第二章 金屬塑性變形的物理基礎(chǔ).ppt

1、第二章 金屬塑性變形的物理基礎(chǔ),第一節(jié) 金屬冷態(tài)下的塑性變形 第二節(jié) 金屬熱態(tài)下的塑性變形 第三節(jié) 金屬在塑性加工過程中的塑性行為 第四節(jié) 金屬的超塑性,第一節(jié) 金屬冷態(tài)下的塑性變形,1.塑性變形機理 2.塑性變形特點 3.合金的塑性變形 4.冷塑性變形對金屬組織和性能的影響,多晶體是由許多微小的單個晶粒雜亂組合而成。 多晶體在其組織結(jié)構(gòu)上的特點： （1）多晶體的各個晶粒，其形狀和大小是不同的，化學(xué)成分和力學(xué)性能的分布不均勻； （2）多晶體各相鄰晶粒的取向一般不同； （3）在多晶體中存在大量的晶界，晶界的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與晶粒本身不同，并在晶界上聚集著其它物質(zhì)的雜質(zhì)。,1.塑性變形機理,單晶體的塑性

2、變形 滑移和孿生 多晶體的塑性變形 晶內(nèi)變形和晶界變形 多晶體的晶內(nèi)變形可以看做是一個單晶的塑性變形,（一）晶內(nèi)變形,晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣為滑移和孿生。其中滑移變形是主要的；而孿生變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。但在體心立方金屬，特別是密排六方金屬中，孿生變形也是主要的。,（一）晶內(nèi)變形,（1）滑移 滑移:晶體一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相對另一部分發(fā)生相對移動和切變。產(chǎn)生宏觀的塑性變形。 滑移面：原子排列密度最大的晶面。 滑移方向：原子排列密度最大的方向。 滑移系:一種滑移面及其上的一個滑移方向構(gòu)成 滑移總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因為原子密度最大的晶面，

3、原子間距小，原子間結(jié)合力強；而其晶面間的距離則較大，晶面與晶面之間的結(jié)合力較弱，滑移阻力較小。,1、滑移系多的比少的容易變形。 2、體心和面心立方同樣具有12個滑移系，面心比體心易變形，滑移方向的作用大于滑移面的作用。 3、滑移面對溫度具有敏感性。溫度升高，原子密度次大的晶面也參與滑移，故溫度升高，金屬塑性提高。,滑移系的存在只能夠說明金屬晶體有產(chǎn)生滑移的可能性。還需要一個臨界切應(yīng)力。,臨界切應(yīng)力：要使滑移能夠發(fā)生，需要沿滑移面的滑移方向上作用一定大小的切應(yīng)力。 臨界切應(yīng)力的大小取決于金屬的類型、純度、晶體結(jié)構(gòu)的完整度、變形溫度、應(yīng)變速率和預(yù)先變形程度等。,晶面轉(zhuǎn)動,單晶體拉伸,單晶體壓縮,滑

4、移的微觀描述,單滑移（平移滑移）：是沿著一定的結(jié)晶面和結(jié)晶方間進行。它僅可能在最初始的塑性變形階段發(fā)生。 雙滑移：指從某一變形程度開始，同時有兩個滑移系統(tǒng)進行工作。但這并不意味著它們的作用是同步的。 多滑移：與雙滑移相似，晶體在滑移過程中，如果滑移同時在各個滑移系統(tǒng)上進行時，則稱此滑移為多滑移。 交滑移：若滑移是沿兩個不同的滑移面和共有的滑移方向上進行時，則稱為交滑移。,（一）晶內(nèi)變形,面心立方晶體孿生變形示意,a) 孿生面和孿生方向 b) 孿生變形時原子的移動,孿生面,孿生面,孿生方向,孿生方向,孿生區(qū)域,2.孿生,孿生：晶體在切應(yīng)力的作用下，其一部分沿某一定晶面和晶向，按一定的關(guān)系發(fā)生相對

5、的位向移動，其結(jié)果使晶體的一部分與原晶體的位向處于相互對稱的位置。 這種在變形過程中產(chǎn)生的孿生變形部分稱為“形變孿晶”,在孿生變形時，所有平行于孿生面的原子平面都朝著一個方向移動。每一晶面移動距離的大小與它距孿生面的距離成正比。每一晶面與相鄰晶面的相對移動恒等于點陣常數(shù)的若干分之一。,晶體以何種方式變形，取決于那張變形需要的切應(yīng)力低。 常溫下滑移切應(yīng)力低于孿生，很低溫度下，孿生低于滑移。 變形速度的增加可促使晶體的孿生化，如高速沖擊。 高應(yīng)力集中處會誘發(fā)孿生變形。 密排六方滑移系少，主要以孿生為主。 滑移和孿生可交替進行。,鎂中的變形孿晶和滑移帶,孿生與滑移的區(qū)別,由孿生的變形過程可知，孿生所

6、發(fā)生的切變均勻地波及整個孿生變形區(qū)，而滑移變形只集中在滑移面上，切變是不均勻的； 孿生切變時原子移動的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍（而是幾分之一原子間距），而滑移時原子移動的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍； 孿生變形后，孿晶面兩邊晶體位向不同，成鏡像對稱；而滑移時，滑移面兩邊晶體位向不變； 由于孿生改變了晶體的取向，因此孿晶經(jīng)拋光浸蝕后仍可觀察到，而滑移所造成的臺階經(jīng)拋光浸蝕后不會重現(xiàn)。,（二）晶間變形,晶粒相互滑動和轉(zhuǎn)動,在冷態(tài)變形條件下，多晶體的塑性變形主要集中在晶內(nèi)。晶間變形只起次要作用。而且需要其他變形機制的協(xié)調(diào)。這主要是由于晶界強度高于晶內(nèi)，其變形比晶內(nèi)困難。而且多晶體各晶粒間犬

