第六章塑性變形

1、第六章塑性變形1 第八章 材料的塑性變形 納米銅的室溫超塑性 第六章塑性變形2 第一節(jié) 金屬變形概述 彈性變形塑性變形斷裂彈性變形塑性變形斷裂 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 第六章塑性變形3 第一節(jié) 金屬變形概述 第 七 章 塑 性 變 形 第 一 節(jié) 金 屬 變 形 概 述 彈性變形：彈性變形： 變形可逆；變形可逆； 應(yīng)力應(yīng)變呈應(yīng)力應(yīng)變呈 線性關(guān)系。線性關(guān)系。 彈性模量：彈性模量： 原子間結(jié)合原子間結(jié)合 力的反映和力的反映和 度量。度量。 第六章塑性變形4 第二節(jié) 單晶

2、體的塑性變形 常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。 一一 滑移滑移 1 1 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一 部分相對(duì)于另一部分沿著一部分相對(duì)于另一部分沿著一 定的晶面（滑移面）和晶向定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移， 且不破壞晶體內(nèi)部原子排列且不破壞晶體內(nèi)部原子排列 規(guī)律性的塑變方式。規(guī)律性的塑變方式。 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 第六章塑性變形

3、5 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 一一 滑移滑移 光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。 2 2 滑移的表象學(xué)滑移的表象學(xué) 電鏡下：滑移線。電鏡下：滑移線。 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 第六章塑性變形6 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 3 3 滑移的晶體學(xué)滑移的晶體學(xué) 滑移面滑移面 （密排面）（密排面） （1 1）幾何要素）幾何要素 滑移方向（密排方向）滑移方向（密排方向） 第六章塑性變形7 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 3 3 滑移的晶體學(xué)滑移的晶體學(xué) （2 2）

4、滑移系）滑移系 滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合?；葡担阂粋€(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。 滑移系的個(gè)數(shù)滑移系的個(gè)數(shù):(:(滑移面?zhèn)€數(shù)）滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移方向（每個(gè)面上所具有的滑移方向 的個(gè)數(shù)）的個(gè)數(shù)） 第六章塑性變形8 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 第六章塑性變形9 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 3 3 滑移的晶體學(xué)滑移的晶體學(xué) （2 2）滑移系）滑移系 滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系 一般滑移系越多，塑性越好；一般滑

5、移系越多，塑性越好； 與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)；與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)； 與同時(shí)開動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（與同時(shí)開動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)（ c c）。）。 第六章塑性變形10 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 3 3 滑移的晶體學(xué)滑移的晶體學(xué) （3 3）滑移的臨界分切應(yīng)力（）滑移的臨界分切應(yīng)力（ c c） c c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。 ( (外力在滑移方向上的分解外力在滑移方向上的分解) c c s scoscos coscos 第六章塑性變形11 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 3 3 滑移的晶體學(xué)滑移的晶體學(xué) （3 3）滑移

6、的臨界分切應(yīng)力（）滑移的臨界分切應(yīng)力（ c c） c c取決于金屬的本性，不受取決于金屬的本性，不受 ， 的影響；的影響； 或或 9090 時(shí)，時(shí)， s s ； ； c c s scoscos coscos s s的取值的取值 ， 4545 時(shí)，時(shí)， s s最小，晶體易滑移；最小，晶體易滑移； 軟取向：值大；軟取向：值大； 取向因子：取向因子：coscos coscos 硬取向：值小。硬取向：值小。 第六章塑性變形12 位錯(cuò)滑移需要克服的阻力 n點(diǎn)陣阻力（派-納力） b dG NP )1 ( 2 exp 1 2 式中，d為滑移面的面間距，b為滑移方向上的原子間距（等于 位錯(cuò)的柏氏矢量），G為切

