金屬塑性成形原理---第二章_金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)課件

1、金屬塑性成形原理-第二章_金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)典型的晶胞結(jié)構(gòu)面心立方 典型金屬Al、Cu、Ag、Ni、-Fe典型的晶胞結(jié)構(gòu)體心立方 典型金屬-Fe、-Ti、Cr、W、V 、Mo典型的晶胞結(jié)構(gòu)密排六方 典型金屬-Ti、-Co、Be、Mg、Zn、Cd三種晶胞的晶格結(jié)構(gòu)一、塑性變形機(jī)理實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)單晶體:各方向上的原子密度不同各向異性多晶體:晶粒方向性互相抵消各向同性塑性成形所用的金屬材料絕大多數(shù)為多晶體，其變形過程比單晶體復(fù)雜的多。多晶體塑性變形的分類多晶體的塑性變形方式晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿生滑動轉(zhuǎn)動以晶內(nèi)變形為主，晶間變形對晶內(nèi)變形起協(xié)調(diào)作用。1、晶內(nèi)變形主要方式：滑移：晶體在力的作用

2、下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對移動或切變孿生：晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面（孿生面）和一定的晶向（孿生方向）發(fā)生均勻切變滑移面示意滑移的定義所謂滑移，是指晶體（單晶體或構(gòu)成多晶體中的一個晶粒）在力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向，相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對移動或切變。這些晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向?；泼婧突品较虻慕M合稱為滑移系（滑移系的存在只說明金屬晶體長生滑移的可能性）滑移面、滑移方向和滑移系滑移面、滑移方向一般地說，滑移總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生，沿原子排列最密集的方向滑移阻力最小，最容易成為滑移方向?；?/p>

3、移系多的金屬要比滑移系少的金屬，變形協(xié)調(diào)性好、塑性高?；泼鎸囟染哂忻舾行裕簻囟壬?，金屬出現(xiàn)新的滑移系，塑性相應(yīng)的提高?；茣r的臨界切應(yīng)力晶體進(jìn)入塑性時，在滑移面上，沿滑移方向的切應(yīng)力稱為臨界切應(yīng)力臨界切應(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)的完整性、變形溫度、應(yīng)變速率、和預(yù)先變形程度等因素?；葡瞪纤艿那袘?yīng)力分量取決于取向因子滑移時晶體的取向令=coscos，稱為取向因子。若=45，則=max=0.5，=max=/2。此意味著該滑移系處于最佳取向，其上的切應(yīng)力分量最有利于優(yōu)先達(dá)到臨界值而發(fā)生滑移，這種取向稱為軟取向；而當(dāng)=90，=0或=0，=90時，=0此時無論多大，滑

4、移的驅(qū)動力恒等于零，處于此取向的滑移系不能發(fā)生滑移，這種取向稱為硬取向?；茣r晶體的轉(zhuǎn)動晶體在滑移過程中，由于受到外界的約束作用會發(fā)生轉(zhuǎn)動就單晶體拉伸變形來說，滑移面會力圖向拉力方向轉(zhuǎn)動而滑移方向則力圖向最大切應(yīng)力分量方向轉(zhuǎn)動對于多晶體，晶粒被拉長的同時，滑移面和滑移方向也朝一定方向轉(zhuǎn)動，各晶粒調(diào)整其方位而趨于一致位錯理論1926，弗蘭克爾，估算了晶體的剪切強(qiáng)度：假設(shè)：理想晶體兩排原子相距為a，同排原子間距為b。原子在平衡位置時，能量處于最低的位置。在外力作用下，原子偏離平衡位置時，能量上升，原子能量隨位置的變化為一余弦函數(shù)。通過計算晶體的臨界剪切應(yīng)力，并與實際的臨界剪切應(yīng)力進(jìn)行比較，人們發(fā)現(xiàn)

5、，理論計算的剪切強(qiáng)度比實驗所得到的剪切強(qiáng)度要高一千倍以上。位錯理論為了解釋這種理論值和實際值的差別，1934年泰勒（G.I.Taylor）、奧羅萬（E.Orowan）、和波蘭伊（M.Polanyi）幾乎在同一時間內(nèi)，分別提出了位錯假設(shè)。他們認(rèn)為在晶體內(nèi)存在著一種線缺陷，它在剪切應(yīng)力下更容易滑移，并引起塑性變形。隨著實驗手段的不斷發(fā)展，越來越多的事實證明了位錯的存在，形成了一種位錯理論。在隨后的幾十年中，這種位錯理論在金屬塑性變形的微觀研究上獲得了很大發(fā)展。位錯理論的發(fā)展也促進(jìn)了晶界理論、晶體缺陷等理論的發(fā)展。位錯的運動示意位錯的運動就像毛蟲爬行一樣，是局部區(qū)域先滑移，并逐步擴(kuò)大，而不是理想的剛