7、牙交錯，造成晶界滑移困難，如晶界發(fā)生變形，必將引起裂紋，故晶界變形量是很小的。,2.塑性變形特點,1.各晶粒變形的不同時性 2.各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性 3.晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界附近區(qū)域之間變形的不均勻性。,1.變形的不同時性,切應(yīng)力達到要求的有利滑移系晶粒先變形，取向不利的尚未開始變形。 位錯開動在晶內(nèi)滑移，在晶界處塞積，造成應(yīng)力場，作用于相鄰晶粒。如果此附加應(yīng)力足夠的，造成相鄰晶粒取向不利的滑移系開動，則發(fā)生滑移，塑性變形。 位錯塞積處應(yīng)力釋放，A中位錯繼續(xù)移動，發(fā)生形狀改變。,2.各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性,多晶體中晶粒處于其他晶粒的包圍中，它們的變形不是孤立和任意的，需要其他晶粒的

8、相互協(xié)調(diào)配合，否則無法保持晶粒之間的連續(xù)性。 在晶粒內(nèi)部，除了取向有利的滑移外，還要求其他不利的滑移系也參與滑移，才能保證晶粒形狀的改變，而與周圍晶粒的協(xié)調(diào)性。,3.變形的不均勻性,宏觀變形的不均勻是外部條件造成的 微觀變形不均勻是由多晶體的結(jié)構(gòu)決定的。 軟取向先滑移，硬取向后滑移。 晶界和晶內(nèi)性能不同。,粗晶粒鋼沖壓會出現(xiàn)“桔皮”,3.合金的塑性變形,合金相結(jié)構(gòu)兩類：固溶體和化合物 常見的合金組織種類： （一）單相固溶體合金 （二）兩相或多相合金,3.合金的塑性變形,(一) 單相固溶體的塑性變形 1 固溶體的結(jié)構(gòu) 與純金屬組織無差異；變形機理與多晶純金屬相同，即滑移和孿生，變形也會受相鄰晶粒

9、影響。不同就是有異類原子存在，固溶或置換。 2 固溶強化 （1）固溶強化：固溶體材料隨溶質(zhì)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：柯氏氣團強化，導(dǎo)致晶格畸變減小，位錯應(yīng)變能降低，阻礙位錯運動。,(一) 單相固溶體的塑性變形 2 固溶強化 （3）屈服和應(yīng)變時效 現(xiàn)象：上下屈服點、屈服延伸（呂德斯帶擴展）。 預(yù)變形和時效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時間或200加熱后再加載出現(xiàn)屈服。這種現(xiàn)象叫做應(yīng)變時效。 原因：柯氏氣團的存在、破壞和重新形成。,(一) 單相固溶體的塑性變形 2 固溶強化 （4）屈服效應(yīng) 當金屬的變形量恰好處于屈服延伸的范圍時，金屬表

10、面會出現(xiàn)粗糙不平、變形不均勻的痕跡，稱為呂德斯帶。 防止措施： a.薄板在拉延前進行微量冷軋（12%壓下量），使被溶質(zhì)碳原子釘扎的位錯脫釘，然后沖壓加工。 b.鋼中加入少量鈦、鋁等強碳化物形成元素，減少碳、氮對位錯的釘扎，消除屈服效應(yīng)。,（二） 多相合金的塑性變形 1.結(jié)構(gòu)：基體（70%）第二相。 2.分類： a.聚合型兩相合金，即第二相粒子尺寸與基體相晶粒屬于同一數(shù)量級。（-兩相黃銅、碳鋼中鐵素體和粗大滲碳體） b.彌散分布型兩相合金，第二相粒子十分細小，彌散分布在基體晶粒內(nèi)。（鋼中細小碳化物彌散分布） 3.性能 （1）兩相性能接近：按強度分數(shù)相加計算。 （2）軟基體硬第二相 第二相網(wǎng)狀分布

11、于晶界（二次滲碳體）； a結(jié)構(gòu) 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）。,兩相合金中，如一相為塑性相，而另一相為脆性相，則合金的力學(xué)性能主要取決于脆性相的存在情況。,（二） 多相合金的塑性變形 3 性能 （2）軟基體硬第二相 不可變形粒子，位錯繞過第二相粒子(粒子、位錯環(huán)阻礙位錯運動) b 彌散強化 可變形粒子位錯切過第二相粒子（表面能、錯排能、粒子阻 礙位錯運動）,沉淀強化：通過過飽和固溶體的時效處理而沉淀析出并產(chǎn)生強化的稱為沉淀強化或時效強化。多屬可變形粒子。 彌散強化：第二相微粒是借粉末冶金方法加入而起強化作用的。屬于不可變形粒子。,4. 塑性變形對材料組織和性能

12、的影響,（一） 對組織結(jié)構(gòu)的影響 晶粒拉長; （1） 形成纖維組織 雜質(zhì)呈細帶狀或鏈狀分布。,（一） 對組織結(jié)構(gòu)的影響 （2） 形成形變織構(gòu) a.形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu) 取向的組織。 絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成） b.類型 板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平 行于主變形方向。（軋制時形成）,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,（一） 對組織結(jié)構(gòu)的影響 （2） 形成形變織構(gòu) 力學(xué)性能：利:深沖板材變形控制;弊：制耳。 c.對性能的影響 (各向異性) 物理性能:硅鋼片100100織構(gòu)可減少鐵損。,（一） 對組織結(jié)構(gòu)的影響 （3） 形成位

13、錯胞 變形量 位錯纏結(jié) 位錯胞 （大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯密度低。),（二） 對性能的影響 （1） 對力學(xué)性能的影響（加工硬化） a.加工硬化（形變強化、冷作強化）：隨變形量的增加，材料的強度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。,4. 塑性變形對材料組織和性能的影響,（二） 對性能的影響 （1） 對力學(xué)性能的影響（加工硬化） 強化金屬的重要途徑； 利 提高材料使用安全性； b.利弊 材料加工成型的保證。 弊 變形阻力提高，動力消耗增大； 脆斷危險性提高。,（二） 對性能的影響 （2） 對物理、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； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴散加快； 化學(xué)活性提高，腐蝕加快

14、。,熱塑性變形的概念 實際熱加工溫度遠高于再結(jié)晶溫度 在熱塑性變形過程中，回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化同時發(fā)生，加工硬化不斷被回復(fù)或再結(jié)晶所抵消，而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。 軟化分類：相變軟化和熱軟化。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形1.熱塑性變形時軟化過程,（1）動態(tài)回復(fù) 動態(tài)回復(fù)是在熱變形過程中發(fā)生的回復(fù)，金屬即使在遠高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下塑性變形時一般也只發(fā)生動態(tài)回復(fù)。 （2）動態(tài)再結(jié)晶 動態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶，與靜態(tài)再結(jié)晶一樣，也是通過形核和生長來完成的。它容易發(fā)生在層錯能較低且有較大熱變形程度的金屬上。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形1.熱