7、變彈性模量，v為泊松比。 由派 納力公式可知，當(dāng)d值越大、b值越小時(shí)，則點(diǎn)陣阻力也越小，因 而越容易發(fā)生滑移。由于晶體中最密晶面的面間距最大，而最密排方向上 的原子間距最小，因此，晶體的滑移面和滑移方向一般是晶體的原子密排 面與密排方向。 第六章塑性變形13 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 4 4 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) （1 1）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滑移面和滑移方向趨于 平行于力軸方向平行于力軸方向; ; 壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 幾何硬化：幾何硬化： ， 遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離4545 ，滑移變得困

8、難，滑移變得困難； （2 2）取向因子的變化）取向因子的變化 幾何軟化；幾何軟化； ， 接近接近4545 ，滑移變得容易，滑移變得容易。 第六章塑性變形14 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 5 5 多滑移多滑移 （1 1）滑移的分類）滑移的分類 多滑移：在多個(gè)（多滑移：在多個(gè)（22）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。 雙滑移：雙滑移： 單滑移：?jiǎn)位疲?（2 2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相 等的一組滑移系。等的一組滑移系。 第六章塑性變形15 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 6 6 交滑移交滑移

9、 （1 1）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的 滑移?；?。 （2 2）機(jī)制）機(jī)制 螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑 移面的過程；移面的過程； 螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。 第六章塑性變形16 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 7 7 滑移的表面痕跡滑移的表面痕跡 單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙?；單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙В?多滑移：相互交叉的滑移帶；多滑移：相互交

10、叉的滑移帶； 交滑移：波紋狀的滑移帶。交滑移：波紋狀的滑移帶。 第六章塑性變形17 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 二二 孿生孿生 （1 1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分 沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取 向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。 孿生面孿生面 A1111,A2112,A31012A1111,A2112,A31012 （2 2）孿生的晶體學(xué)）孿生的晶體學(xué) 孿生方向?qū)\生方向 A1,A2,A3A1,A2,A3 孿晶區(qū)孿晶區(qū) 第六章塑性變形18 第六章塑性變形19 第二節(jié)

11、單晶體的塑性變形 二二 孿生孿生 第六章塑性變形20 第二節(jié) 單晶體的塑性變形 二二 孿生孿生 （3）孿生變形的特點(diǎn)）孿生變形的特點(diǎn) 滑移滑移 孿生孿生 相同點(diǎn)相同點(diǎn)1 1 切變；切變；2 2 沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；3 3 不改變結(jié)構(gòu)不改變結(jié)構(gòu)。 不不 同同 點(diǎn)點(diǎn) 晶體位向晶體位向不改變（對(duì)拋光面觀察無不改變（對(duì)拋光面觀察無 重現(xiàn)性）重現(xiàn)性）。 改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系（對(duì)拋改變，形成鏡面對(duì)稱關(guān)系（對(duì)拋 光面觀察有重現(xiàn)性）光面觀察有重現(xiàn)性） 位移量位移量 滑移方向上原子間距的整滑移方向上原子間距的整 數(shù)倍，較大。數(shù)倍，較大。 小于孿生方向上的原子間距，小于孿生方向上的原

12、子間距， 較小。較小。 對(duì)塑變的貢獻(xiàn)對(duì)塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。很大，總變形量大。有限，總變形量小。有限，總變形量小。 變形應(yīng)力變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于 滑移滑移 變形條件變形條件一般先發(fā)生滑移一般先發(fā)生滑移滑移困難時(shí)發(fā)生滑移困難時(shí)發(fā)生 變形機(jī)制變形機(jī)制全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果分位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 第六章塑性變形21 加工硬化 n金屬材料經(jīng)冷加工變形后，其強(qiáng)度、硬度顯著提高， 而塑性、韌性則急劇下降，這種現(xiàn)象即稱為加工硬化。 三階段： I：易滑移階段 II：線性硬化階段 III：拋物線性硬化階段 第六章塑

