第05章_塑性變形

1、第五章第五章 金屬及合金的塑性變形金屬及合金的塑性變形金屬的變形特性 單晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 合金的塑性變形塑性變形對組織性能的影響納米銅的室溫超塑性第一節(jié)第一節(jié) 金屬的變形概述金屬的變形概述 彈性變形彈塑性變形斷裂eyIIIIIIIV4.11.變形過程中的名詞概念變形過程中的名詞概念應力：作用在材料任一截面單位面積上的力。同截面垂直的稱為“正應力”或“法向應力”，同截面相切的稱為“剪應力”或“切應力”。應變：物體形狀尺寸所發(fā)生的相對改變。物體內(nèi)部某處的線段在變形后長度的改變值同線段原長之比值稱為“線應變”；物體內(nèi)兩互相垂直的平面在變形后夾角的改變值稱為“剪應變”或“角應變”；變形后

2、物體內(nèi)任一微小單元體體積的改變同原單位體積之比值稱為“體積應變”。2. 變形過程 彈性變形階段 I： s e，s-e為線性關系；屈服階段 II彈塑性變形階段 III：應力在se到sb之間發(fā)生均勻塑性變形；頸縮階段 IV：sb之后；斷裂：發(fā)生在K點。 eyIIIIIIIV3. 彈性變形彈性變形 Ip 變形可逆，去除外力后完全恢復，變形消失。 p 特點：服從胡克定律，即應力與應變成正比p E為彈性模量、G稱為切變模量，反映材料對彈性變形的抗力，代表材料的“剛度” 。eyI IIIIIIV實質： 應力作用下，材料內(nèi)部原子間距在較小的范圍內(nèi)偏離了平衡位置，但未超過其原子間的結合力。材料反應為晶格發(fā)生了

3、伸長(縮短)或歪扭。原子的相鄰關系還未發(fā)生改變，故外力去除后，原子間結合力便可以使變形完全恢復。 4. 塑性變形 不能恢復的永久性變形叫塑性變形。當應力大于彈性極限時，材料不但發(fā)生彈性變形，而且還發(fā)生塑性變形，即在外力去除后，其變形不能得到完全的恢復，而具有殘留變形或永久變形。5. 塑性變形過程II 屈服屈服：材料開始發(fā)生塑性變形。 屈服特點：即使外力不再增加，試樣也會繼續(xù)變形，這種變形屬于塑性變形，在拉伸曲線上會出現(xiàn)鋸齒狀的平臺。這是部分材料所具有的特征。 退火低碳鋼的拉伸應力應變曲線eyI IIIIIIV屈服強度：材料對開始發(fā)生微量塑性變形的抗力，也稱為屈服極限，用y表示。對具有屈服現(xiàn)象的

4、材料用屈服現(xiàn)象發(fā)生時對應的應力表示；對屈服現(xiàn)象不明顯的材料，則以所產(chǎn)生的塑性應變達0.2%時的應力值表示。 eyIIIIIIIV5. 塑性變形過程塑性變形過程 III 均勻變形均勻變形在屈服后的變形階段，試樣整體進行均勻的塑性變形。如果不再增加外力，材料的變形將不能繼續(xù)下去。eyIIIIIIIVeyIIIIIIIV原因：維持材料均勻變形的原因是材料發(fā)生了加工硬化。 已經(jīng)發(fā)生變形處的強度提高，進一步變形困難，即變形要在更大的應力作用下才能進行。下一步的變形發(fā)生在未變形或變形相對較小的位置，達到同樣變形后，在更大的應力作用下發(fā)生變形。5. 塑性變形過程塑性變形過程 IV頸縮頸縮 頸縮：試樣將開始發(fā)

