第2章 金屬塑性

1、第2章 金屬的塑性 2.1 金屬的塑性 2.2 金屬多晶體塑性變形的主要機(jī)制 2.3 影響金屬塑性的因素 2.4 金屬的超塑性2. 1 2. 1 金屬的塑性金屬的塑性2. 1. 1 2. 1. 1 塑性的基本概念塑性的基本概念 2. 1. 2 2. 1. 2 塑性指標(biāo)及其測(cè)量方法塑性指標(biāo)及其測(cè)量方法 2. 1. 3 2. 1. 3 塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用塑性狀態(tài)圖及其應(yīng)用 2. 1. 1 2. 1. 1 塑性的基本概念塑性的基本概念 什么是塑性？什么是塑性？ 塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞塑性是金屬在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞其完整性的能力。其完整性的能力。 塑性與柔軟性的區(qū)別是什

2、么？塑性與柔軟性的區(qū)別是什么？ 塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。塑性反映材料產(chǎn)生永久變形的能力。 柔軟性反映材料抵抗變形的能力。柔軟性反映材料抵抗變形的能力。塑性與柔軟性的對(duì)立統(tǒng)一塑性與柔軟性的對(duì)立統(tǒng)一 不銹鋼不銹鋼-塑性好，但變形抗力高塑性好，但變形抗力高 白口鑄鐵白口鑄鐵-塑性差，變形抗力高塑性差，變形抗力高 鉛鉛-塑性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小 結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念結(jié)論：塑性與柔軟性不是同一概念為什么要研究金屬的塑性？為什么要研究金屬的塑性？ 探索塑性變化規(guī)律探索塑性變化規(guī)律 尋求改善塑性途徑尋求改善塑性途徑 選擇合理加工方法選擇合理加工方法 確定最佳工藝制度確定最佳工藝

3、制度 提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量5.1.2 5.1.2 塑性指標(biāo)及其測(cè)量方法塑性指標(biāo)及其測(cè)量方法 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變形程度，即極金屬在破壞前產(chǎn)生的最大變形程度，即極限變形量。限變形量。 塑性指標(biāo)的測(cè)量方法塑性指標(biāo)的測(cè)量方法表示方法：表示方法： 斷面收縮率斷面收縮率 延伸率延伸率 沖擊韌性沖擊韌性 最大壓縮率最大壓縮率 扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)）扭轉(zhuǎn)角（或扭轉(zhuǎn)數(shù)） 彎曲次數(shù)彎曲次數(shù)2.2.塑性指標(biāo)的測(cè)量方法塑性指標(biāo)的測(cè)量方法 拉伸試驗(yàn)法拉伸試驗(yàn)法 壓縮試驗(yàn)法壓縮試驗(yàn)法 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法 軋制模擬試驗(yàn)法軋制模擬試驗(yàn)法拉伸試驗(yàn)法拉伸試驗(yàn)法00100%hLLL00100%hFFF式

4、中：式中：L L0 0拉伸試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度；拉伸試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度； L Lh h拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度；拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度； F F0 0拉伸試樣原始斷面積；拉伸試樣原始斷面積； F Fh h拉伸試樣破斷處的斷面積拉伸試樣破斷處的斷面積 單向拉應(yīng)力均勻變形階段和三向拉應(yīng)力局部變形階段的塑性總和。伸長(zhǎng)率大小與試樣原始標(biāo)距有關(guān)，而端面收縮率與試樣原始標(biāo)距無(wú)關(guān)。拉伸速度10mm/s 以下，對(duì)應(yīng)應(yīng)變速率在10-110-3S-1對(duì)應(yīng)液壓機(jī)的速度；3.84.5m/s對(duì)應(yīng)鍛錘的速度。壓縮試驗(yàn)法壓縮試驗(yàn)法 簡(jiǎn)單加載條件下，壓縮試驗(yàn)法測(cè)定的塑性指標(biāo)用簡(jiǎn)單加載條件下，壓縮試驗(yàn)法測(cè)定的塑性指標(biāo)用下式確定

5、：下式確定： 00100%hHHH式中：式中： 壓下率；壓下率； H0試樣原始高度；試樣原始高度； Hh試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條 裂紋時(shí)的裂紋時(shí)的 高度高度試樣高端試樣高端H0一般為直徑一般為直徑D0的的1.5倍。倍。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法 對(duì)于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（換作為剪切變形（ ） 。 030nRL式中：式中：R試樣工作段的半徑；試樣工作段的半徑； L0試樣工作段的長(zhǎng)度；試樣工作段的長(zhǎng)度； n試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。 扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)接近靜水壓力，且

6、試樣沿整個(gè)長(zhǎng)度的塑性變形均勻，扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)接近靜水壓力，且試樣沿整個(gè)長(zhǎng)度的塑性變形均勻，不像拉伸出現(xiàn)縮頸和壓縮試驗(yàn)出現(xiàn)鼓形。不像拉伸出現(xiàn)縮頸和壓縮試驗(yàn)出現(xiàn)鼓形。軋制模擬試驗(yàn)法軋制模擬試驗(yàn)法 在在平輥間軋制平輥間軋制楔形試件，用楔形試件，用偏心軋輥軋制偏心軋輥軋制矩形試矩形試樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見(jiàn)裂紋時(shí)的臨界壓下量樣，找出試樣上產(chǎn)生第一條可見(jiàn)裂紋時(shí)的臨界壓下量作為軋制過(guò)程的塑性指標(biāo)。作為軋制過(guò)程的塑性指標(biāo)。 金屬變形的全過(guò)程金屬變形的全過(guò)程 彈性變形彈性變形 均勻塑性變形均勻塑性變形 不均勻塑性變形不均勻塑性變形 斷裂斷裂 各階段變形的特點(diǎn)各階段變形的特點(diǎn) 彈塑性共存定律彈塑性共存定律

7、 彈塑性共存定律的意義彈塑性共存定律的意義 彈塑性共存定律的概念：在塑性變形過(guò)程中有彈性變形彈塑性共存定律的概念：在塑性變形過(guò)程中有彈性變形同時(shí)存在的現(xiàn)象。同時(shí)存在的現(xiàn)象。1、什么是變形抗力？變形抗力？變形抗力大塑性就越差？變形抗力大塑性就越差？2、影響變形抗力有那些因素？變形抗力有那些因素？ 對(duì)以下退火態(tài)安裝變形抗力由小到大排序：42CrMo、純鐵、純鐵、 Gr15、 45# 、 4Cr5MoSiV3、什么是塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)？塑性指標(biāo)的表示方法塑性指標(biāo)的表示方法？4、判斷：伸長(zhǎng)率大小與試樣原始標(biāo)距無(wú)關(guān)，端面收縮率與試樣原始標(biāo)距有關(guān)（ ）。5、填空：扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)接近靜水壓力，且試樣沿整個(gè)長(zhǎng)