15、塑性變形時軟化過程（3）靜態(tài)回復(fù) 在較低的溫度下、或在較早階段發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程稱為靜態(tài)回復(fù)。它是變形后的金屬自發(fā)地向自由能降低的方向轉(zhuǎn)變的過程。（4）靜態(tài)再結(jié)晶 在再結(jié)晶溫度以上，金屬原子有更大的活動能力，會在原變形金屬中重新形成新的無畸變等軸晶，并最終取代冷變形組織，此過程稱為金屬的靜態(tài)再結(jié)晶。,圖4-9 冷變形金屬加熱時組織和性能的變化,冷變形金屬加熱時組織和性能的變化如圖,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形1.熱塑性變形時軟化過程,（5）亞動態(tài)再結(jié)晶 熱變形中已經(jīng)形成但未長大的再結(jié)晶晶核以及長大途中遺留下的再結(jié)晶晶粒，但變形停止后溫度足夠高時，會繼續(xù)長大，此過程稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。它不需形核，所以進

16、行得很快。,圖4-10 動、靜回復(fù)和再結(jié)晶示意,熱軋和熱擠時，動、靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶的示意圖。,4.2.2熱塑性變形機理,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形2.熱塑性變形的機理 變形機理主要有：晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移和擴散蠕變。 一般來說，晶內(nèi)滑移是最主要和常見的；孿生多在高溫變形時發(fā)生，但對劉芳晶系金屬，這種機理起重要作用。晶界滑移和擴散蠕變只在高溫變形時才發(fā)揮作用。 （1）晶內(nèi)滑移 熱變形的主要機理仍然是晶內(nèi)滑移。高溫時原子間距加大，熱振動和擴散速度增加，位錯滑移、攀移、交滑移及節(jié)點脫錨比低溫容易；滑移系增多，滑移靈便性提高，各晶粒之間變形更加協(xié)調(diào)；晶界對位錯運動阻礙作用減弱。,第二節(jié)金屬熱態(tài)

17、下的塑性變形2.熱塑性變形的機理 （2）晶界滑移 熱塑性變形時，由于晶界強度降低，使得晶界滑動易于進行；又由于擴散作用的增強，即使消除了晶界滑動引起的破壞。因此，與冷變形相比晶界滑動的變形量要大的多。此外，降低應(yīng)變速率和減小晶粒尺寸，有利于增大晶界滑動量。三向應(yīng)力的作用也利于“塑性焊合”，修復(fù)晶界滑動引起的裂縫。在常規(guī)的熱塑性變形中，其占的比例很小。,擴散蠕變示意 a）空位和原子的移動方向 b）晶內(nèi)擴散 c）晶界擴散,2.熱塑性變形的機理 （3）擴散性蠕變 擴散性蠕變是在應(yīng)力場作用下，由空位的定向移動所引起的。受拉應(yīng)力的晶界(特別是與拉應(yīng)力相垂直的晶界)的空位濃度高于其他部位的晶界。由于各部位

18、空位的化學(xué)勢能差，引起空位的定向移動，即空位從垂直于拉應(yīng)力的晶界放出，而被平行于拉應(yīng)力的晶界所吸收。 a圖中虛箭頭方向表示空位移動的方向，實箭頭方向表示原子的移動方向。空位移動的實質(zhì)就是原子的定向轉(zhuǎn)移，從而發(fā)生了物質(zhì)的遷移，引起晶粒形狀的改變，產(chǎn)生了塑性變形。 按擴散途徑的不同，可分為晶內(nèi)擴散相晶界擴散。晶內(nèi)擴散引起晶粒在拉應(yīng)力方向上的伸長變形(見圖b)，或在受壓方向上的縮短變形；而晶界擴散引起晶粒的“轉(zhuǎn)動”，如圖c所示。擴散性蠕變既直接為塑性變形作貢獻，也對晶界滑移起調(diào)節(jié)作用。,溫度越高，擴散越強。晶粒越細，擴散距離越短；應(yīng)變速率低，擴散具有足夠的時間。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形,熱塑性變

19、形的主要機理仍然是晶內(nèi)滑移；由于晶界滑動和擴散蠕變作用的增加，再加之變形時會產(chǎn)生動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。因此，熱態(tài)下金屬塑性變形能力比冷態(tài)下高，變形抗力較低。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形3.雙相合金熱塑性變形的特點,1)對于彌散型雙相合金，由于位錯在第二相粒子附近塞積，使位錯密度增加、分布不均，因而有利于再結(jié)晶形核。但如果彌散的第二相粒子直徑和間距都很小，則位錯的分布會較為均勻，在熱變形過程中不易重新排列和形成大角度晶界，因而反而不利于再結(jié)晶形核。 第二相粒子一般在熱塑性變形過程中會聚合和軟化，使第二相粒子的直徑和間距加大，因而有利于再結(jié)晶形核。 彌散的第二相粒子對晶界具有釘扎作用，降低了晶界的可動

20、性，因而既限制了高溫過程的晶粒長大，也限制了動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶以及聚合再結(jié)晶的晶粒長大。,2)對于聚合型的雙相合金，由于各相的性能和體積百分數(shù)的不同，同樣會對熱變形時的再結(jié)晶行為產(chǎn)生影響。對于變形小的那一相，再結(jié)晶的晶核只能在相界旁形成，而對于變形大的那一相，既可在相界旁也可在內(nèi)部生成。由于形核機率不同，再結(jié)晶的情況及晶粒大小必然不同，這就造成熱變形時的不均勻流動和較大的內(nèi)應(yīng)力，降低了合金的塑性變形能力。兩相變形量的差異越大，這種后果就會越明顯。 3)兩相合金熱變形時，在較大的變形程度條件下，可將粗大的第二相打碎、并改變其分布狀況，使第二相(包括夾雜物)呈帶狀、線狀或鏈狀分布。 4)雙相合