6、性滑動位錯運動的演示柏氏矢量（聯(lián)系材料科學(xué)基礎(chǔ)）刃形位錯的柏氏矢量與位錯線垂直螺形位錯的柏氏矢量與位錯線平行刃形位錯的柏氏矢量螺形位錯的柏氏矢量位錯的運動滑移攀移：正攀移、負(fù)攀移刃形位錯螺形位錯位錯的滑移-刃形位錯一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體時，就會在晶體表面產(chǎn)生寬度為一個柏氏矢量的臺階位錯的滑移-刃形位錯刃型位錯的移動方向與位錯線相互垂直位錯滑移的結(jié)果是在晶體表面形成一個寬度為柏氏矢量的臺階位錯的滑移-刃形位錯螺型位錯滑移過整個晶體后，也在晶體表面形成一個寬度為柏氏矢量的臺階。位錯移動的方向與柏氏矢量垂直，即與位錯線垂直位錯的攀移螺型位錯無攀移正攀移正刃型位錯位錯線上移 負(fù)刃型位錯位錯線

7、下移位錯的交割兩根刃型位錯線都在各自的滑移面上移動，則在相遇后交截分別形成各界，形成割階后仍分別在各自的平面內(nèi)運動。刃型位錯和螺型位錯交割時，在各自的位錯線上形成刃型割階，位錯線也能繼續(xù)滑移。螺型位錯和螺型位錯交割時，相交后形成的兩個割階被釘住而不能移動，只能通過攀移才能使割階移動。交滑移對于螺型位錯，所有包含位錯線的晶面都可能成為滑移面。交滑移：螺形位錯的柏氏矢量具有一定的靈活性，當(dāng)滑移受阻是，可離開原滑移面而沿另一晶面繼續(xù)移動 雙交滑移：發(fā)生交滑移的位錯，滑移再次受阻，而轉(zhuǎn)到與第一次的滑移面平行的的晶面繼續(xù)滑移刃型位錯不可能產(chǎn)生交滑移位錯塞積當(dāng)運動位錯遇上障礙物時，若外加應(yīng)力不夠大，就被阻

8、止在障礙物前，構(gòu)成位錯塞積要使塞積位錯群越過障礙物繼續(xù)滑移，必須增大外應(yīng)力，這是加工硬化的原因之一。位錯的增殖1950, 弗蘭克/瑞德提出了位錯增殖機(jī)制，即F-R源一端受釘扎的刃形位錯螺形位錯的交滑移孿生 孿生是單晶體塑性變形的另一種方式。孿生是以晶體中的一定的晶面（稱為孿晶面）沿著一定的晶向（孿生方向）移動而發(fā)生的。孿生在常溫下，大多數(shù)體心立方金屬滑移的臨界切應(yīng)力小于孿生，故滑移是優(yōu)先的變形方式；在很低的溫度下則相反，孿生才能發(fā)生對于面心立方金屬，孿生的臨界切應(yīng)力比滑移大，一般不發(fā)生孿生;在極低的溫度下或高速沖擊載荷下，孿生才有可能發(fā)生密排六方金屬由于滑移系少，滑移難以進(jìn)行，主要靠孿生方式變

9、形？滑移與孿生有什么異同點？2、晶間變形晶間變形的主要方式是晶粒之間的相互滑動和轉(zhuǎn)動晶粒之間的滑動和轉(zhuǎn)動晶間變形晶間變形不能簡單的看成是經(jīng)接觸的相對機(jī)械滑動，而是晶界附近具有一定厚度的區(qū)域內(nèi)發(fā)生應(yīng)變的結(jié)果。在冷態(tài)變形條件下，多晶體的塑性變形主要是晶內(nèi)變形，晶間變形知其次要的作用，而且需要其他的機(jī)制相協(xié)調(diào)。二、塑性成形的特點受晶界和晶粒位向的影響較大 多晶體塑性變形的抗力比單晶體高； 多晶體內(nèi)晶粒越細(xì)，晶界總面積就越大，金屬強(qiáng)度越高，塑性越好。多晶體變形不均勻性 晶粒受位向和晶界的約束，變形先后不一致，導(dǎo)致變形不均勻。 由于變形不均勻，晶粒內(nèi)部和晶粒之間存在不同的內(nèi)應(yīng)力，變形結(jié)束后不會消失，構(gòu)成

