯(cuò)阻礙位錯(cuò) 不合理不合理 ，則，則

18、不能塑變不能塑變 應(yīng)力集中應(yīng)力集中 開(kāi)裂開(kāi)裂 、ak甚至甚至 第二相強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化第二相強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化一一 單相單相固溶體的塑性變形固溶體的塑性變形 1 1 固溶體的結(jié)構(gòu)固溶體的結(jié)構(gòu) 2 2 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 （1 1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)； （2 2）強(qiáng)化機(jī)制）強(qiáng)化機(jī)制 氣團(tuán)（缺陷之間的反應(yīng)或纏結(jié)）。氣團(tuán)（缺陷之間的反應(yīng)或纏結(jié)）。 分類分類二二 .兩相合金的塑性變形兩相合金的塑性變形 1 結(jié)構(gòu)：基體第二相。結(jié)構(gòu)：基體

19、第二相。 2 性能：性能： （1）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。 （2）軟基體硬第二相）軟基體硬第二相 第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；兩相呈層片狀分布（珠光體）；兩相呈層片狀分布（珠光體）； 第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）（彌散強(qiáng)化）。第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）（彌散強(qiáng)化）。 4.6塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 一一.塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 二二.塑性變形對(duì)金屬對(duì)性能的影響塑性變形對(duì)金屬對(duì)性能的影響 三三.產(chǎn)生殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力一一. .

20、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 纖維組織形成纖維組織形成 金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著變形量的增加金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，隨著變形量的增加晶粒形狀發(fā)生變化，沿變形方向被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)拉伸變形量很大時(shí)，晶粒晶粒形狀發(fā)生變化，沿變形方向被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)拉伸變形量很大時(shí)，晶粒變成細(xì)條狀，金屬中的夾雜物也被拉長(zhǎng)，形成所謂纖維組織。變成細(xì)條狀，金屬中的夾雜物也被拉長(zhǎng)，形成所謂纖維組織。 塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)影響塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)影響 晶粒變形晶粒變形：等軸狀：等軸狀拉長(zhǎng)拉長(zhǎng) 形成纖維組織、帶狀組織形成纖維組織、帶狀組織。 性能各向異性性能各向異性 亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu)

21、形成 金屬經(jīng)大量的塑性變形后，由于位金屬經(jīng)大量的塑性變形后，由于位錯(cuò)密度的增大和位錯(cuò)間的交互作用，使位錯(cuò)分布變得不錯(cuò)密度的增大和位錯(cuò)間的交互作用，使位錯(cuò)分布變得不均勻。大量的位錯(cuò)聚集在局部地區(qū)，并將原晶粒分割成均勻。大量的位錯(cuò)聚集在局部地區(qū)，并將原晶粒分割成許多位向略有差異的小晶塊，即亞晶粒。許多位向略有差異的小晶塊，即亞晶粒。 原因：原因：位錯(cuò)受阻后塞積、纏結(jié)位錯(cuò)受阻后塞積、纏結(jié)亞晶界亞晶界 晶粒分化為許多位向略有差異的小晶塊晶粒分化為許多位向略有差異的小晶塊 變形中的晶粒碎化變形中的晶粒碎化。晶格較完整晶格較完整的亞晶塊的亞晶塊嚴(yán)重畸變區(qū)嚴(yán)重畸變區(qū)亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化 鑄態(tài)位錯(cuò)密度鑄態(tài)

22、位錯(cuò)密度 d = 10-2 cm； 塑變后位錯(cuò)密度塑變后位錯(cuò)密度d = 10-410-6 cm 形變織構(gòu)的產(chǎn)生形變織構(gòu)的產(chǎn)生 由于塑性變形過(guò)程中晶粒的轉(zhuǎn)由于塑性變形過(guò)程中晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)變形量達(dá)到一定程度（動(dòng)，當(dāng)變形量達(dá)到一定程度（70%70%以上）時(shí)，會(huì)使絕大以上）時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，形成特殊的部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，形成特殊的擇優(yōu)取向。擇優(yōu)取向的結(jié)果形成了具有明顯方向性的組擇優(yōu)取向。擇優(yōu)取向的結(jié)果形成了具有明顯方向性的組織，稱為織構(gòu)?？?，稱為織構(gòu)。 形變織構(gòu)形變織構(gòu) 定義定義： 金屬塑性變形到很大程度金屬塑性變形到很大程度(70%)時(shí)，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)