8、度的塑性變形均勻，不像拉伸出現(xiàn)（縮頸 ）和壓縮試驗(yàn)出現(xiàn)（鼓形 ） 。 2.1.3 2.1.3 塑性狀態(tài)圖塑性狀態(tài)圖(plastic c condition diagram)及及其應(yīng)用其應(yīng)用 概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲概念：表示金屬塑性指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形，簡(jiǎn)稱(chēng)塑性圖。線圖形，簡(jiǎn)稱(chēng)塑性圖。 一個(gè)完整的塑性圖應(yīng)該同時(shí)給出拉伸試驗(yàn)時(shí)的一個(gè)完整的塑性圖應(yīng)該同時(shí)給出拉伸試驗(yàn)時(shí)的強(qiáng)度極強(qiáng)度極限限b、延伸率延伸率和和斷面收縮率斷面收縮率，鐓粗試驗(yàn)時(shí)的，鐓粗試驗(yàn)時(shí)的最大壓縮率最大壓縮率M、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的扭轉(zhuǎn)角或圈數(shù)扭轉(zhuǎn)角或圈數(shù)、沖擊試驗(yàn)的沖擊試驗(yàn)的AK值、彎曲

9、試值、彎曲試驗(yàn)的驗(yàn)的彎曲角度彎曲角度或或次數(shù)次數(shù)等多種性能指標(biāo)與試驗(yàn)溫度的關(guān)系。等多種性能指標(biāo)與試驗(yàn)溫度的關(guān)系。它反映了溫度它反映了溫度-速度以及應(yīng)力狀態(tài)類(lèi)型等對(duì)金屬塑性的影響速度以及應(yīng)力狀態(tài)類(lèi)型等對(duì)金屬塑性的影響。 塑性圖是選擇合理的金屬塑性加工方法和制訂冷加工塑性圖是選擇合理的金屬塑性加工方法和制訂冷加工和熱加工工藝規(guī)程的重要依據(jù)，是生產(chǎn)中不可缺少的基本和熱加工工藝規(guī)程的重要依據(jù)，是生產(chǎn)中不可缺少的基本資料之一。資料之一。 試驗(yàn)溫度 圖為W18Cr4V高速鋼的塑性圖。該鋼種在8001200的溫度范圍內(nèi)具有很好的塑性。塑性加工(如軋制)前鋼錠加熱時(shí)的最高溫度為1230，超過(guò)此溫度，鋼可能產(chǎn)生

10、裂紋或軸向斷裂；變形終了溫度不應(yīng)低于900，否則不僅塑性明顯降低，而且變形抗力急劇增大。 溫度 T530，為液相；，為液相； 270，為，為 兩相組織；兩相組織； 270 T530，為單一，為單一的的 相。相。根據(jù)力學(xué)性能要求確立根據(jù)力學(xué)性能要求確立MB5主要成分為：主要成分為： Al 5. 5 7. 0% Mn 0. 15 0. 5% Zn 0. 5 1. 5%.根據(jù)塑性圖進(jìn)一步確定熱變形溫度范圍根據(jù)塑性圖進(jìn)一步確定熱變形溫度范圍 慢速加工，溫度為慢速加工，溫度為350400時(shí)時(shí),斷面收縮斷面收縮率率 和和壓縮率壓縮率MM都有都有最大值，不論軋制或擠最大值，不論軋制或擠壓，都可在此溫度范圍壓

11、，都可在此溫度范圍內(nèi)以較慢的速度加工。內(nèi)以較慢的速度加工。 鍛錘下加工，在鍛錘下加工，在350左右有突變，變形溫度應(yīng)選擇在左右有突變，變形溫度應(yīng)選擇在400450。 工件形狀比較復(fù)雜，變形時(shí)易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)工件形狀比較復(fù)雜，變形時(shí)易發(fā)生應(yīng)力集中，應(yīng)根據(jù)K曲線來(lái)判定。從曲線來(lái)判定。從圖中可知，在相變點(diǎn)圖中可知，在相變點(diǎn)270附近突然降低，因此，鍛造或沖壓時(shí)的工作溫附近突然降低，因此，鍛造或沖壓時(shí)的工作溫度應(yīng)在度應(yīng)在250以下進(jìn)行為佳。以下進(jìn)行為佳。2.2 2.2 金屬多晶體塑性變形的主要機(jī)制金屬多晶體塑性變形的主要機(jī)制2.2.1 2.2.1 多晶體變形的特點(diǎn)多晶體變形的特點(diǎn) 2.2.2 2

12、.2.2 多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu)多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu) 2.2.3 2.2.3 合金的塑性變形合金的塑性變形 2.2.4 2.2.4 變形機(jī)構(gòu)圖變形機(jī)構(gòu)圖 2.2.1 2.2.1 多晶體變形的特點(diǎn)多晶體變形的特點(diǎn)1、各晶粒變形的不同時(shí)性、各晶粒變形的不同時(shí)性2、各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性、各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性3變形不均勻變形不均勻 多晶體多晶體塑性變形塑性變形分為晶內(nèi)變形和和晶晶間變形兩種。晶粒晶粒位向和晶界晶界性質(zhì)對(duì)多晶體多晶體塑性變形塑性變形有較大的影響，通常多晶體多晶體塑塑性變形性變形首相在那些最有利于變形位向的晶粒晶粒中進(jìn)行。由于多晶體內(nèi)各個(gè)晶粒晶粒位向不同，并受晶界晶界約束，故各晶粒變形不