13、性變形22 n有關(guān)加工硬化的機(jī)制已提出了不同的理論，然而，最終的表達(dá)形 式基本相同，即變形所需應(yīng)力為位錯(cuò)密度的平方根的線性函數(shù)， 這已被許多實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。因此，塑性變形過程中位錯(cuò)密度的增加 及其對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用是導(dǎo)致加工硬化的決定性因素。 第六章塑性變形23 第三節(jié) 多晶體的塑性變形 第六章塑性變形24 第三節(jié) 多晶體的塑性變形 晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 （1 1）原因：各晶粒之間，位向不同變形具有非同時(shí)性。）原因：各晶粒之間，位向不同變形具有非同時(shí)性。 （2 2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo) 致晶體分裂）致晶體分

14、裂） （3 3）條件：獨(dú)立滑移系）條件：獨(dú)立滑移系 5 5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變 化）化） 第六章塑性變形25 晶界的影響 n多晶體的變形行為與單晶體多晶體的變形行為與單晶體 相比較，表現(xiàn)出如下兩個(gè)特相比較，表現(xiàn)出如下兩個(gè)特 點(diǎn)：點(diǎn)： 多晶體的屈服強(qiáng)度明多晶體的屈服強(qiáng)度明 顯地高于同樣材料的單晶體；顯地高于同樣材料的單晶體； 在同一種多晶體材料中，在同一種多晶體材料中， 晶粒越細(xì)小，屈服強(qiáng)度越高。晶粒越細(xì)小，屈服強(qiáng)度越高。 多晶體變形之所以表現(xiàn)出這多晶體變形之所以表現(xiàn)出這 樣一些特點(diǎn)，是因?yàn)榫Ы绲臉右恍┨攸c(diǎn)，是因?yàn)榫Ы绲?存在對(duì)晶體中位錯(cuò)的滑移產(chǎn)存在對(duì)晶體中位錯(cuò)的

15、滑移產(chǎn) 生了阻礙作用，即發(fā)生了晶生了阻礙作用，即發(fā)生了晶 界強(qiáng)化。界強(qiáng)化。 第六章塑性變形26 第三節(jié) 多晶體的塑性變形 3.3.晶界對(duì)對(duì)位錯(cuò)的滑移阻力來源晶界對(duì)對(duì)位錯(cuò)的滑移阻力來源 （1 1）晶界兩側(cè)晶粒間的位向差）晶界兩側(cè)晶粒間的位向差 （2 2）晶界本身造成的阻力：原子排列不規(guī)則；分布有大）晶界本身造成的阻力：原子排列不規(guī)則；分布有大 量缺陷，成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙量缺陷，成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙 Gb Lk n 0 第六章塑性變形27 第三節(jié) 多晶體的塑性變形 3 3 晶界對(duì)變形的阻礙作用晶界對(duì)變形的阻礙作用 （3 3）晶粒大小與性能的關(guān)系）晶粒大小與性能的關(guān)系 a a 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高晶粒越

16、細(xì)，強(qiáng)度越高( (細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化：霍爾配奇公式：霍爾配奇公式) ) s s= = 0 0+kd+kd-1/2 -1/2 原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。 （有尺寸限制）（有尺寸限制） . 晶粒之間變形的傳播晶粒之間變形的傳播 位錯(cuò)在晶界塞積位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中應(yīng)力集中 相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng)相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng) 相鄰晶粒變形相鄰晶粒變形塑變塑變 第六章塑性變形28 第四節(jié) 合金的塑性變形 一一 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

17、、硬）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬 度提高的現(xiàn)象。度提高的現(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 柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化?？率蠚鈭F(tuán)強(qiáng)化。 金屬內(nèi)部存在的大量位錯(cuò)線,在 刃型位錯(cuò)線附近經(jīng)常會(huì)吸附大 量的異類溶質(zhì)原子(大小不同吸 附的位置有差別),形成所謂的 “柯氏氣團(tuán)”。 第六章塑性變形29 影響固溶強(qiáng)化的因素 n 固溶體中溶質(zhì)原子的含量； n 溶質(zhì)原子與基體金屬的原子半徑相差越大，強(qiáng)化作 用也越大； 第六章塑性變形30 影響固溶強(qiáng)化的因素 n 間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶質(zhì)原子具有更大的固溶 強(qiáng)化效果，且由于間隙型溶質(zhì)原子在體心立方晶體中 的點(diǎn)