23、，各晶粒的位向時(shí)，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，各晶粒的位向趨于一致，這種有序化的結(jié)構(gòu)趨于一致，這種有序化的結(jié)構(gòu)。 另：鑄造織構(gòu)另：鑄造織構(gòu) 意義意義：性能各向異性：性能各向異性 不利：變形不均勻，不利：變形不均勻，“制耳制耳”現(xiàn)象現(xiàn)象獲特異性能：變壓器鐵芯硅鋼片獲特異性能：變壓器鐵芯硅鋼片100 難消除難消除須控制變形量須控制變形量二二 對(duì)性能的影響對(duì)性能的影響 1 1 對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化）對(duì)力學(xué)性能的影響（加工硬化） （1 1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的

24、現(xiàn)象。強(qiáng)化金屬的重要途徑；強(qiáng)化金屬的重要途徑； 利利 （2 2）利弊）利弊 材料加工成型的保證。材料加工成型的保證。 弊弊 變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大； 脆斷危險(xiǎn)性提高。脆斷危險(xiǎn)性提高。 原因原因：位錯(cuò)增殖：位錯(cuò)增殖 意義：意義： 強(qiáng)化手段強(qiáng)化手段形變強(qiáng)化；形變強(qiáng)化； 有利于有利于塑性變形均勻塑性變形均勻進(jìn)行進(jìn)行 有利于金屬構(gòu)件的工作有利于金屬構(gòu)件的工作安安全性全性 不利：再變形難；不利：再變形難； 加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(=10111012cm-2)s 位錯(cuò)位錯(cuò) 退火態(tài)退火態(tài) ( =106108cm-2)理論強(qiáng)度值理論強(qiáng)度值金屬須金屬須 解決辦法：冷加工之間的再結(jié)晶

25、退火解決辦法：冷加工之間的再結(jié)晶退火二二 對(duì)性能的影響對(duì)性能的影響 2 2 對(duì)物理、化學(xué)性能的影響對(duì)物理、化學(xué)性能的影響 導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快； 化學(xué)活性提高，腐蝕加快?；瘜W(xué)活性提高，腐蝕加快。 塑性變形對(duì)材料對(duì)性能的影響塑性變形對(duì)材料對(duì)性能的影響1 1）加工硬化：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度）加工硬化：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，而塑韌性下降的現(xiàn)象，升高，而塑韌性下降的現(xiàn)象，脆斷危險(xiǎn)性提高脆斷危險(xiǎn)性提高。變。變形阻力提高，形阻力提高，動(dòng)力消耗增大動(dòng)力消耗增大。2 2）對(duì)物理、

26、化學(xué)性能的影響對(duì)物理、化學(xué)性能的影響 導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快； 化學(xué)活性提高，化學(xué)活性提高，腐蝕加快腐蝕加快。 2. 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化 3. 隨變形量增加隨變形量增加, 空位密度增加空位密度增加 4. 幾何硬化：幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起 由于加工硬化, 使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形, 而未變形部分開(kāi)始變形。沒(méi)有加工硬化沒(méi)有加工硬化, 金金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。 加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之

27、一，段之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵三三 殘余應(yīng)力（約占變形功的殘余應(yīng)力（約占變形功的1010） 第一類殘余應(yīng)力（第一類殘余應(yīng)力（ ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物 體變形不均勻引起。體變形不均勻引起。 1 1 分類分類 第二類殘余應(yīng)力（第二類殘余應(yīng)力（ ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變 形不均勻引起。形不均勻引起。 第三類殘余應(yīng)力（第三類殘余應(yīng)力（ ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空 位等引起。位等引起。80-90%80-90%。 利：預(yù)應(yīng)力處理，如提高疲勞極限。利：預(yù)應(yīng)力

28、處理，如提高疲勞極限。 2 2 利弊利弊 弊：引起變形、開(kāi)裂，如黃銅彈殼腐蝕開(kāi)裂。弊：引起變形、開(kāi)裂，如黃銅彈殼腐蝕開(kāi)裂。 3 3 消除：去應(yīng)力退火。消除：去應(yīng)力退火。 第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力 工件不同部位工件不同部位 第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力 晶粒之間或內(nèi)部不同區(qū)域晶粒之間或內(nèi)部不同區(qū)域2 產(chǎn)生殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力 第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變(位錯(cuò)、空位位錯(cuò)、空位)1%；造成變形；造成變形 910%；應(yīng)力集中，造成裂紋；應(yīng)力集中，造成裂紋 90%；強(qiáng)度；強(qiáng)度、塑性、塑性原因原因消除方法：消除方法： 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火殘余應(yīng)力的應(yīng)用：殘余應(yīng)力的應(yīng)用： 噴丸處理噴丸處理提高強(qiáng)度提高強(qiáng)度拉拉 s 壓壓壓壓拉拉S3 性能出現(xiàn)方向性性能出現(xiàn)方向性 形變織構(gòu)