5、生不均勻的塑性變形，產(chǎn)生了頸縮，即塑性變形集中在一局部區(qū)域進行。 特點：頸縮發(fā)生后，宏觀表現(xiàn)為外力在下降，工程應力在減小，但頸縮區(qū)的材料承受的真實應力依然在上升。極限強度：材料開始發(fā)生頸縮時對應的工程應力b ，這時試樣出現(xiàn)失穩(wěn)，頸縮真實應力依然在上升，但能承受的總外力在下降。eyIIIIIIIV5. 塑性變形過程 K斷裂 變形量大至K點，試樣發(fā)生斷裂。斷裂的實質是原子間承受的力超出最大吸引力，原子間的結合受到破壞而分離。eyIIIIIIIV韌性斷裂：在斷裂前有明顯塑性變形后發(fā)生的斷裂叫“韌性斷裂”。在晶體構成的材料中，內(nèi)部的晶粒都被拉長成為細條狀，斷口呈纖維狀，灰暗無光。 脆性斷裂：斷裂前因并

6、未經(jīng)過明顯塑性變形，故其斷口常具有光澤，這種斷裂叫“脆性斷裂”。脆性斷裂可沿晶界發(fā)生，稱為“晶間斷裂”，斷口凹凸不平；脆性斷裂也可穿過各個晶粒發(fā)生，稱為“穿間斷裂”，斷口比較平坦。 6. 6. 塑性變形的方式塑性變形的方式材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，依材料的性質、外界環(huán)境和受力方式不同，進行塑性變形的方式也不相同，通常發(fā)生塑性變形的方式有：滑移、孿生、滑移、孿生、蠕變、流動。蠕變、流動。滑移是晶體材料塑性變形的基本方式之一。非晶體材料原子為無規(guī)則堆積，像液體一樣只能以流動方式來進行，衡量其變形的難易程度的參數(shù)為粘度。在重力作用下能發(fā)生流動的為液體，可以維持自己形狀為固體。第二節(jié) 單晶體的塑性

7、變形 常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生2.1 滑移切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向(滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式叫滑移。Zn 單晶的滑移2.1.1 滑移的表象光學顯微鏡：滑移帶電子顯微鏡：每條個滑移帶由許多平行滑移線組成對于Al單晶：每根滑移線的滑移量為100200nm；兩滑移線間距20nm；滑移帶之間2000nm2.1.2 滑移變形過程 切應力的作用下，晶格發(fā)生彈性外扭，進一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶

8、體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。 作用在晶格上的正應力只能使晶格的距離加大，不能使原子從一個平衡位置移動到另一平衡位置，不能產(chǎn)生塑性變形；正應力達到破壞原子間的吸引力，晶格分離，材料則出現(xiàn)斷裂。 材料在正應力作用下，在應力方向雖然不能發(fā)生塑性變形，但正應力的分量在另一方向就有切應力，可使晶格沿另外的方向上發(fā)生滑移。 2.1.3 滑移的晶體學特征l 滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面，通常為晶體的最密排晶面；l 滑移滑動的方向稱為滑移方向，通常也為晶體的最密排方向；l 一個滑移面和該面上的一個滑移方向構成一個可以滑移的方式稱為“滑移系”。 FCC62433滑移系對性能的影響 晶體中滑移系愈多，晶體發(fā)生滑移的

9、可能性便愈大，材料的塑性愈好。 滑移面密排程度高，滑移面上滑移方向個數(shù)越多，材料塑性越好。 bcc的a-Fe與fcc的Al及Cu，雖然都有12個滑移系，但其滑移面密排程度較面心立方晶格低，且滑移面上滑移方向少，所以塑性不如銅及鋁；具有hcp晶格的Mg、Zn等，滑移系僅有3個，因此塑性較立方晶系金屬差。 2.1.4 滑移的臨界分切應力施密特定律 推動滑移的是在滑移方向上的分切應力。同一外加應力作用下，不同滑移系因取向不同，對應的分切應力也不相同。左圖中單晶體受拉應力F作用，滑移面法線方向N與F夾角為f，滑移方向和F夾角為；注意：滑移方向S、拉力軸F和滑移面的法線N三者不必在同一平面，即 f+90