21、金熱變形時，由于具備有利的原子擴散條件，會使第二相的形態(tài)發(fā)生改變。特別是在較高的變形溫度和較低的應(yīng)變速率下，第二相粒子可能發(fā)生粗化。在亞共析鋼和共析鋼中，還可看到第二相的球化。 5)當?shù)诙酁榈腿埸c純金屬相或低熔點共晶體分布于晶界時，則熱變形時會局部熔化，造成金屬的熱脆性，在熱鍛、熱軋時容易沿晶界開裂。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形3.雙相合金熱塑性變形的特點,1）對組織的影響（1）改善晶粒組織，細化晶粒 對于鑄態(tài)金屬，粗大的樹枝狀晶經(jīng)塑性變形及再結(jié)晶而變成等軸（細）晶粒組織；對于經(jīng)軋制、鍛造或擠壓的鋼坯或型材，在以后的熱加工中通過塑性變形與再結(jié)晶，其晶粒組織一般也可得到改善。晶粒越細小均勻，金

22、屬的強度和塑、韌性指標均越高。盡管晶粒度還可以通過鍛后的熱處理來改善，但如果鍛件的晶粒過于粗大，則這種改善也不可能很徹底。至于那些無固態(tài)相變、不能通過熱處理來改善其晶粒度的金屬(如奧氏體不銹鋼、鐵索體不銹鋼和一些耐熱合金等)，控制其塑性變形再結(jié)晶晶粒度就更具有十分重要的意義。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形4.熱塑性變形對金屬組織和性能的影響,1）對組織的影響（2）鍛合內(nèi)部缺陷 鑄態(tài)金屬中疏松、空隙和微裂紋等缺陷被壓實，提高金屬致密度。鍛合經(jīng)歷兩個階段：缺陷區(qū)發(fā)生塑性變形，使空隙兩壁閉合；在壓應(yīng)力作用下，加上高溫，使金屬焊合成一體。沒有足夠大的變形，不能實現(xiàn)空隙閉合，很難達到宏觀缺陷焊合。足夠大三

23、向壓應(yīng)力，能實現(xiàn)微觀缺陷鍛合。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形4.熱塑性變形對金屬組織和性能的影響,1）對組織的影響（3）形成纖維組織 在熱變形過程中，隨變形程度增加，鋼錠內(nèi)粗大樹枝晶沿主變形方向伸長，與此同時，晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致，形成流線。由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長的晶粒變成細小的等軸晶，而流線卻很穩(wěn)定地保留下來直至室溫。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形4.熱塑性變形對金屬組織和性能的影響,鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意,1）對組織的影響（4）破碎改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布 高速鋼、高鉻鋼、高碳工具鋼等，其內(nèi)部含有大量的碳化物。通過鍛造或軋制，可使這些碳化

24、物被打碎、并均勻分布，從而改善了它們對金屬基體的削弱作用。（5）在一定程度上改善鑄造組織的偏析是由于熱變形破碎枝晶和加速擴散所致。其小枝晶偏析(或顯微偏析)改善較大，區(qū)域性偏析改善不明顯。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形4.熱塑性變形對金屬組織和性能的影響,2）對性能的影響 細化晶粒、鍛合內(nèi)部缺陷、破碎并改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布可提高材料的強度、硬度、塑性和韌性。 纖維組織形成，使金屬力學(xué)性能呈各向異性，沿流線方向比垂直流線方向具有較高的力學(xué)性能，其中尤以塑性、韌性指標最為顯著。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形4.熱塑性變形對金屬組織和性能的影響,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形5.熱變形加工的優(yōu)缺

25、點,熱加工變形的優(yōu)點： 1) 金屬熱變形時，變形抗力低，能耗少。高溫時原子運動及熱振動增強，擴散和溶解加速，臨界切應(yīng)力降低；滑移系統(tǒng)增多，變形更為協(xié)調(diào)；加工硬化因完全再結(jié)晶而被消除。 2) 金屬熱變形時，塑性升高，產(chǎn)生斷裂的傾向減小。由于完全再結(jié)晶使加工硬化消除，在斷裂與愈合的過程中使愈合加速。 3) 與冷加工相比較，熱加工變形一般不易產(chǎn)生織構(gòu)。在高溫下發(fā)生滑移的系統(tǒng)較多，滑移面和滑移方向不斷發(fā)生變化。 4) 在生產(chǎn)過程中，不需要像冷加工那樣的中間退火，從而可使生產(chǎn)工序簡化，生產(chǎn)效率提高。 5) 熱加工變形可引起組織性能的變化，以滿足對產(chǎn)品某些組織與性能的要求。,熱加工變形的不足： 1) 對薄

26、或細的軋件，由于散熱較快，在生產(chǎn)中保持熱加工的溫度條件比較困難。因此，生產(chǎn)薄的或細的金屬材料一般仍采用冷加工方法。 2) 熱加工后軋件的表面不如冷加工生產(chǎn)的尺寸精確和光潔。因為熱軋件表面生成氧化皮和冷卻時有收縮。 3) 熱加工后產(chǎn)品的組織及性能不如冷加工時均勻。因為熱加工結(jié)束時，各處的溫度難以均勻一致，溫度偏高處的晶粒尺寸要大一些。 4) 從提高材料的強度來看，熱加工不及冷加工，因為熱加工時由于溫度的作用使金屬軟化。 5) 有些金屬不宜進行熱加工。例如，在一般的鋼中含有較多的FeS，或在銅中含有鉍時，在熱加工中由于晶界上由這些雜質(zhì)所組成的低熔點共晶體發(fā)生熔化，使晶間的結(jié)合遭到破壞，而引起金屬斷

27、裂。,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形5.熱變形加工的優(yōu)缺點,第二節(jié)金屬熱態(tài)下的塑性變形6.熱變形溫度的確定,根據(jù)合金相圖及塑性圖，可選擇熱變形溫度范圍： 1) 溫度的上限，大致絕對熔化溫度()的0.95倍。這樣可保證不會熔化，也可避免產(chǎn)生過度氧化。若該合金中含有低熔點物質(zhì)，則應(yīng)比其熔點溫度稍低。 2) 溫度的下限，要求保證在變形的過程中再結(jié)晶能充分迅速地進行，并且整個變形過程是在單相系統(tǒng)內(nèi)完成。若產(chǎn)生了相變，則因變形材料性能的不一致而顯著降低塑性。超塑性則相反。 另外，再結(jié)晶開始溫度與其所承受的變形程度有關(guān)。變形程度越大，開始再結(jié)晶的溫度越低。一般取0.7左右，并應(yīng)比相變線稍高。 3) 根據(jù)相圖確