18、陣畸變屬非對(duì)稱性的，故其強(qiáng)化作用大于面心立 方晶體的，但間隙原子的固溶度很有限，故實(shí)際強(qiáng)化 效果也有限； n 溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng) 化作用越顯著，即固溶體的屈服強(qiáng)度隨合金電子濃度 的增加而提高。 第六章塑性變形31 第四節(jié) 合金的塑性變形 （3 3）屈服和應(yīng)變時(shí)效）屈服和應(yīng)變時(shí)效 當(dāng)拉伸試樣開始屈服時(shí)，應(yīng)力隨當(dāng)拉伸試樣開始屈服時(shí)，應(yīng)力隨 即突然下降，并在應(yīng)力基本恒定即突然下降，并在應(yīng)力基本恒定 情況下繼續(xù)發(fā)生屈服伸長(zhǎng)，所以情況下繼續(xù)發(fā)生屈服伸長(zhǎng)，所以 拉伸曲線上出現(xiàn)水平臺(tái)（通常稱拉伸曲線上出現(xiàn)水平臺(tái)（通常稱 為屈服平臺(tái)）為屈服平臺(tái)） 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)時(shí)，首先在當(dāng)應(yīng)力達(dá)

19、到上屈服點(diǎn)時(shí)，首先在 試樣的應(yīng)力集中處開始塑性變形，試樣的應(yīng)力集中處開始塑性變形， 并在試樣表面產(chǎn)生一個(gè)與拉伸軸并在試樣表面產(chǎn)生一個(gè)與拉伸軸 約成約成4545 角的變形帶角的變形帶 呂德斯呂德斯 （L Ldersders）帶，與此同時(shí)，應(yīng)力）帶，與此同時(shí)，應(yīng)力 降到下屈服點(diǎn)；降到下屈服點(diǎn)； 第六章塑性變形32 應(yīng)變時(shí)效 n預(yù)變形和時(shí)效的影響：去載后立即加載預(yù)變形和時(shí)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(shí)間不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間 或或200200加熱后再加載出現(xiàn)屈服。加熱后再加載出現(xiàn)屈服。 n 原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形

20、成。成。 第六章塑性變形33 第四節(jié) 合金的塑性變形 二二 多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形 1 1 結(jié)構(gòu)：基體第二相。結(jié)構(gòu)：基體第二相。 2 2 分類：分類：聚合型合金（第二相尺寸與基體相晶粒尺寸屬聚合型合金（第二相尺寸與基體相晶粒尺寸屬 同一數(shù)量級(jí)）同一數(shù)量級(jí)） 彌散分布型合金（第二相細(xì)小而彌散地分布在基 體相晶粒中） 第六章塑性變形34 1聚合型兩相合金的塑性變形 （1）如果兩個(gè)相都具有塑性，則合金的變形決 定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。 . 等應(yīng)變理論 假定塑性變形過程中兩相應(yīng)變相等。 合金產(chǎn)生一定應(yīng)變的平均流變應(yīng)力 a = f11 + f22 ： 其中：f1、f2為兩個(gè)相的體積分?jǐn)?shù) f1+

21、f2=1 1、2為兩個(gè)相在此應(yīng)變時(shí)的流變應(yīng)力 等應(yīng)力理論 假定塑性變形過程中兩相應(yīng)力相同。 對(duì)合金施加一定應(yīng)力時(shí)，平均應(yīng)變a= f11+f22 其中：f1、f2為兩個(gè)相的體積分?jǐn)?shù) 1,2為此應(yīng)力下兩相的應(yīng)變 第六章塑性變形35 （2）如果兩相中一個(gè)是塑性相，而另一個(gè)是硬脆相 時(shí)，則合金的機(jī)械性能主要取決于硬脆相的存在情 況（軟基體硬第二相）軟基體硬第二相） n 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）； n a a結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 兩相呈層片狀分布（珠光體）；兩相呈層片狀分布（珠光體）； n 第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。 第六章塑性