13、均勻，而且每個(gè)晶粒內(nèi)變形也不一致。 經(jīng)拉伸后晶界處呈竹節(jié)狀經(jīng)拉伸后晶界處呈竹節(jié)狀晶界強(qiáng)度與溫度關(guān)系晶界強(qiáng)度與溫度關(guān)系：低溫或室溫下，晶界強(qiáng)而晶粒本身弱；高溫情況則相反。晶界與晶粒相對(duì)強(qiáng)度是隨溫度變化而變化的。 晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響 晶界晶界: :多晶體是許多取向不同的小單晶體即晶粒組成的，多晶體是許多取向不同的小單晶體即晶粒組成的，晶粒和晶粒之間的過(guò)渡區(qū)域。晶粒和晶粒之間的過(guò)渡區(qū)域。 將多晶鐵分別在室溫和高溫進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在室溫將多晶鐵分別在室溫和高溫進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在室溫拉伸時(shí)，靠近晶界處試樣直徑變化比較小，遠(yuǎn)離晶界拉伸時(shí)，靠近晶界處試樣直徑變化比較小，遠(yuǎn)離晶界處則直徑顯著

14、減小，在高溫下，晶界處試樣顯著變細(xì)。處則直徑顯著減小，在高溫下，晶界處試樣顯著變細(xì)。晶界的作用：晶界的作用： 1. 阻礙作用阻礙作用 拉伸試樣變形后在晶界處呈竹節(jié)狀，每個(gè)晶粒中的滑移帶均終止于晶拉伸試樣變形后在晶界處呈竹節(jié)狀，每個(gè)晶粒中的滑移帶均終止于晶界附近，晶界附近位錯(cuò)塞積。位錯(cuò)塞積，材料強(qiáng)度提高。界附近，晶界附近位錯(cuò)塞積。位錯(cuò)塞積，材料強(qiáng)度提高。 2. 協(xié)調(diào)作用協(xié)調(diào)作用 晶界正是起著相鄰晶粒的變形的作用。由于協(xié)調(diào)變形的要求，在晶界晶界正是起著相鄰晶粒的變形的作用。由于協(xié)調(diào)變形的要求，在晶界處變形必須連續(xù)，也就是說(shuō)兩個(gè)相鄰晶粒在晶界處的變形必須相同。處變形必須連續(xù)，也就是說(shuō)兩個(gè)相鄰晶粒在晶

15、界處的變形必須相同。 3促進(jìn)作用促進(jìn)作用 在高溫在變形時(shí)，由于晶界比晶粒弱，故除了晶粒內(nèi)滑移，相鄰兩個(gè)晶粒在高溫在變形時(shí)，由于晶界比晶粒弱，故除了晶粒內(nèi)滑移，相鄰兩個(gè)晶粒還會(huì)沿著晶界發(fā)生相對(duì)滑移，此稱(chēng)為晶界滑動(dòng)。晶界滑動(dòng)了也造成晶體還會(huì)沿著晶界發(fā)生相對(duì)滑移，此稱(chēng)為晶界滑動(dòng)。晶界滑動(dòng)了也造成晶體宏觀塑性變形，但變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑移和孿生引起的塑性變形。宏觀塑性變形，但變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑移和孿生引起的塑性變形。 4起裂作用起裂作用 一方面，由于晶界阻礙滑移，此處由于位錯(cuò)塞積而引起應(yīng)力集中，一方面，由于晶界阻礙滑移，此處由于位錯(cuò)塞積而引起應(yīng)力集中，另一方面，材料中的雜質(zhì)和第二相往往優(yōu)先分布于晶界，使晶界

16、變脆。另一方面，材料中的雜質(zhì)和第二相往往優(yōu)先分布于晶界，使晶界變脆。這樣一來(lái)，在變形過(guò)程中裂紋往往起源于晶界。此外，由于晶界處缺陷這樣一來(lái)，在變形過(guò)程中裂紋往往起源于晶界。此外，由于晶界處缺陷多，原子處于能量較高的不穩(wěn)定狀態(tài)，在腐蝕介質(zhì)作用下，晶界往往優(yōu)多，原子處于能量較高的不穩(wěn)定狀態(tài)，在腐蝕介質(zhì)作用下，晶界往往優(yōu)先被腐蝕形成微裂紋。先被腐蝕形成微裂紋。多晶體塑性變形的特點(diǎn)1、各晶粒變形的不同時(shí)性2、各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性： a) 面心立方金屬塑性好 b) 密排六方金屬塑性差冷加工困難 3、各晶粒塑性變形量不均勻： a)由于晶界的影響和晶粒位向不同的影響，各個(gè)晶粒變形不均勻，有的變形量大有的變

17、形量??；即使是同一個(gè)晶粒變形也不均勻，晶粒中心區(qū)域變形量較大，晶界及其附近區(qū)域變形量小。 b)雙晶粒試樣拉伸變形后的形狀如圖，晶界處呈竹節(jié)狀，說(shuō)明晶界處滑移受阻變形量小，而晶粒內(nèi)部變形量較大。 2 2晶界的作用及晶粒大小的影響晶界的作用及晶粒大小的影響 不同時(shí)性、相互協(xié)調(diào)性、不均勻性和單位體積內(nèi)晶界越多，不同時(shí)性、相互協(xié)調(diào)性、不均勻性和單位體積內(nèi)晶界越多，變形抗力越大。變形抗力越大。5.2.2 5.2.2 多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu)多晶體的塑性變形機(jī)構(gòu) 1 1晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng) 2 2溶解溶解-沉積機(jī)構(gòu)沉積機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)到另一相該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體

18、的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)到另一相的晶體中去。的晶體中去。 保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件 : : （1 1）隨著溫度的變化或原有相晶體表面大小及曲率的變化，伴）隨著溫度的變化或原有相晶體表面大小及曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。隨有最大的溶解度改變。 （2 2）變形時(shí)，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。）變形時(shí)，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。 3 3非晶機(jī)構(gòu)非晶機(jī)構(gòu) 非晶機(jī)構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，多晶非晶機(jī)構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，多晶體中的原子非同步的連續(xù)的在應(yīng)力場(chǎng)和熱激活的作用下，體中的原子非同步的連續(xù)的在應(yīng)力場(chǎng)和熱

19、激活的作用下，發(fā)生定向遷移的過(guò)程。發(fā)生定向遷移的過(guò)程。 2. 2. 3 2. 2. 3 合金的塑性變形合金的塑性變形 （1 1）單相固溶體合金的變形）單相固溶體合金的變形 （2 2）多相合金的變形）多相合金的變形 單相固溶體合金的變形單相固溶體合金的變形 單相固溶體的顯微組織與純金屬相似，因而其變形單相固溶體的顯微組織與純金屬相似，因而其變形情況也與之類(lèi)同，但是在固溶體中由于溶質(zhì)原子的存情況也與之類(lèi)同，但是在固溶體中由于溶質(zhì)原子的存在，使其對(duì)塑性變形的抗力增加。固溶體的強(qiáng)度、硬在，使其對(duì)塑性變形的抗力增加。固溶體的強(qiáng)度、硬度一般都比其溶劑金屬高，而塑性、韌性則有所降低，度一般都比其溶劑金屬高，