28、定了變形溫度范圍后，尚需用抗力圖來校正，應(yīng)設(shè)法保證整個熱變形過程是在金屬變形抗力最小的區(qū)間內(nèi)完成。 為了獲取晶粒較細小的產(chǎn)品，對于多道次變形的熱變形作業(yè)，在最后道次時，一般應(yīng)將變形溫度降低到可以及時充分進行再結(jié)晶，完工后的冷卻又不致再發(fā)生晶粒長大的溫度，即熱變形的完工溫度(或終了溫度)應(yīng)選取稍高于開始再結(jié)晶的溫度(約0.5以上)。同時，也應(yīng)采用較大的終了變形程度以求再結(jié)晶后晶粒的尺寸最小。,第三節(jié) 影響金屬塑性的因素,3.1 影響金屬塑性的內(nèi)部因素 3.2 影響金屬塑性的外部因素 3.3 提高金屬塑性的途徑,化學(xué)成份 組織結(jié)構(gòu) 變形速度 變形程度 應(yīng)力狀態(tài) 變形溫度 接觸摩擦,1 化學(xué)成份對變

29、形抗力的影響 化學(xué)成份對變形抗力的影響非常復(fù)雜。一般情況下，對于各種純金屬，因原子間相互作用不同，變形抗力也不同。同一種金屬，純度愈高，變形抗力愈小。 合金元素對變形抗力的影響，主要取決于合金元素的原子與基體原子間相互作用特性、原子體積的大小以及合金原子在基體中的分布情況。合金元素引起基體點陣畸變程度愈大，變形抗力也越大。,第三節(jié) 影響金屬塑性的因素3.1 影響金屬塑性的內(nèi)部因素,圖(a)是形成無限固溶的二元合金之硬度隨成分而變化的圖示，它表明固溶體的硬度比純金屬的高。變形抗力的最大值對應(yīng)于固溶體的最大飽和度，從而對應(yīng)于點陣的最大畸變。 圖(b)指出了形成共晶體二元合金的硬度隨成分變化的情況。

30、共晶體混合物可由純金屬構(gòu)成，也可由其他化合物或固溶體構(gòu)成。 圖(c)是形成化合物的二元合金的硬度隨成分變化的圖示。,碳 在較低的溫度下隨著鋼中含碳量的增加，鋼的塑性變形抗力升高。溫度升高時其影響減弱。圖中示出，在不同變形溫度和變形速度條件下，壓下率為30時含碳量對變形抗力的影響?？梢?，低溫時的影響比高溫時大得多。 熱加工中，碳雖能完全溶解在A 中，但C含量高，鋼的熔化溫度降低，鍛造溫度范圍變窄，奧氏體晶粒長大傾向越大，再結(jié)晶速度越慢，對熱加工不利。,硅 鋼中含硅對塑性變形抗力有明顯的影響。用硅使鋼合金化時，可使鋼的變形抗力有較大的提高。例如含硅量為1.52.0的結(jié)構(gòu)鋼(55Si2、60Si2)

31、在一般的熱加工條件下，其變形抗力比中碳鋼約高出2025。含硅量高達56以上時，熱加工較為困難。,鉻 對含鉻量為0.71.0的鉻鋼來講，影響其變形抗力的不是鉻，而是鋼中的含碳量。這些鋼的變形抗力僅比其相應(yīng)含碳量的碳鋼高510。 高碳鉻鋼GCr6GCrl5(含鉻量0.451.65)的變形抗力雖稍高于碳鋼，但影響變形抗力的主要因素也是碳。 鎳 鎳在鋼中可使變形抗力稍有提高。但是，對25NiA，30NiA和13Ni2A等來講，其變形抗力與碳鋼相差不大。含鎳量較高的鋼(Ni25Ni28)，這種差別是很大的。 在許多情況下，在鋼中同時加入幾種合金元素，例如在鋼中加入鉻和鎳。這時，鋼中的碳、鉻和鎳對變形抗力

32、都要產(chǎn)生影響。12CrNi3A鋼的變形抗力比45號碳鋼高出20。Cr18Ni9Ti鋼的變形抗力比碳鋼提高50。,雜質(zhì)元素 磷冷脆 硫熱脆 氮蘭脆 氫氫脆、白點,2 組織結(jié)構(gòu)對變形抗力的影響 晶粒大小 結(jié)構(gòu)變化 單相組織和多相組織,第三節(jié) 影響金屬塑性的因素3.1 影響金屬塑性的內(nèi)部因素,晶粒大小 金屬的變形抗力與其組織有密切關(guān)系，其中晶粒大小是一個重要因素。 試驗結(jié)果表明，晶粒越細小變形抗力越大。 位錯理論 也有人認為，當晶粒變小時，晶粒的表面積相對增大，從而使表面力（表面張力和周圍晶粒影響所產(chǎn)生的力)增大，結(jié)果使變形抗力升高。,在變形金屬中夾雜物的存在也會影響到變形抗力。在一般情況下，夾雜物

33、會使物體的變形抗力升高。 雜質(zhì)含量對變形抗力有影響，含量增大，抗力顯著增大。 雜質(zhì)原子與基體組元組成固溶體時，會引起基體組元點陣畸變，從而提高變形抗力。雜質(zhì)元素在周期表中離基體愈遠，則雜質(zhì)的硬化作用愈強烈，因而變形抗力提高愈顯著。 若雜質(zhì)以單獨夾雜物的形式彌散分布在晶粒內(nèi)或晶粒之間，則對變形抗力的影響較小。若雜質(zhì)元素形成脆性的網(wǎng)狀夾雜物，則使變形抗力下降。,結(jié)構(gòu)變化 金屬與合金的性質(zhì)取決于結(jié)構(gòu)，即取決于原子間的結(jié)合方式和原子在空間排布情況。當原子的排列方式發(fā)生變化時，即發(fā)生了相變，則抗力也會發(fā)生一定的變化。 組織狀態(tài)不同，抗力值也有差異，如退火態(tài)與加工態(tài)，抗力明顯不同。,單相組織與多相組織 當