10、0 ?；品较蛏系姆智袘椋?其中：稱為取向因子或施密特因子。當 f+ = 900，取向因子有最大值0.5。 施密特定律當當t t達到某一臨界值t tc時，晶體產(chǎn)生滑移變形，這時對應的正應力s s為單晶體的屈服應力s sy y，稱為施密特定律。s sy = t tc c/cos/cosf f cos cosl l滑移方向上切應力t 為：tc c是一常數(shù)，稱為臨界分切應力。 t tc取決于金屬的本性，不受f f、l l的影響；屈服強度s sy y則隨拉力軸相對于晶體的取向不同而不同，即晶體材料存在各向異性。s sy = t= tc/ /cosf fcosl lf f或l l9090 時，取向因

11、子M最小，s sy ；這時的取向稱為硬取向。f f，l l45 時，取向因子M最大，s sy y最小，晶體最易滑移；這時的取向稱為軟取向。2.1.5 臨界分切應力與首開滑移系 l 當外力在某個滑移面的滑移方向上的分切應力達到臨界值時，該滑移系開始滑移，材料開始發(fā)生塑性變形，這個切應力值叫臨界分切應力。l 在外力作用下，取向因子最大的滑移系將有最大的分切應力，外力加大，將首先達到臨界分切應力發(fā)生滑移，所以把取向因子最大的滑移系稱為這個外力下的首開滑移系。l 在某一外力作用下，取向因子相同的滑移系分切應力相同。外力加大時它們將同時達到臨界分切應力，開始發(fā)生滑移，所以把取向因子相同的滑移系稱為這個外

12、力下的等效滑移系。 2.1.6 滑移時晶體的轉動 2.1.6 滑移時晶體的轉動 當外力作用于單晶體試樣上時，它在某些相鄰層晶面上所分解的切應力使晶體發(fā)生滑移，而正應力和垂直滑移方向的另一正應力因滑移錯開組成一力偶，使晶體在滑移的同時向外力方向發(fā)生轉動。 轉動的趨勢為滑移面趨于平行拉力方向，滑移方向也趨于平行拉力方向。2.1.7 滑移變形的主要特點 l 滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。l 滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因為在最密晶面之間的面間距最大，原子面之間的結合力最弱，沿最密晶向滑移步長最小，滑移所需外加切應力最小。 l 滑移時晶體的一部分相對另一部分的滑移距離為原子間距的整數(shù)倍

13、，在晶體表面形成臺階。 l 滑移的同時必然伴隨有晶體的轉動。 2.1.8 滑移的位錯機制滑移的位錯機制 滑移的實質是位錯的運動 位錯的增殖 位錯的交割 位錯的塞積加工硬化 A. 滑移的實質是位錯的運動滑移的實質是位錯的運動 大量的理論研究證明，滑移是由于滑移面上位錯運動而造成的。上圖分別表示一刃型和螺型位錯在切應力的作用下的運動過程，通過一根位錯從滑移面的一側運動到另一側便造成一個原子間距的滑移。 t tt tttB. 位錯的受力 作用于位錯上的力處于滑移面上的位錯在切應力作用下發(fā)生滑移。位錯的運動方向總與位錯線垂直，因此可以設想有一個垂直于位錯線的力F推動位錯前進。右圖中，切應力作用下位錯線

14、運動一距離ds，此位錯線段的運動將促使dA面上的晶塊相對于下面的晶塊錯開了一個柏氏矢量b，此時移動此線段所作功為：W = Fds = tdldsb；所以：F/dl =t b方向：垂直于位錯線，指向位錯運動方向。性質：組態(tài)力，并非實際力位錯線張力：T=aGb2，直線時a=1，曲線時a=0.5。單根位錯趨于直線狀；右圖中位錯線運動過程中，兩端被障礙物釘住而彎曲成弧形，曲率為R。位錯線受兩種力:a.作用在位錯線法向的力tb，推動(2) 位錯的應變能與線張力單位長度位錯的應變能：w=aGb2 2 22RGbRGbbtt或B. 位錯的受力位錯線向右運動，使位錯線彎曲； b. 接點處的線張力T ，使位錯線