20、而塑性、韌性則有所降低，并具有較大的加工硬化率。并具有較大的加工硬化率。 溶質(zhì)原子的作用主要表現(xiàn)在溶質(zhì)原子的作用主要表現(xiàn)在固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化(Solid-solution Strenthening)作用，提高塑作用，提高塑性變形抗力。性變形抗力。 1. 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：固溶體合金的固溶體合金的-曲線：由于溶質(zhì)原子加入使曲線：由于溶質(zhì)原子加入使s 和整個(gè)和整個(gè)-曲線的水曲線的水平提高。平提高。 影響固溶強(qiáng)化的因素：影響固溶強(qiáng)化的因素： 溶質(zhì)原子類(lèi)型及濃度。溶質(zhì)原子類(lèi)型及濃度。 溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸差。相差大時(shí)強(qiáng)化作用大。溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸差。相差大時(shí)強(qiáng)化作用

21、大。 間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶原子固溶強(qiáng)化效果好。間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶原子固溶強(qiáng)化效果好。 溶質(zhì)原子與基體金屬價(jià)電子數(shù)差。價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化作用大。溶質(zhì)原子與基體金屬價(jià)電子數(shù)差。價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化作用大。 固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用、化學(xué)交互作用和靜電交固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用、化學(xué)交互作用和靜電交互作用?；プ饔?。單相固溶體合金塑性變形單相固溶體合金塑性變形Cu-Ni固溶體的力學(xué)性能與成分的關(guān)系固溶體的力學(xué)性能與成分的關(guān)系多相合金的變形多相合金的變形 多相合金中的第二相可以是純金屬、固溶體或化多相合金中的第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，其塑性變

22、形不僅和基體相的性質(zhì)，而且和第二合物，其塑性變形不僅和基體相的性質(zhì)，而且和第二相（或更多相）的性質(zhì)及存在狀態(tài)有關(guān)。如第二相本相（或更多相）的性質(zhì)及存在狀態(tài)有關(guān)。如第二相本身的強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化性質(zhì)、尺寸大小、形狀、身的強(qiáng)度、塑性、應(yīng)變硬化性質(zhì)、尺寸大小、形狀、數(shù)量、分布狀態(tài)、兩相間的晶體學(xué)匹配、界面能、界數(shù)量、分布狀態(tài)、兩相間的晶體學(xué)匹配、界面能、界面結(jié)合情況等等。面結(jié)合情況等等。 多相合金的基本相為固溶體。第二相是用來(lái)強(qiáng)化的一種多相合金的基本相為固溶體。第二相是用來(lái)強(qiáng)化的一種重要方式，它可以通相變熱處理重要方式，它可以通相變熱處理沉淀強(qiáng)化（沉淀強(qiáng)化（precipitation streng

23、thening）、時(shí)效強(qiáng)化（）、時(shí)效強(qiáng)化（age hardening）或粉末冶金或粉末冶金法法彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化來(lái)獲得。來(lái)獲得。 根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將合金分為：根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將合金分為： (1) 聚合型兩相合金聚合型兩相合金(兩相尺寸、性能相近兩相尺寸、性能相近) (2)彌散分布型兩相合金彌散分布型兩相合金(兩相尺寸、性能相差很大兩相尺寸、性能相差很大)多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形（1 1）聚合型兩相合金的塑性變形）聚合型兩相合金的塑性變形 合金中第二相粒子的尺寸與基體晶粒的尺寸如屬同一數(shù)合金中第二相粒子的尺寸與基體晶粒的尺寸如屬同一數(shù)量級(jí)，就稱(chēng)為聚合型兩相合金。在聚

24、合型兩相合金中，如果量級(jí)，就稱(chēng)為聚合型兩相合金。在聚合型兩相合金中，如果兩個(gè)相都具有塑性，則合金的變形情況決定于兩相的體積分兩個(gè)相都具有塑性，則合金的變形情況決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)。即：數(shù)。即：2211ff2211ff 如果聚合型合金兩相中一個(gè)為塑性相，一個(gè)為硬脆相，如果聚合型合金兩相中一個(gè)為塑性相，一個(gè)為硬脆相，則合金在塑性變形過(guò)程所表現(xiàn)的性能與第二相的相對(duì)含量有則合金在塑性變形過(guò)程所表現(xiàn)的性能與第二相的相對(duì)含量有關(guān)，還與第二相的形狀、大小、分布有關(guān)。關(guān)，還與第二相的形狀、大小、分布有關(guān)。討論：討論：(1) 若硬脆相呈連續(xù)分布在塑性相若硬脆相呈連續(xù)分布在塑性相(基體基體)晶界上，則經(jīng)少量變晶界

25、上，則經(jīng)少量變形后會(huì)發(fā)生沿晶脆斷。脆性相越多，網(wǎng)狀越連續(xù)，塑性越形后會(huì)發(fā)生沿晶脆斷。脆性相越多，網(wǎng)狀越連續(xù)，塑性越差。如過(guò)共析鋼中二次差。如過(guò)共析鋼中二次Fe3C呈網(wǎng)狀分布于鐵素體晶界上。呈網(wǎng)狀分布于鐵素體晶界上。 (2) 若硬脆相呈層片狀分布在基體相中，由于變形主要集中在若硬脆相呈層片狀分布在基體相中，由于變形主要集中在基體相中，且位錯(cuò)移動(dòng)被限制在很短距離內(nèi)，增加了繼續(xù)基體相中，且位錯(cuò)移動(dòng)被限制在很短距離內(nèi)，增加了繼續(xù)變形的阻力，使其強(qiáng)度提高。如鋼中的片狀變形的阻力，使其強(qiáng)度提高。如鋼中的片狀P由片狀由片狀和片和片狀狀Fe3C相間組成。相間組成。 (3) 若硬脆相呈粒狀分布于基體中，因基體相