34、合金是單相組織時，變形抗力的提高是晶格畸變的結(jié)果。當合金為多相組織時，第二相的性質(zhì)、大小、形狀、數(shù)量與分布狀況對變形抗力都有影響。一般而言，硬而脆的第二相在基體相晶粒內(nèi)呈顆粒狀彌散分布，合金的抗力就高。第二相越細，分布越均勻，數(shù)量越多，則變形抗力越高。,化學(xué)成份,應(yīng)力狀態(tài),組織結(jié)構(gòu),接觸摩擦,變形溫度,變形速度,變形程度,第三節(jié) 影響金屬塑性的因素3.2 影響金屬塑性的外部因素,應(yīng)力狀態(tài),應(yīng)力狀態(tài)對塑性的影響，從卡爾曼經(jīng)典的大理石和紅砂石試驗可清楚看出。其用白色卡拉大理石和紅砂石作成圓柱形試樣，將其置于專用的儀器內(nèi)鐓粗，在儀器中可以產(chǎn)生軸向壓力和附加的側(cè)向壓力。當只用一個軸向壓力實驗時，大理石

35、與砂石表現(xiàn)為脆性。如果除軸向壓力外再附加上側(cè)向壓力，那么大理石和紅石可產(chǎn)生塑性變形，并且隨著側(cè)向壓力的增加，變形能力也加大。卡爾曼利用側(cè)面壓力使大理石得到89%的壓縮變形。其后，M. B. 拉斯切加耶夫也對大理石進行了變形試驗，在側(cè)壓力下拉伸時，得到25%的延伸率，在進行鐓粗試驗時，產(chǎn)生78%的壓縮率時仍末破壞。 從上述情況中可以看出，金屬在塑性變形中所承受的應(yīng)力狀態(tài)對其塑性的發(fā)揮有顯著的影響，靜水壓力值越大，金屬的塑性發(fā)揮得越好。,按應(yīng)力狀態(tài)圖的不同，可將其對金屬塑性的影響順序做這樣的排列：三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖最好，兩向壓向拉次之，兩向拉向壓更次，三向拉應(yīng)力狀態(tài)圖為最差。在塑性加工的實際中，即使

36、其應(yīng)力狀態(tài)圖相同，但對金屬塑性的發(fā)揮也可能不同。例如，金屬的擠壓，圓柱體在兩平板間壓縮和板材的軋制等，其基本的應(yīng)力狀態(tài)圖皆為三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖，但對塑性的影響程度卻不完全一樣。這就要根據(jù)其靜水壓力的大小來判斷。靜水壓力越大，變形金屬所呈現(xiàn)的塑性越大。,變形溫度,對大多數(shù)金屬隨著溫度升高，塑性增加，但并非簡單的線性上升。在加熱中往往由于相態(tài)或晶粒邊界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬塑性下降。,區(qū)低溫脆性區(qū) 藍脆區(qū) 熱脆區(qū) 高溫脆性區(qū),溫度升高塑性增加的原因： （1）發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶 （2）原子動能增加，位錯活動增加，滑移系增多，晶粒協(xié)調(diào)性增加。 （3）金屬組織、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 （4）擴散蠕變機制起作用

37、 （5）晶間滑移作用增強,變形速度,（一）熱效應(yīng)與溫度效應(yīng) 熱效應(yīng)：塑性變形時金屬所吸收的能量，絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能的現(xiàn)象。 溫度效應(yīng)：塑性變形熱能，除一部分散失到周圍介質(zhì)中，其余的使變形體溫度升高的現(xiàn)象。 溫度效應(yīng)的影響因素： （1）變形溫度 溫度越高，變形抗力越小，變形功也越小，其轉(zhuǎn)化為熱量也越小，其高溫下容易散失。故熱變形溫度效應(yīng)小，冷變形溫度效應(yīng)大。 （2）變形速率 變形速率大，變形抗力所做的變形功也大，轉(zhuǎn)換為熱能的量也大，而且時間短，不容易散失。 （3）變形程度 變形程度大，單位體積變形功也大，溫度效應(yīng)越明顯。 此外，溫度效應(yīng)還與周圍介質(zhì)的溫差及接觸表面的導(dǎo)熱情況有關(guān)。,變形速度,應(yīng)變

38、速率對塑性的影響機理 1）增加應(yīng)變速率會使金屬的真實應(yīng)力增加。所有的變形機理都是需要時間來完成的，時間不足，則相對于這些變形均不起作用。 2）增加應(yīng)變速率，由于沒有足夠時間進行回復(fù)再結(jié)晶，軟化過程不充分，金屬塑性降低。 3）增加應(yīng)變速率，溫度效應(yīng)明顯增加。但不能使金屬進入脆性區(qū)。 1）和2）的矛盾要結(jié)合起來分析，是兩方面綜合作用的結(jié)果?？偟膩碚f，熱變形時應(yīng)變速率對金屬塑性的影響較冷變形大。另外還要考慮變形溫度的影響。,變形速度應(yīng)變速率對金屬塑性影響的一些基本結(jié)論,1） 2）對于具有脆性轉(zhuǎn)變的金屬，應(yīng)變速率增加，溫度效應(yīng)會使金屬進入脆性區(qū)，塑性降低。反之，由脆性區(qū)進入塑性區(qū)，塑性增加。 3）從工

39、藝角度出發(fā)，提高應(yīng)變速率有以下幾個有利作用：降低摩擦系數(shù)、降低成形時熱量損失、出現(xiàn)慣性流動效應(yīng)、 4）在非常高的應(yīng)變速率下，金屬的流變行為發(fā)生變化，如爆炸成形、電液成形、電磁成形等。,變形程度,變形程度對變形抗力的影響，除其本身大小的影響外，還與變形物體的材質(zhì)，當時的變形溫度條件和變形速度條件有關(guān)。,當變形金屬處于完全硬化狀態(tài)時，隨著變形程度的增加，變形抗力增大(曲線1)。但在高溫條件下，對某些鐵素體類合金，因在變形過程中只產(chǎn)生動態(tài)回復(fù)，所以當變形達到一定程度后，其應(yīng)力保持不變(曲線2)，而對奧氏體類合金，當變形達到一定程度后，因有動態(tài)再結(jié)晶的出現(xiàn)，使應(yīng)力下降，直到達到平衡階段(曲線3)。由此