15、平直；穩(wěn)定時受力平衡有：t bds = 2Tsindq /2Tdq = Tds/R；將T=aGb2 (彎曲位錯, a=0.5)代入得：可見R越小，位錯線彎曲越厲害，所需與之平衡的切應力就越大。C. 位錯的增殖 塑性變形的過程中，盡管位錯移出晶體產(chǎn)生滑移臺階，但位錯的數(shù)量(位錯密度)卻在不斷的增加，這是因為在外應力作用下發(fā)生塑性變形時位錯會發(fā)生增殖。 例如： 利用Frank-Read源說明增殖的過程。若滑移面上有一段位錯，CD兩點釘住不可滑移，在外力作用下位錯應向右移動，這段位錯將彎曲、擴張，相遇為異號位錯相消，產(chǎn)生一位錯環(huán)，內(nèi)部CD段還存在。反復可生成一系列的位錯環(huán)，擴展到晶體外的產(chǎn)生滑移臺階

16、可為柏氏矢量的整數(shù)倍。 C. 位錯的增殖 C. 位錯的增殖位錯的增殖 L 2 22RGbRGbbtt或 前面提到,使一兩端固定的位錯線彎曲到曲率半徑為R圓弧所需切應力為: F-R源模型中，直線時曲率半徑為無窮大，使其彎曲所需應力很小，當半徑為L/2時，曲率半徑最小，所需應力最大，繼續(xù)向外擴展時，曲率半徑又增大，切應力又減小，因此開動F-R位錯源所需的臨界切應力為： LGbtD. 位錯的交割 不在同一個滑移面上的兩刃型位錯運動的過程中可發(fā)生交割。圖示例子表示如果位錯AB向下運動掃過位錯CD，由于掃過區(qū)間的晶體兩邊發(fā)生了柏氏矢量大小的滑移，在位錯CD上產(chǎn)生了EF轉折，EF長度為AB的柏氏矢量，EF

17、位錯的柏氏矢量不發(fā)生變化，但滑移面已不在原滑移面上，雖然還是刃型位錯，但其可動性已受影響。此外兩垂直螺位錯交截后產(chǎn)生不可動的刃型割階，成為位錯運動的阻礙，金屬冷加工硬度、強度提高，塑性下降就與此相關，稱為割階強化。b1b2扭折E. 位錯的塞積位錯的塞積 位錯運動時，在其前沿如果有障礙(如晶界、不可變形的硬質點)，就停留不能前進，若同一位錯源不斷產(chǎn)生一系列位錯源源而來，在此將產(chǎn)生前密后疏的位錯排列組態(tài)，稱為“塞積群”。 障礙物位錯源障礙物移動一距離dx，則外力做功為nt0bdx；同時障礙物也會給位錯群一個反作用力t，一般假設其只施加短程力于領先位錯，則領先位錯受到障礙物的作用力為tb；塞積群移動

18、dx時障礙物對其作功為：tbdx。按虛功原理，外力功和反作用力作功相等，得：nt0bdx=tbdx 即：t=nt0可見位錯塞積處產(chǎn)生很大應力集中，可能帶來的后果有：螺位錯可改變滑移面而發(fā)生交滑移；晶界處的應力可能迫使相鄰晶粒中的位錯運動來松弛應力；無法松弛就有可能在此處造成裂紋。 障礙物位錯源外加切應力t0 作用在塞積群每個位錯上的力為t0b，則加在塞積群中n個位錯的作用力為nt0b。設整個塞積群向F. 加工硬化加工硬化 p 變形過程中，位錯沿滑移面運動，各種位錯會頻繁相遇，發(fā)生一系列復雜的交割作用，出現(xiàn)位錯的纏結等等現(xiàn)象，使位錯的運動受阻；p 位錯源發(fā)出的位錯受阻后產(chǎn)生塞積，造成位錯密度的逐