26、連續(xù)，第二相若硬脆相呈粒狀分布于基體中，因基體相連續(xù)，第二相對(duì)基體變形的阻礙作用大大減弱，具有強(qiáng)度和塑性的配合。對(duì)基體變形的阻礙作用大大減弱，具有強(qiáng)度和塑性的配合。如：粒狀如：粒狀P中中Fe3C呈顆粒分布，鋼具有良好的綜合力學(xué)性呈顆粒分布，鋼具有良好的綜合力學(xué)性能能（2 2）彌散分布型兩相合金的塑性變形）彌散分布型兩相合金的塑性變形 兩相合金中，如果第二相粒子十分細(xì)小，并兩相合金中，如果第二相粒子十分細(xì)小，并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，則稱(chēng)為彌散分布型且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，則稱(chēng)為彌散分布型兩相合金。在這種情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)可能使合兩相合金。在這種情況下，第二相質(zhì)點(diǎn)可能使合金的強(qiáng)度顯著提高而對(duì)

27、塑性和韌性的不利影響可金的強(qiáng)度顯著提高而對(duì)塑性和韌性的不利影響可減至最小程度。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形態(tài)存在而減至最小程度。第二相以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)的形態(tài)存在而合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱(chēng)合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象稱(chēng)彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化。 （1 1）不可變形粒子）不可變形粒子 （2 2）可變形粒子）可變形粒子 不可變形粒子的強(qiáng)化作用不可變形粒子的強(qiáng)化作用 粒子周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)，而其余部分則越過(guò)粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。粒子周?chē)粝挛诲e(cuò)環(huán)，而其余部分則越過(guò)粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。 位錯(cuò)線彎曲繞過(guò)第二相粒子所需要的切應(yīng)力為：位錯(cuò)線彎曲繞過(guò)第二相粒子所需要的切應(yīng)力為： = Gb/L L第二相粒子間距第二相粒子間距 這是一臨界值，只有外加切應(yīng)力大于上述臨界

28、值時(shí)，這是一臨界值，只有外加切應(yīng)力大于上述臨界值時(shí)，位錯(cuò)線才能繞過(guò)去。因此，位錯(cuò)線才能繞過(guò)去。因此， 1/L，粒子越多，粒子越多, L越小，越小，大大.強(qiáng)化效果愈明顯。減小粒子尺寸或提高粒子的體積分強(qiáng)化效果愈明顯。減小粒子尺寸或提高粒子的體積分?jǐn)?shù)都可以合金強(qiáng)度提高。理論計(jì)算數(shù)都可以合金強(qiáng)度提高。理論計(jì)算小到小到2050個(gè)原子間距個(gè)原子間距時(shí)，強(qiáng)化效果最佳。時(shí)，強(qiáng)化效果最佳。位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子的示意圖位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子的示意圖可變形微粒的強(qiáng)化作用可變形微粒的強(qiáng)化作用 可變形粒子的合金中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與粒子相遇時(shí)切過(guò)機(jī)制，即第二相粒子可變形粒子的合金中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與粒子相遇時(shí)切過(guò)機(jī)制，即第二相粒子在位錯(cuò)切過(guò)

29、粒子時(shí)隨同基體一起變形。其強(qiáng)化作用取決于粒子本身的性質(zhì)在位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)隨同基體一起變形。其強(qiáng)化作用取決于粒子本身的性質(zhì)及粒子與基體的聯(lián)系?？勺冃瘟Ｗ拥闹饕饔糜幸韵聨追矫妫杭傲Ｗ优c基體的聯(lián)系?？勺冃瘟Ｗ拥闹饕饔糜幸韵聨追矫妫?1、 位錯(cuò)切過(guò)粒子位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)時(shí),粒子產(chǎn)生寬度為粒子產(chǎn)生寬度為b的臺(tái)階，出現(xiàn)了新的表面積，界面的臺(tái)階，出現(xiàn)了新的表面積，界面能升高。能升高。 2 、第二相粒子與基體點(diǎn)陣不同，晶格常數(shù)也不同，位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)，引、第二相粒子與基體點(diǎn)陣不同，晶格常數(shù)也不同，位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)，引起滑移面上原子錯(cuò)排，需要做功，給位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)困難。起滑移面上原子錯(cuò)排，需要做功，給位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)困難。

30、 3 、沉淀相顆粒的共格應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)之間產(chǎn)生彈性交互作用，阻、沉淀相顆粒的共格應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)之間產(chǎn)生彈性交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 4 、位錯(cuò)切過(guò)后產(chǎn)生一割階，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。、位錯(cuò)切過(guò)后產(chǎn)生一割階，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 5 、當(dāng)顆粒的彈性切變模量高于基體時(shí)，位錯(cuò)進(jìn)入沉淀相便增大位錯(cuò)自身、當(dāng)顆粒的彈性切變模量高于基體時(shí)，位錯(cuò)進(jìn)入沉淀相便增大位錯(cuò)自身的彈性畸變能，引起位錯(cuò)和線張力變大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到更大的阻力。的彈性畸變能，引起位錯(cuò)和線張力變大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)遇到更大的阻力。位錯(cuò)行為位錯(cuò)行為 Dislocation BehaviorDislocation Behavior材料強(qiáng)化的方法：

31、（1）加工硬化：由于位錯(cuò)塞積、纏結(jié)及其相互作用，阻止）加工硬化：由于位錯(cuò)塞積、纏結(jié)及其相互作用，阻止位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。（2）細(xì)晶強(qiáng)化：晶界上的原子排列不規(guī)則，且雜質(zhì)缺陷多，）細(xì)晶強(qiáng)化：晶界上的原子排列不規(guī)則，且雜質(zhì)缺陷多，能量較高，阻礙位錯(cuò)的通過(guò)，且晶粒細(xì)小時(shí)，變形均勻，應(yīng)能量較高，阻礙位錯(cuò)的通過(guò)，且晶粒細(xì)小時(shí)，變形均勻，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生和傳播。力集中小，裂紋不易萌生和傳播。（3）固溶強(qiáng)化：位錯(cuò)與溶質(zhì)相互作用，即柯氏氣團(tuán)阻礙位）固溶強(qiáng)化：位錯(cuò)與溶質(zhì)相互作用，即柯氏氣團(tuán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。（4）彌散強(qiáng)化：由于位錯(cuò)繞過(guò)、切過(guò)第二相粒子，需要增）彌散強(qiáng)化：由于位錯(cuò)繞過(guò)、切