40、可見，變形程度對變形抗力的影響應(yīng)隨變形物體的材質(zhì)和變形條件的不同而異。,接觸摩擦,塑性加工中摩擦的主要特點： 在高壓下產(chǎn)生的摩擦。 較高溫度下的摩擦。 不斷增加新的接觸表面， 摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大,接觸摩擦是金屬塑性加工時的重要變形條件。 接觸摩擦不僅決定著金屬變形時應(yīng)力與變形的分布，而且還影響著金屬的塑性、變形抗力以及金屬的內(nèi)部組織與性能。 摩擦一般會改變變形過程的應(yīng)力狀態(tài)，因而對變形抗力產(chǎn)生影響。,影響摩擦的主要因素 金屬的種類和化學(xué)成分 工具材料及其表面狀態(tài) 接觸面上的單位壓力 變形溫度 變形速度 潤滑狀態(tài) ,提高材料成分和組織均勻性 合理選擇變形溫度和變形速率 選擇三向壓縮

41、性較強的變形方式 減小變形的不均勻性,第三節(jié) 影響金屬塑性的因素3.3 提高金屬塑性的基本途徑,第四節(jié) 金屬的超塑性,納米銅的室溫超塑性,在不同溫度下ZnAl22的拉伸變形(250時延伸率 ),Bi-44Sn擠壓材料在慢速拉伸下出現(xiàn)異常大的延伸率（ ）,高溫合金INCONEL718的超塑性成形航天器件,雙相不銹鋼超塑性成形的航天器件,超塑成形的波形膨脹節(jié)用TC4鈦合金波紋管,超塑性的概念 超塑性的力學(xué)特征 超塑性的組織特征 超塑性的機理 超塑性的應(yīng)用,超塑性的概念,超塑性是指材料在一定的內(nèi)部（化學(xué)成分、組織）條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部（環(huán)境）條件下（如溫度、應(yīng)變速率等），呈現(xiàn)出異常

42、低的流變抗力、異常高的流變性能（例如大的延伸率）的現(xiàn)象。 一般說來，如果材料的延伸率超過100，就可稱為超塑性。凡具有能超過100延伸率的材料，則稱之為超塑性材料?，F(xiàn)代已知的超塑性材料之延伸率最大可超過1000，有的甚至可達2000,超塑性的概念,可以理解為金屬和合金具有超常的均勻變形的能力。 但從物理本質(zhì)上確切的定義，至今沒有。 故對超塑性的定義有很多種： （1）延伸率定義 （2）應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m0.3 （3）抵抗頸縮的能力。,超塑性的特點,與一般情形相比，超塑性效應(yīng)有以下的特點： （1）大延伸率 （2）無頸縮 （3）低流動應(yīng)力 （4）易成形 正是由于以上特點，且變形中無加工硬化現(xiàn)象，因

43、此具有極好的流動性和充填性，能加工出復(fù)雜精確的零件。,超塑性的分類,組織超塑性或恒溫超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點也稱之為微細晶粒超塑性。 特點是材料具有微細的等軸晶粒組織。 溫度：Ts0.5Tm（Ts和Tm分別為超塑變形和材料熔點溫度的絕對溫度） 變形速度：10-510-1/s。 微細晶粒尺寸其范圍在0.55m之間。一般來說，晶粒越細越有利于塑性的發(fā)展，但對有些材料來說（例如Ti合金）晶粒尺寸達幾十微米時仍有很好的超塑性能。 由于超塑性變形是在一定的溫度區(qū)間進行的，因此即使初始組織具有微細晶粒尺寸，如果熱穩(wěn)定性差，在變形過程中晶粒迅速長大的話，仍不能獲得良好的超塑性。 缺點：晶粒超細化、等軸

44、化、穩(wěn)定化受到限制，不是所有合金都能達到要求。,超塑性的分類,相變超塑性或動態(tài)超塑性 這類超塑性，并不要求材料有超細晶粒，而是在一定的溫度和負荷條件下，經(jīng)過多次的循環(huán)相變或同素異形轉(zhuǎn)變獲得大延伸。 主要控制因素：溫度幅度（t=t上-t下）和溫度循環(huán)率。 如碳素鋼和低合金鋼，加以一定的負荷，同時于A1、3溫度上下施以反復(fù)的一定范圍的加熱和冷卻，每一次循環(huán)發(fā)生（ag）的兩次轉(zhuǎn)變，可以得到兩次均勻延伸。D.Oelschlgel等用AISI1018、1045、1095、52100等鋼種試驗表明，延伸率可達到500%以上。 變形的特點：初期時每一次循環(huán)的變形量比較小，而在一定次數(shù)之后，例如幾十次之后，每

45、一次循環(huán)可以得到逐步加大的變形，到斷裂時，可以累積為大延伸。 由于相變超塑性是在一個變動頻繁的溫度范圍內(nèi)，依靠結(jié)構(gòu)的反復(fù)變化引起的，材料的組織不斷地從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，故又稱為動態(tài)超塑性。,相變超塑性或動態(tài)超塑性 有相變的金屬材料，不但在擴散相變過程中具有很大的塑性，淬火過程中奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變、回火過程中殘余奧氏體向馬氏體單向轉(zhuǎn)變過程，也可以獲得異常高的塑性。 如果在馬氏體開始轉(zhuǎn)變點（Ms）以上的一定溫度區(qū)間加工變形，可以促使奧氏體向馬氏體逐漸轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變過程中也可以獲得異常高的延伸，塑性大小與轉(zhuǎn)變量的多少，變形溫度及變形速度有關(guān)。這種過程稱為轉(zhuǎn)變誘發(fā)塑性。即所謂TRIP現(xiàn)象。Fe-

46、Ni合金，F(xiàn)e-Mn-C等合金都具有這種特性。,相變超塑性或動態(tài)超塑性 相變超塑性不要求材料進行晶粒的超細化、等軸化、穩(wěn)定化處理，但必須給予動態(tài)熱循環(huán)，在操作上比較難實現(xiàn)。 目前主要應(yīng)用于焊接和熱處理方面。,其它超塑性,在消除應(yīng)力退火過程中，在應(yīng)力作用下可以得到超塑性。Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到超塑性，根據(jù)Johnson試驗，在具有異向性熱膨脹的材料如U，Zr等，加熱時可有超塑性，稱為異向超塑性。有人把-U在有負荷及照射下的變形也稱為超塑性。球墨鑄鐵及灰鑄鐵經(jīng)特殊處理也可以得到超塑性。,其它超塑性,普通非超塑性材料在一定條件下快速變形時，也能顯示出超