19、漸增大。變形量越大，位錯密度就越大，變形抗力也越大。p 隨著位錯密度的升高，位錯之間的平均距離減小，它們之間的相互干擾和交互作用進一步增強，因而強度和硬度也就越來越大。p 此外，塑性變形也會導致晶格畸變，使外力和滑移面的相對位向也會發(fā)生變化。使開動位錯所需應力增大。2. 2 孿生變形孿生變形外力作用下，以切變生成“孿晶”而發(fā)生塑性變形方式稱為“孿生”。晶體的一部分相對于一定的晶面(孿生面)，沿著一定的方向(孿生方向)發(fā)生切變，形成對稱的晶格排列，發(fā)生切變部分叫做孿生帶，或簡稱為孿晶。切變部分和未切變部分呈鏡面對稱，對稱面為孿生面。( 1 0) 面A C E GAC E G孿生區(qū)域(111)孿晶

20、面(10)AACCEEp 孿生需要的臨界切應力很大，僅在滑移困難時才會發(fā)生。一般孿生出現(xiàn)在滑移系很少的晶體結構的材料中(如密排六方晶格金屬)；p 某些容易發(fā)生滑移的立方材料僅在低溫度滑移困難或受沖擊時來不及滑移時才可能產(chǎn)生孿生。p 孿晶帶中，每層原子面對于相鄰原子面的移動量都相同，其移動量不是原子間距的整倍數(shù)(一般為原子間距的分數(shù))，但它們在孿生后各自移動的距離和離孿生面的距離成正比。 2.2.1 孿生變形的特點p 孿生帶的晶格位向發(fā)生了變化，抗腐蝕性和光學反射性與母體不同，變形孿晶呈薄片狀或透鏡片狀。 p 孿生變形的速度很快，接近于聲速。孿生變形在晶體表面可形成浮凸。 p 孿生變形所產(chǎn)生的塑

21、性變形總量不大，一般不超過10%。會在周圍得晶格中引起很大的畸變。 p 孿生變形生成的孿晶改變了晶體的位向可能有助于滑移。p 孿生變形在未穿透晶體整個斷面前，具有彈性特征，繼續(xù)加載時，孿晶會增長變厚；相反，卸載時孿晶則逐漸變小，甚至消失。Zn中的變形孿晶TEM micrographs ( bright field ) of the as-PASed (Bi2Te3)0.2(Sb2Te3)0.8 滑 移孿 生相同點1.切變；2 沿一定晶面、晶向進行；3 不改變結構。不同點 晶體位向不改變（對拋光面觀察無重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關系(對拋光面觀察有重現(xiàn)性)位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大

22、。小于孿生方向上的原子間距，較小。對塑變的貢獻很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應力有一定的臨界分切壓力臨界分切應力遠高于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生變形機制全位錯運動的結果不全位錯運動的結果3.1 蠕變?nèi)渥?蠕變是指材料在高溫下(高于0.3Tm)的變形不僅與應力有關，而且和應力作用的時間有關。 蠕變過程可分為三個階段。由蠕變速率(d/d)逐漸減慢的第一階段到恒速蠕變的第二階段。在蠕變過程后期，蠕變速率加快直至斷裂，視為蠕變第三階段。隨著溫度與應力的提高，蠕變的第二階段漸短，金屬的蠕變很快由第一階段過渡到第三階段，使高溫下服役的零件壽命大大減少。 第三節(jié) 其它塑性變形方式 蠕