22、變形36 多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形 二二 彌散分布型合金彌散分布型合金 第二相：可變形第二相：可變形 不可變形不可變形 位錯(cuò)繞過第二相粒子位錯(cuò)繞過第二相粒子( (粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)) ) b b 彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 位錯(cuò)切過第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻位錯(cuò)切過第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻 礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)） 第六章塑性變形37 第五節(jié) 塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 一一 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 晶粒拉長(zhǎng)晶粒拉長(zhǎng); ; 1 1 形成纖維組織形成纖維組織 雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分

23、布。 第六章塑性變形38 第五節(jié) 塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 一一 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 2 2 形成胞狀亞結(jié)構(gòu)形成胞狀亞結(jié)構(gòu) 變形量變形量 位錯(cuò)纏結(jié)位錯(cuò)纏結(jié) 位錯(cuò)胞位錯(cuò)胞 （大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。（大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。) ) 第六章塑性變形39 第五節(jié) 塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 一一 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 3 3 形成形變織構(gòu)形成形變織構(gòu) （1 1）形變織構(gòu)：）形變織構(gòu)：在塑性變形中，隨著變形量的增加，各個(gè)晶粒的滑在塑性變形中，隨著變形量的增加，各個(gè)晶粒的滑 移面和滑移

24、方向都要向主變形方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使多晶體中原來位向互不相同移面和滑移方向都要向主變形方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使多晶體中原來位向互不相同 的各個(gè)晶粒調(diào)整到空間位向逐漸趨于一致，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，這的各個(gè)晶粒調(diào)整到空間位向逐漸趨于一致，這一現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，這 種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)種組織狀態(tài)則稱為形變織構(gòu)。 絲織構(gòu)絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成）某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成） （2 2）類型）類型 板織構(gòu)板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平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(shí)形成）行于主變形方向。（軋制時(shí)形成） 第六章塑性變形40 第五節(jié) 塑性變

25、形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 一一 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 2 2 形成形變織構(gòu)形成形變織構(gòu) 力學(xué)性能：利力學(xué)性能：利: :深沖板材變形控制深沖板材變形控制; ;弊：制耳弊：制耳。 （3 3）對(duì)性能的影響）對(duì)性能的影響 ( (各向異性各向異性) ) 物理性能物理性能: :硅鋼片硅鋼片100100100100織構(gòu)可減少鐵損?？棙?gòu)可減少鐵損。 第六章塑性變形41 第五節(jié) 塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 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)

26、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%。 第六章塑性變形42 第五節(jié) 塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響 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） 利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。 2 2 利弊利弊 弊：引起變形、開裂弊：引起變形、開裂,

27、如黃銅彈殼的腐蝕開裂。如黃銅彈殼的腐蝕開裂。 3 3 消除：去應(yīng)力退火。消除：去應(yīng)力退火。 6h 第六章塑性變形43 思考題： n指出三種典型結(jié)構(gòu)金屬晶體的滑移面和滑移方向并比 較其滑移難易程度。 n為何晶體的滑移通常沿著其最密晶面和最密晶向進(jìn)行？ n何謂加工硬化？運(yùn)用位錯(cuò)理論說明細(xì)化晶?？梢蕴岣?材料強(qiáng)度的原因 n單相固溶體合金的強(qiáng)度均高于純?nèi)軇┙M元的強(qiáng)度，試 用位錯(cuò)理論分析之。 n合金化是提高材料強(qiáng)度的一種有效途經(jīng)，試運(yùn)用所學(xué) 理論分析合金化可以提高材料強(qiáng)度的原因。 第六章塑性變形4444 回復(fù)與再結(jié)晶 第六章塑性變形4545 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的 組織與性能變化 一一 回復(fù)與再結(jié)

28、晶回復(fù)與再結(jié)晶 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但 其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。 再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新 的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消 除的過程。除的過程。 第六章塑性變形4646 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的 組織與性能變化 二二 顯微組織變化（示意圖）顯微組織變化（示意圖） 回復(fù)階段