47、塑性。例如標距21mm的熱軋低碳鋼棒快速加熱到兩相區(qū)，保溫110秒鐘，快速拉伸，其延伸率可達到100300%。這種短時間內(nèi)的超塑性可稱為短暫超塑性，關(guān)于短暫超塑性目前研究還不多。,細晶超塑性與相變超塑性變形的特點,超塑性的歷史及發(fā)展,超塑性現(xiàn)象最早的報道是在1920年，德國人羅申漢（N.Rosenhaim）等發(fā)現(xiàn)Zn-4Cu-7Al合金在低速彎曲時，可以彎曲近180度。1934年，英國的C.P.Pearson發(fā)現(xiàn)Pb-Sn共晶合金在室溫低速拉伸時可以得到2000%的延伸率。 1945年前蘇聯(lián)的A.A.Bochvar等發(fā)現(xiàn)Zn-Al共析合金具有異常高的延伸率并提出“超塑性”這一名詞。1964年，

48、美國的W.A.Backofen對Zn-Al合金進行了系統(tǒng)的研究，并提出了應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值這個新概念，為超塑性研究奠定了基礎(chǔ)。上世紀六十年代后期及七十年代，世界上形成了超塑性研究的高潮。,特別引人注意的是，近幾十年來金屬超塑性已在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。一些超塑性的Zn合金、Al合金、Ti合金、Cu合金以及黑色金屬等正以它們優(yōu)異的變形性能和材質(zhì)均勻等特點，在航空航天以及汽車的零部件生產(chǎn)、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復(fù)雜形狀構(gòu)件的生產(chǎn)中起到了不可替代的作用。,典型的超塑性材料,目前已知的超塑性金屬及合金已有數(shù)百種，按基體區(qū)分，有Zn、Al、Ti、Mg、Ni、Pb、Sn、Zr、

49、Fe基等合金。其中包括共析合金、共晶、多元合金、高級合金等類型的合金。部分典型的超塑性合金見下表,m為應(yīng)變速率敏感性指數(shù),超塑性的力學(xué)特征,特征1：無加工硬化現(xiàn)象，整個變形過程表現(xiàn)出低應(yīng)力水平、無頸縮的大延伸現(xiàn)象。,超塑性的力學(xué)特征,特征2：在超塑性材料中，流動應(yīng)力特別敏感于應(yīng)變速率。,m是表征超塑性的一個重要指標。當m=1時，上式即為牛頓粘性流動公式。 對于普通金屬，m=0.020.2；對于超塑性金屬，m=0.31.0；m值越大，伸長率也越大。 從物理意義上講，m值大時，流動應(yīng)力會隨著應(yīng)變速率的增大急劇增大，此時，如果試樣某處有局部頸縮，則該處的應(yīng)變速率加大，該處變形所需應(yīng)力也加大，這就阻止

50、了該斷面的繼續(xù)減小，促使變形向別處發(fā)展，最終獲得更長的伸長率。,應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m的物理意義 應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m是材料超塑性的一個重要參數(shù)，它表征金屬抵抗頸縮的能力，高的m值使抵抗頸縮的能力增加。 其理論意義是：產(chǎn)生頸縮的部位應(yīng)變速率增加，由于高的流動應(yīng)力應(yīng)變速率敏感性，需要更高的應(yīng)力。在試樣其余部分沒有繼續(xù)塑性變形的情況下，外加應(yīng)力不足以使頸縮發(fā)展。,影響超塑性的主要因素,（1）應(yīng)變速度的影響,曲線可分成三個區(qū)間：區(qū)的應(yīng)變速率很小（ ），應(yīng)力和也較小，為蠕變速度范圍內(nèi)的變形；區(qū)的應(yīng)變速率范圍為 ，在此區(qū)間內(nèi)，隨著的增大，應(yīng)力快速變大，值先增大后變小，為超塑性應(yīng)變速度范圍；區(qū)， ，應(yīng)力隨應(yīng)

51、變速率的增大而達到最大值，值繼續(xù)變小，為一般應(yīng)變速率范圍。由此可知，細晶超塑性對速度非常敏感，只有在范圍內(nèi) ，才能表現(xiàn)出超塑性。,影響超塑性的主要因素,變形溫度的影響,影響超塑性的主要因素,晶粒的大小對流動應(yīng)力及m值也有明顯的影響。一般來說，具有良好超塑性的起始晶粒度一般應(yīng)10m，最好是5m。,晶粒越細?。?除區(qū)外，在所有應(yīng)變速率條件下，流動應(yīng)力都下降，特別是在低應(yīng)變速率下更為明顯； 區(qū)和區(qū)的過渡推向高應(yīng)變速率范圍； m的最大峰值增加，并移向高應(yīng)變速率區(qū),超塑性變形時的組織變化,（1）晶粒度的變化 試驗研究結(jié)果表明，于超塑性變形時晶粒的等軸性保持不變，并在變形后通?？梢钥吹骄ЯＳ行╅L大。在正常微細晶粒超塑性顯微組織中在500的應(yīng)變下晶粒尺寸可能增加50或100。,（2）空洞的形成 對某些材料，如ab黃銅、Al黃銅，AI-Zn-Mg-Cr合金等的超塑性拉伸中也發(fā)現(xiàn)有空洞出現(xiàn)。試驗證明，空洞的數(shù)量和尺寸隨應(yīng)變速率的增大而增多。隨著真實應(yīng)變的增加，空洞數(shù)目也增多。 一般認為空洞是由晶界滑移引起的，所以在區(qū)內(nèi)因晶界滑移對塑性變形的作用最大，其空洞速率也就最大。 試驗結(jié)果還表明，當材料在超塑性變形過程中形成大面積空洞時，其相互連接將導(dǎo)致材料的最終斷裂。,超塑性變形時的組織變化,（3）顯微組織的變化 材料發(fā)生超塑性變形以后，