32、過(guò)第二相粒子，需要增加額外的能量（如表面能或錯(cuò)排能），同時(shí)，粒子周?chē)膹椉宇~外的能量（如表面能或錯(cuò)排能），同時(shí)，粒子周?chē)膹椥詰?yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 細(xì)化晶粒改善塑性和韌性的機(jī)理： 晶粒越小，晶粒內(nèi)部的應(yīng)變與晶界附近的應(yīng)變相差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中造成裂紋的機(jī)會(huì)越少，這就有可能在斷裂前發(fā)生較大的變形量，也就是得到較大的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率 晶粒越小，裂紋不易產(chǎn)生且不易擴(kuò)展，因而在斷裂過(guò)程中吸收了較多的能量，即表現(xiàn)出較高的韌性5. 2. 4 5. 2. 4 變形機(jī)制圖變形機(jī)制圖 3. 3 3. 3 影響金屬塑性的因素影響金屬塑性的因

33、素 3.3.1 3.3.1 影響塑性的內(nèi)部因素影響塑性的內(nèi)部因素 3.3.2 3.3.2 影響金屬塑性的外部因素影響金屬塑性的外部因素 3.3.3 3.3.3 提高金屬塑性的主要途徑提高金屬塑性的主要途徑 3.3.1 3.3.1 影響塑性的內(nèi)部因素影響塑性的內(nèi)部因素 1 1化學(xué)成分化學(xué)成分 （1 1）雜質(zhì)）雜質(zhì) （2 2）合金元素對(duì)塑性的影響）合金元素對(duì)塑性的影響 2 2組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。包括組元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。 圖圖5-135-13說(shuō)明說(shuō)明Mg-Al-ZnMg-Al-Zn系變形鎂合金中的鋁、鋅含系變形鎂合金中的鋁、鋅含量對(duì)塑性和強(qiáng)度

34、有影響。由圖量對(duì)塑性和強(qiáng)度有影響。由圖5-13a5-13a可知，隨鋁含量的可知，隨鋁含量的增加，合金的塑性指標(biāo)（）逐漸降低，當(dāng)鋁含量超過(guò)增加，合金的塑性指標(biāo)（）逐漸降低，當(dāng)鋁含量超過(guò)12%12%時(shí)值幾乎降低到零，而圖時(shí)值幾乎降低到零，而圖5-13b5-13b表明，當(dāng)含約表明，當(dāng)含約5%5%以以下的鋅時(shí)，卻能使合金的塑性得到改善。下的鋅時(shí)，卻能使合金的塑性得到改善。 2.3.2 2.3.2 影響金屬塑性的外部因素影響金屬塑性的外部因素 1.1.變形溫度變形溫度 金屬的塑性可能因?yàn)闇囟鹊纳呙鞫玫礁纳?。金屬的塑性可能因?yàn)闇囟鹊纳呙鞫玫礁纳啤?2.2.變形速度變形速度 變形速度對(duì)塑性的影響比較

35、復(fù)雜。當(dāng)變形速度不大時(shí)，變形速度對(duì)塑性的影響比較復(fù)雜。當(dāng)變形速度不大時(shí)，隨變形速度的提高塑性是降低的；而當(dāng)變形速度較大時(shí)，塑隨變形速度的提高塑性是降低的；而當(dāng)變形速度較大時(shí)，塑性隨變形速度的提高反而變好。性隨變形速度的提高反而變好。塑性變形速度，變形速度，1/秒秒鋁合金冷擠壓時(shí)因熱效應(yīng)所增加的溫度鋁合金冷擠壓時(shí)因熱效應(yīng)所增加的溫度3.3.變形程度變形程度 變形程度對(duì)塑性的影響，是同加工硬化及加工過(guò)程中伴變形程度對(duì)塑性的影響，是同加工硬化及加工過(guò)程中伴隨著塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生的裂紋傾向聯(lián)系在一起的。隨著塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生的裂紋傾向聯(lián)系在一起的。 在熱變形過(guò)程中，變形程度與變形溫度在熱變形過(guò)程中

36、，變形程度與變形溫度- -速度條件是相速度條件是相互聯(lián)系著的，當(dāng)加工硬化與裂紋胚芽的修復(fù)速度大于發(fā)生速互聯(lián)系著的，當(dāng)加工硬化與裂紋胚芽的修復(fù)速度大于發(fā)生速度時(shí)，可以說(shuō)變形程度對(duì)塑性影響不大。度時(shí)，可以說(shuō)變形程度對(duì)塑性影響不大。 對(duì)于冷變形而言，由于沒(méi)有上述的修復(fù)過(guò)程，一般都是對(duì)于冷變形而言，由于沒(méi)有上述的修復(fù)過(guò)程，一般都是隨著變形程度的增加而降低塑性。隨著變形程度的增加而降低塑性。4.4.應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 靜水壓力對(duì)提高金屬塑性的良好影響，可由下述原因靜水壓力對(duì)提高金屬塑性的良好影響，可由下述原因所造成：所造成：（1 1）體壓縮能遏止晶粒邊界的相對(duì)移動(dòng)，使晶間變形困難。）體壓縮能遏止晶粒邊界的

37、相對(duì)移動(dòng)，使晶間變形困難。 （2 2）體壓縮能促進(jìn)由于塑性變形和其它原因而破壞了晶內(nèi)）體壓縮能促進(jìn)由于塑性變形和其它原因而破壞了晶內(nèi)聯(lián)系的恢復(fù)。聯(lián)系的恢復(fù)。 （3 3）體壓縮能完全或局部地消除變形物體內(nèi)數(shù)量很小的某）體壓縮能完全或局部地消除變形物體內(nèi)數(shù)量很小的某些夾雜物甚至液相對(duì)塑性的不良影響。些夾雜物甚至液相對(duì)塑性的不良影響。 （4 4）體壓縮能完全抵償或者大大降低由于不均勻變形所引）體壓縮能完全抵償或者大大降低由于不均勻變形所引起的拉伸附加應(yīng)力，從而減輕了拉應(yīng)力的不良影響。起的拉伸附加應(yīng)力，從而減輕了拉應(yīng)力的不良影響。 5.5.變形狀態(tài)變形狀態(tài) 6.6.尺寸因素尺寸因素 7.7.周?chē)橘|(zhì)周