29、：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化； 再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變?cè)俳Y(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長(zhǎng)大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變 的等軸晶粒。的等軸晶粒。 晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和晶粒長(zhǎng)大階段：晶界移動(dòng)、晶粒粗化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的形狀和 尺寸。尺寸。 第六章塑性變形4747 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的 組織與性能變化 二二 顯微組織變化（示意圖）顯微組織變化（示意圖） Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HI

30、LL.3/E 第六章塑性變形4848 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的 組織與性能變化 三三 性能變化性能變化 1 1 力學(xué)性能力學(xué)性能 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略 有下降，塑性略有提高。有下降，塑性略有提高。 再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度 明顯下降，塑性明顯提高。明顯下降，塑性明顯提高。 晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬晶粒長(zhǎng)大階段：強(qiáng)度、硬 度繼續(xù)下降度繼續(xù)下降, ,塑性繼續(xù)提高，塑性繼續(xù)提高， 粗化嚴(yán)重時(shí)下降。粗化嚴(yán)重時(shí)下降。 第六章塑性變形4949 第一節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的 組織與性能變化 2 2 物理性能物理性能 密度密度: :在回復(fù)階段變化在回復(fù)階段變化 不

31、大，在再結(jié)晶階段急劇升不大，在再結(jié)晶階段急劇升 高；高； 電阻：電阻在回復(fù)階段電阻：電阻在回復(fù)階段 可明顯下降?？擅黠@下降。 3. 內(nèi)應(yīng)力變化內(nèi)應(yīng)力變化 回復(fù)階段：大部分或全部消除第回復(fù)階段：大部分或全部消除第 一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三 類內(nèi)應(yīng)力；類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。 第六章塑性變形5050 第二節(jié) 回復(fù) 一一 回復(fù)回復(fù) 回復(fù)是冷變形材料在退火時(shí)發(fā)生組織和性能變化的早期階回復(fù)是冷變形材料在退火時(shí)發(fā)生組織和性能變化的早期階 段，它實(shí)質(zhì)上是一種通過加熱使晶體內(nèi)部的點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)段，它實(shí)質(zhì)上是一種通過加熱使晶體內(nèi)部的點(diǎn)

32、缺陷和位錯(cuò) 發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變?nèi)毕莘植己蜏p少缺陷數(shù)量的過程。 第六章塑性變形5151 第二節(jié) 回復(fù) 二二 回復(fù)機(jī)理回復(fù)機(jī)理 1 1 低溫回復(fù)（低溫回復(fù)（0.10.10.3Tm0.3Tm） 移至晶界、位錯(cuò)處移至晶界、位錯(cuò)處 點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng) 空位間隙原子空位間隙原子 消失消失 缺陷密度降低缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對(duì)）空位聚集（空位群、對(duì)） 第六章塑性變形5252 第二節(jié) 回復(fù) 二二 回復(fù)機(jī)理回復(fù)機(jī)理 2 2 中溫回復(fù)中溫回復(fù) （0.30.30.5Tm0.5Tm） 異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷 位錯(cuò)滑移位錯(cuò)滑移 位錯(cuò)密度降低位錯(cuò)密

33、度降低 位錯(cuò)纏結(jié)重新排列位錯(cuò)纏結(jié)重新排列 第六章塑性變形53 第二節(jié) 回復(fù) 二二 回復(fù)機(jī)理回復(fù)機(jī)理 3 3 高溫回復(fù)（高溫回復(fù)（0.5Tm0.5Tm） 位錯(cuò)攀移位錯(cuò)攀移（滑移）（滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界）位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒）多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。彈性畸變能降低。 第六章塑性變形5454 第二節(jié) 回復(fù) 二二 回復(fù)機(jī)理回復(fù)機(jī)理 Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E 第六章塑性變形5555 第二節(jié) 回復(fù) 三三 回復(fù)退火的應(yīng)用回復(fù)退火的應(yīng)用 1 1回復(fù)