23、變機理蠕變過程是一熱激活過程，蠕變現(xiàn)象可看作為應力作用下原子流的擴散。原子的定向流動本身可造成材料的變形。借助原子的擴散會發(fā)生位錯的攀移，位錯滑移產(chǎn)生的加工硬化和由位錯攀移產(chǎn)生的高溫回復，這兩個過程的速率相等，便形成了恒定的蠕變速率過程。所有影響自擴散系數(shù)的因素均按相同的方式影響蠕變速率。 3.2 粘滯性流動 在外力作用下，在固態(tài)下處于非晶態(tài)的材料可以視為過冷液體，當外力能克服黏度的阻力時，非晶態(tài)材料可以象液體那樣發(fā)生塑性流動，其形狀和尺寸發(fā)生變化，材料的性質未發(fā)生改變，可視為一種塑性變形。 第四節(jié) 多晶體的塑性變形 4.1 變形的傳遞當一個晶粒的某一滑移系發(fā)生滑移動作，即位錯發(fā)生運動，遇到晶

24、界時，由于各個晶粒的位向不同，不能直接從一個晶粒移動到另一晶粒，便塞積起來；加之晶界處的雜質原子也往往較多，增大其晶格畸變，在滑移時位錯運動的阻力較大，難以發(fā)生變形，可見晶界的存在可以提高材料的強度。位錯在晶界處的塞積產(chǎn)生了大的應力集中，當應力集中能使相鄰晶粒的位錯源開動，相鄰取向不利的晶粒也能開始變形，相鄰晶粒的變形也使位錯塞積產(chǎn)生的應力集中得以松弛，原來變形的晶粒可以進一步的變形，這就是滑移的傳播過程。 位錯在晶界塞積應力集中相鄰晶粒位錯源開動相鄰晶粒變形塑變4.2 變形的協(xié)調(diào)T 原因：各晶粒之間變形具有非同時性。T 要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。 （獨立變形會導致晶體分裂）T 條件：獨立

25、滑移系5個。 （保證晶粒形狀的自由變化）面心和體心立方金屬容易滿足變形協(xié)調(diào)條件；但密排六方金屬滑移系一般只有三個，有兩種方式可以實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)：一種是在晶界附近區(qū)域，除了有基面滑移外，可能有柱面或棱錐面等較難滑移的晶面作為滑移面；另一種則是產(chǎn)生孿晶變形，孿晶和滑移結合起來，連續(xù)地進行變形。 4.3 塑性變形過程的不均勻性p 由于每個晶粒的位向不同，同一外力作用下，每個晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切應力亦不同。p 滑移面和滑移方向處于或接近于與外力成45o，即施密特因子較大的晶粒，必將首先發(fā)生滑移變形，通常稱這種位向的晶粒為處于“軟位向”；p 滑移面或滑移方向處于或接近于與外力相平行或垂直

26、，即施密特因子較小(接近0)的晶粒則處于“硬位向”，它們所受的分切應力將較小，較難發(fā)生滑移。p 由此可見，多晶體金屬中的塑性變形將會在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個不均勻的塑性變形過程。 4.4 晶粒位向的影響分批滑移：外力作用下，當首批處于軟位向的晶粒發(fā)生滑移時，由于晶界影響及其周圍處于硬位向的晶粒尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應，便會在首批晶粒的晶界附近造成位錯堆積，隨著外力增大至應力集中達到一定程度，形變才會越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。晶粒的轉動：隨著滑移的發(fā)生，伴隨晶粒的轉動，其位向同時也在變化，有的位向在硬化，有的位向在軟化，軟位向的晶粒開始滑移變形。所以，多晶體的塑性變形是一批批晶

27、粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形，比單晶體中復雜得多。 4.5 晶粒大小對材料強度的影響材料晶粒愈細，晶界總面積愈大，晶界對變形的阻礙作用愈明顯，對塑性變形的抗力也便愈大。對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強度和晶粒大小有以下關系： 式中的d為晶粒的平均直徑，k為比例常數(shù)。這是個經(jīng)驗公式，但又表達了一個普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾-佩奇(Hall-Petch)關系。 4.6 晶粒大小對材料塑性的影響晶粒大小對材料塑性的影響 晶粒愈細，不僅強度愈高，而且塑性與韌性也較高。晶粒愈細，單位體積中晶粒數(shù)量愈多，變形時同樣的形變量便可分散在更多的