38、圍介質(zhì) （1 1）周?chē)橘|(zhì)和氣氛能使變形物體表面層溶解并與金）周?chē)橘|(zhì)和氣氛能使變形物體表面層溶解并與金屬基體形成脆性相，因而使變形物體呈現(xiàn)脆性狀態(tài)。屬基體形成脆性相，因而使變形物體呈現(xiàn)脆性狀態(tài)。 （2 2）周?chē)橘|(zhì)的作用能引起變形物體表面層的腐蝕以）周?chē)橘|(zhì)的作用能引起變形物體表面層的腐蝕以及化學(xué)成分的改變，使塑性降低。及化學(xué)成分的改變，使塑性降低。 （3 3）有些介質(zhì)（如潤(rùn)滑劑）吸附在變形金屬的表面上，）有些介質(zhì)（如潤(rùn)滑劑）吸附在變形金屬的表面上，可使金屬塑性變形能力增加?？墒菇饘偎苄宰冃文芰υ黾?。 2.3.3 2.3.3 提高金屬塑性的主要途徑提高金屬塑性的主要途徑提高塑性的主要途徑有以

39、下幾個(gè)方面：提高塑性的主要途徑有以下幾個(gè)方面：(1)(1)控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組控制化學(xué)成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；織的均勻性；(2)(2)采用合適的變形溫度采用合適的變形溫度速度制度；速度制度；(3)(3)選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過(guò)程，減小變形的不均勻選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過(guò)程，減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)；(4)(4)避免加熱和加工時(shí)周?chē)橘|(zhì)的不良影響。避免加熱和加工時(shí)周?chē)橘|(zhì)的不良影響。 2. 4 2. 4 金屬的超塑性金屬的超塑性 2. 4. 1 超塑性的基本概念超塑性的基本概念 金屬材料在受到拉

40、伸應(yīng)力時(shí)，顯示出很大的延伸率而不金屬材料在受到拉伸應(yīng)力時(shí)，顯示出很大的延伸率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸率能超過(guò)產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸率能超過(guò)100%100%的材料統(tǒng)稱(chēng)為的材料統(tǒng)稱(chēng)為“超塑性材料超塑性材料”，相應(yīng)地把延伸率超過(guò)，相應(yīng)地把延伸率超過(guò)100%100%的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做“超超塑性塑性”。 金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即大延伸、無(wú)縮大延伸、無(wú)縮頸、小應(yīng)力、易成形頸、小應(yīng)力、易成形。 2. 4. 2 2. 4. 2 超塑性的分類(lèi)超塑性的分類(lèi) 按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等）可將超塑性

41、分為以下幾類(lèi)。等）可將超塑性分為以下幾類(lèi)。 1 1恒溫超塑性或第一類(lèi)超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特恒溫超塑性或第一類(lèi)超塑性。根據(jù)材料的組織形態(tài)特點(diǎn)也稱(chēng)之為點(diǎn)也稱(chēng)之為細(xì)晶超塑性細(xì)晶超塑性。 特特點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的超細(xì)等軸晶粒組織，在一點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的超細(xì)等軸晶粒組織，在一定的溫度區(qū)間（定的溫度區(qū)間（T0.4TM）和一定的變形速度（）和一定的變形速度（10-410-1分分-1）條件下出現(xiàn)超塑性。）條件下出現(xiàn)超塑性。 晶粒直徑多在晶粒直徑多在5m以下。以下。 2 2相變超塑性或第二類(lèi)超塑性，又稱(chēng)為相變超塑性或第二類(lèi)超塑性，又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)超塑性動(dòng)態(tài)超塑性或變或變態(tài)超塑性。態(tài)超塑性。 相變超塑性，并不要求材

42、料具有超細(xì)晶粒組織，相變超塑性，并不要求材料具有超細(xì)晶粒組織，而是在一定的溫度和應(yīng)力條件下，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)相變而是在一定的溫度和應(yīng)力條件下，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得大延伸率。產(chǎn)生相變超塑性的或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變而獲得大延伸率。產(chǎn)生相變超塑性的必要條件，是材料應(yīng)具有固態(tài)相變的特性，并在外加必要條件，是材料應(yīng)具有固態(tài)相變的特性，并在外加載荷作用下，在相變溫度上下循環(huán)加熱與冷卻，誘發(fā)載荷作用下，在相變溫度上下循環(huán)加熱與冷卻，誘發(fā)產(chǎn)生反復(fù)的組織結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反復(fù)的組織結(jié)構(gòu)變化，使金屬原子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)而呈現(xiàn)出超塑性。而呈現(xiàn)出超塑性。 相變超塑性不要求微細(xì)等軸晶粒，這是有利的，相

43、變超塑性不要求微細(xì)等軸晶粒，這是有利的，但要求變形溫度反復(fù)變化，給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)困難，故但要求變形溫度反復(fù)變化，給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)困難，故使用上受到限制。使用上受到限制。 3 3其它超塑性或第三類(lèi)超塑性。其它超塑性或第三類(lèi)超塑性。 近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，普通非超塑性材料在一定條件下快近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，普通非超塑性材料在一定條件下快速變形時(shí)，也能顯示出超塑性。速變形時(shí)，也能顯示出超塑性。 有些材料在消除應(yīng)力退火過(guò)程中，在應(yīng)力作用下有些材料在消除應(yīng)力退火過(guò)程中，在應(yīng)力作用下也可以得到超塑性，也可以得到超塑性，Al-5%SiAl-5%Si及及Al-4%CuAl-4%Cu合金在溶解度合金在溶解度曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到

44、超塑性。此外，國(guó)外曲線上下施以循環(huán)加熱可以得到超塑性。此外，國(guó)外正在研究的還有升溫超塑性，異向超塑性等。正在研究的還有升溫超塑性，異向超塑性等。 有人把上述的第二類(lèi)及第三類(lèi)超塑性統(tǒng)稱(chēng)為有人把上述的第二類(lèi)及第三類(lèi)超塑性統(tǒng)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)超塑性超塑性，或環(huán)境超塑性。，或環(huán)境超塑性。 2. 4. 3 2. 4. 3 細(xì)晶超塑性細(xì)晶超塑性 細(xì)晶超塑性又稱(chēng)為組織超塑性，在試驗(yàn)中已發(fā)現(xiàn)細(xì)晶超塑性又稱(chēng)為組織超塑性，在試驗(yàn)中已發(fā)現(xiàn)細(xì)晶超塑性有許多重要特征，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方細(xì)晶超塑性有許多重要特征，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。面的內(nèi)容。1 1變形力學(xué)特征變形力學(xué)特征 超塑性金屬由于沒(méi)有（或很?。┘庸び不谒?/p>