34、機(jī)制與性能的關(guān)系回復(fù)機(jī)制與性能的關(guān)系 內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力降低: :彈性應(yīng)變基本消除彈性應(yīng)變基本消除; ; 硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，亞晶較細(xì)；硬度、強(qiáng)度下降不多：位錯(cuò)密度降低不明顯，亞晶較細(xì)； 電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。電阻率明顯下降：空位減少，位錯(cuò)應(yīng)變能降低。 2 2去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開 裂，提高耐蝕性。裂，提高耐蝕性。 第六章塑性變形5656 第三節(jié) 再結(jié)晶 一一 再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大 1 1 形核形核 亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制亞晶長(zhǎng)大形核機(jī)制 （變形量較大時(shí)）

35、（變形量較大時(shí)） 亞晶合并形核亞晶合并形核 亞晶界移動(dòng)亞晶界移動(dòng)( (長(zhǎng)大長(zhǎng)大) )形核形核( (吞并其它亞晶或變形部分吞并其它亞晶或變形部分) ) 凸出形核（變形量較大時(shí)）凸出形核（變形量較大時(shí)） 晶核伸向小位錯(cuò)胞晶粒晶核伸向小位錯(cuò)胞晶粒( (畸變能較高區(qū)域畸變能較高區(qū)域) )內(nèi)內(nèi). . 第六章塑性變形5757 第三節(jié) 再結(jié)晶 一一 再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大 1 1 形核形核 第六章塑性變形5858 第三節(jié) 再結(jié)晶 一一 再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大再結(jié)晶的形核與長(zhǎng)大 晶界凸出形核（變形量較小時(shí)晶界凸出形核（變形量較小時(shí),20%,70%）的金屬或合）的金屬或合 金，在金，在1h內(nèi)能夠完成再

36、結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)95%） 最低溫度。最低溫度。 高純金屬：高純金屬：T再 再 (0.250.35)Tm。 2 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式 工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T再 再 (0.350.45)Tm。 合金：合金：T再 再 (0.40.9)Tm。 注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100200。 第六章塑性變形6161 第三節(jié) 再結(jié)晶 三三 再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 3 影響因素影響因素 變形量越大，驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低；變形量越大，驅(qū)動(dòng)力越大，再結(jié)晶溫度越低； 純度越高，再結(jié)晶溫度越低；純度越高，再結(jié)晶溫度越低； 加熱速度太低或

37、太高，再結(jié)晶溫度提高。加熱速度太低或太高，再結(jié)晶溫度提高。 第六章塑性變形6262 第三節(jié) 再結(jié)晶 四四 影響再結(jié)晶的因素影響再結(jié)晶的因素 1 1 退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。 2 2 變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶溫變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶溫 度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。 3 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動(dòng)力越大；晶界越多，有利于形核。 4 4 微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯(cuò)和

38、晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，不利于再結(jié)晶。 5 5 第二相粒子。間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核第二相粒子。間距和直徑都較大時(shí)，提高畸變能，并可作為形核核 心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶界遷心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時(shí)，提高畸變能，但阻礙晶界遷 移，阻礙再結(jié)晶。移，阻礙再結(jié)晶。 第六章塑性變形6363 第三節(jié) 再結(jié)晶 五五 再結(jié)晶的應(yīng)用再結(jié)晶的應(yīng)用 恢復(fù)變形能力恢復(fù)變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性 再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶溫度：T再 再 100200。 第六章塑性變形6464 第四節(jié) 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 力：界面能差力：界面能差. . 長(zhǎng)大方式：長(zhǎng)大方式： 正常長(zhǎng)大；正常長(zhǎng)大； 異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）異常長(zhǎng)大（二次再結(jié)晶）. . 第六章塑性變形6565 第四節(jié) 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 一一 晶粒的正常長(zhǎng)大晶粒的正常長(zhǎng)大 1 1 正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長(zhǎng)大。 2 2 驅(qū)動(dòng)力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū)驅(qū)動(dòng)力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū) 動(dòng)力越大。動(dòng)力越大。 ( (長(zhǎng)大方向是指向曲率中心長(zhǎng)大方向是指向曲率中心, ,而再結(jié)晶晶核的長(zhǎng)大