28、晶粒中發(fā)生，晶粒轉動的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的應力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。所以都通過各種方法(凝固、壓力加工、熱處理)使材料獲得細而均勻的晶粒，細化晶粒是目前提高材料力學性能的有效途徑之一。 第五節(jié)：合金的塑性變形(1) 固溶強化固溶強化：固溶體材料隨溶質含量提高其強度、 硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。(2) 強化機制強化機制: a. 晶格畸變，阻礙位錯運動； b. 柯氏氣團強化。5. 1 固溶體的塑性變形p 溶質原子含量越多，強化效果越好；p 溶劑與溶質原子半徑差越大，強化效果越好；p 價

29、電子數(shù)差越大，強化效果越好；p 間隙式溶質原子的強化效果高于置換式溶質原子。（3）固溶強化的影響因素5.2 多相合金的塑性變形5.2.1 合金中兩相性能相近如果合金中兩相相差不大，且變形性能相近，則合金的變形性能為兩相的平均值。此時合金的強度可以用下式表示：sjasa+ jbsbsa、sb分別是兩相的強度；ja、jb分別是兩相的體積分數(shù)?？梢姾辖饛姸入S較強一相含量增多而提高。5.2.2 合金中兩相性能相差很大A. 硬脆第二相在塑性相晶界連續(xù)網(wǎng)狀分布l 脆性相在空間上分割塑性相，從而使塑性相的變形能力無從發(fā)揮，經(jīng)少量變形后，即沿連續(xù)的脆性相開裂，使合金的塑性和韌性急劇下降。l 脆性相越多，網(wǎng)越連

30、續(xù)，合金塑性就越差。l 過共析鋼的二次滲碳體在晶界上呈網(wǎng)狀分布時，鋼的脆性增加、強度和塑性下降?？赏ㄟ^熱加工和熱處理的相互配合來破壞和消除其網(wǎng)狀分布。. 脆性相在塑性相中呈片狀或層狀分布鋼中珠光體即為此例。位錯的移動被限制在滲碳體片之間的很短距離內(nèi)，此時位錯運動至障礙物滲碳體片之前時，形成位錯平面塞積群，當其應力集中足以誘發(fā)臨近鐵素體中位錯源開動時，相鄰的鐵素體才開始變形。因此其屈服也可用Hall-Petch公式描述：sF為鐵素體的屈服強度，d為珠光體片間距，為常數(shù)?？梢娭楣怏w片間距越薄，則強度越高，且其變形越均勻，且變形能力增加。對于細珠光體，滲碳體片甚至也能滑移彎曲變形。因此細珠光體不僅強

31、度高，塑性也好。21-+=KdFyss. 硬脆第二相在塑性相中呈顆粒狀分布位錯繞過第二相粒子彌散強化L LGbt可見，第二相粒子間距越小，強化作用越明顯。位錯切過第二相粒子沉淀強化若第二相粒子硬度不太高，尺寸較小且可變形時，運動的位錯與其相遇時將切過粒子，與基體一起變形，如右圖。由于位錯切過第二相粒子產(chǎn)生新的表面，將額外作功，消耗能量，因而可以強化材料。一般從過飽和固溶體中沉淀析出的共格粒子屬于這種情況，因此這種強化也稱沉淀強化。第六節(jié) 塑性變形對組織性能的影響6.1 塑性變形對組織和結構的影響 形成纖維組織晶粒延變形方向被拉長或壓扁; 雜質呈細帶狀或鏈狀分布。(1) 形變織構： 多晶體材料由塑性變形導致的各晶粒呈 擇優(yōu)取向的組織。(2) 線(絲)織構： 某一晶向趨于與變形方向平行。 (如拉拔時形成) 面(板)織構： 某晶面趨于平行于軋制面，某晶向