45、超塑性金屬由于沒(méi)有（或很?。┘庸び不?，在塑性變形開(kāi)始后，有一段很長(zhǎng)的均勻變形過(guò)程，最后達(dá)性變形開(kāi)始后，有一段很長(zhǎng)的均勻變形過(guò)程，最后達(dá)到百分之幾或甚至幾千的高延伸率，其工程應(yīng)力到百分之幾或甚至幾千的高延伸率，其工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖應(yīng)變曲線如圖5-26a5-26a所示，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)最大值后，隨著所示，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)最大值后，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力緩慢地連續(xù)下降。應(yīng)變的增加，應(yīng)力緩慢地連續(xù)下降。 金屬的塑性與超塑性：2 2金屬組織特征金屬組織特征 到目前為止所發(fā)現(xiàn)的細(xì)晶超塑性材料，大部分是共析到目前為止所發(fā)現(xiàn)的細(xì)晶超塑性材料，大部分是共析和共晶合金，其顯微組織要求有極細(xì)的晶粒度、等軸、雙和共晶合金，其顯微

46、組織要求有極細(xì)的晶粒度、等軸、雙相及穩(wěn)定的組織。要求雙相，是因?yàn)榈诙嗄茏柚鼓赶嗑嗉胺€(wěn)定的組織。要求雙相，是因?yàn)榈诙嗄茏柚鼓赶嗑ЯｉL(zhǎng)大，而母相也能阻止第二相的長(zhǎng)大；要求穩(wěn)定，是指粒長(zhǎng)大，而母相也能阻止第二相的長(zhǎng)大；要求穩(wěn)定，是指在變形過(guò)程中晶料長(zhǎng)大的速度要慢，以便有充分的熱變形在變形過(guò)程中晶料長(zhǎng)大的速度要慢，以便有充分的熱變形持續(xù)時(shí)間；超塑性變形過(guò)程中，晶界起著很重要的作用，持續(xù)時(shí)間；超塑性變形過(guò)程中，晶界起著很重要的作用，要求晶粒的邊界比例大，并且晶界要平坦，易于滑動(dòng)，所要求晶粒的邊界比例大，并且晶界要平坦，易于滑動(dòng)，所以要求晶粒細(xì)小、等軸。在這些因素中，晶粒尺寸是主要以要求晶粒細(xì)小、等

47、軸。在這些因素中，晶粒尺寸是主要的影響因素。一般認(rèn)為直徑大于的影響因素。一般認(rèn)為直徑大于10m10m的晶粒組織是難于的晶粒組織是難于實(shí)現(xiàn)超塑性的。實(shí)現(xiàn)超塑性的。 2. 4. 4 2. 4. 4 細(xì)晶超塑性變形的機(jī)理細(xì)晶超塑性變形的機(jī)理 1 1擴(kuò)散蠕變理論擴(kuò)散蠕變理論 1973年年M. F. Ashby和和R. A. Verrall提出了一個(gè)由晶內(nèi)提出了一個(gè)由晶內(nèi)-晶晶界擴(kuò)散蠕變過(guò)程共同調(diào)節(jié)的晶界滑動(dòng)模型。界擴(kuò)散蠕變過(guò)程共同調(diào)節(jié)的晶界滑動(dòng)模型。 擴(kuò)散蠕變理論應(yīng)用于超塑性變形時(shí)，有兩種現(xiàn)象不能解擴(kuò)散蠕變理論應(yīng)用于超塑性變形時(shí)，有兩種現(xiàn)象不能解釋?zhuān)横專(zhuān)?）在蠕變變形中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，）在蠕變變形

48、中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，m=1，而在，而在超塑性變形中，超塑性變形中，m值總是處于值總是處于0.50.8之間。之間。2）在蠕變變）在蠕變變形中，晶粒沿著外力方向被拉長(zhǎng)，但在超塑性變形中，形中，晶粒沿著外力方向被拉長(zhǎng)，但在超塑性變形中，晶粒仍保持等軸狀。因此，經(jīng)典的擴(kuò)散蠕變理論不能完晶粒仍保持等軸狀。因此，經(jīng)典的擴(kuò)散蠕變理論不能完全說(shuō)明超塑性變形時(shí)的基本物理過(guò)程，也解釋不了它的全說(shuō)明超塑性變形時(shí)的基本物理過(guò)程，也解釋不了它的主要力學(xué)特征。所以該理論能主要力學(xué)特征。所以該理論能否作為超塑性變形的一個(gè)否作為超塑性變形的一個(gè)主要機(jī)理，還不十分清楚。主要機(jī)理，還不十分清楚。 2 2晶界滑動(dòng)理論晶界滑動(dòng)理論

49、 超細(xì)晶粒材料的晶界有異乎尋常大的總面積，因超細(xì)晶粒材料的晶界有異乎尋常大的總面積，因此晶界運(yùn)動(dòng)在超塑性變形中起著極其重要的作用。晶此晶界運(yùn)動(dòng)在超塑性變形中起著極其重要的作用。晶界運(yùn)動(dòng)分為滑動(dòng)和移動(dòng)兩種，前者為晶粒沿晶界的滑界運(yùn)動(dòng)分為滑動(dòng)和移動(dòng)兩種，前者為晶粒沿晶界的滑移，后者為相鄰晶粒間沿晶界產(chǎn)生的遷移。移，后者為相鄰晶粒間沿晶界產(chǎn)生的遷移。 在研究超塑性變形機(jī)理的過(guò)程中，曾提出了許多在研究超塑性變形機(jī)理的過(guò)程中，曾提出了許多晶界滑動(dòng)的理論模型。晶界滑動(dòng)的理論模型。 3 3動(dòng)態(tài)再結(jié)晶理論動(dòng)態(tài)再結(jié)晶理論 晶界移動(dòng)（遷移）與再結(jié)晶現(xiàn)象密切相關(guān)，這種晶界移動(dòng)（遷移）與再結(jié)晶現(xiàn)象密切相關(guān)，這種再結(jié)晶可使內(nèi)部有畸變的晶粒變?yōu)闊o(wú)畸變的晶粒