10、殘余應(yīng)力。綜上，即塑性變形具有不同時性，相互協(xié)調(diào)性以及不均勻 性。晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影響晶粒越細(xì)小，金屬屈服強(qiáng)度越大晶粒越小，金屬塑性越好晶粒細(xì)化對提高塑性成形件的表面質(zhì)量有利三、合金的塑性變形合金的相結(jié)構(gòu)有兩大類：固溶體（如鋼中的鐵素體、銅鋅合金中的相）和化合物（如鋼中的Fe3C、銅鋅合金中的相）常見的合金組織：單相固溶體合金、兩相或多相合金單相固溶體合金的塑性變形固溶強(qiáng)化：異類原子以置換或間隙方式溶入基體合金，對金屬的變形行為產(chǎn)生影響，使變形抗力和加工硬化率有所提高，塑性有所下降的現(xiàn)象應(yīng)變時效：應(yīng)變力作用下，材料的組織性能隨時間發(fā)生變化。當(dāng)退火狀態(tài)的低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點發(fā)

11、生少量塑性變形后卸載，然后立即重新加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服點，此時試樣不會再發(fā)生屈服現(xiàn)象。如果將預(yù)變性試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)200左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進(jìn)一步提高。多相合金的塑性變形按照第二相粒子的尺寸大小 ，可將其分為聚合型兩相合金：第二相粒子的尺寸與基體相晶粒尺寸屬于同一數(shù)量級彌散分布型兩相合金：第二相粒子十分微小，并彌散地分布在基體晶粒內(nèi)聚合型兩相合金的塑性變形此類合金并非都因第二相而產(chǎn)生強(qiáng)化，只有第二相較強(qiáng)時，合金才能得到強(qiáng)化滑移首先發(fā)生于較弱相中較強(qiáng)相數(shù)量很少，變形基本在較弱相中進(jìn)行較強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%，兩相以接近于相等的應(yīng)變發(fā)生變

12、形較強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)高于70%，該相變?yōu)榛w相彌散型兩相合金的塑性變形當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時，將產(chǎn)生顯著的硬化現(xiàn)象沉淀強(qiáng)化（時效強(qiáng)化）：第二相微粒是通過對過飽和固溶體的時效處理而沉淀析出并產(chǎn)生強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：第二相微粒是借助粉末冶金方法加入而起強(qiáng)化作用四、冷變形對金屬組織和性能的影響（一） 組織的變化晶粒形狀的變化：金屬經(jīng)冷加工變形后，其晶粒形狀發(fā)生變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變形一致。 晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶晶粒位相改變（變形織構(gòu)：多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調(diào)整其取向而彼此趨于一致。這種由于塑性變形的結(jié)果而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織）拉拔時產(chǎn)生絲織構(gòu)，軋制時產(chǎn)生板織構(gòu)（變形

13、織構(gòu)經(jīng)退火后和各向異性仍然存在）冷變形對金屬組織和性能的影響(二) 性能的變化加工硬化：隨變形程度的增加，金屬強(qiáng)度、硬度增加，而塑性韌性降低的現(xiàn)象，稱為加工硬化。加工硬化在金屬的塑性成形加工中，會使變形力顯著增加，對成形工件和模具都有一定的損害作用；但利用金屬加工硬化的性質(zhì)，對材料進(jìn)行預(yù)處理，會使其力學(xué)性能提高 曲線明顯可分為三個階段：I易滑移階段：發(fā)生單滑移，位錯移動和增殖所遇到的阻力很小，1很低，約為10-4G數(shù)量級。 II線性硬化階段：發(fā)生多系滑移，位錯運動困難，2遠(yuǎn)大于1 約為 G/100G/300 ，并接近于一常數(shù)。III拋物線硬化階段：與位錯的交滑移過程有關(guān)，3隨應(yīng)變增加而降低，應(yīng)

14、力應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€。2.2 金屬熱態(tài)下的塑性變形熱塑性變形的定義：從金屬學(xué)的角度看，再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形，稱為熱塑性變形或熱塑性加工。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)。在實際的金屬中，并不像理想金屬晶體中那樣，原子與原子緊密排列而是存在很多缺陷： 包括點缺陷、線缺陷和面缺陷點缺陷點缺陷包括：空位、間隙原子和異類原子間隙原子空位置換間隙原子異類間隙原子線缺陷位錯是晶體中的線缺陷，包括：韌性位錯、螺形位錯、混合位錯螺形位錯混合位錯面缺陷面缺陷是指二維缺陷，包括：堆垛層錯、晶界和亞晶界堆垛層錯（s

15、tacking fault） 抽出型層錯 插入型層錯如面心立方：ABCA（B）CABC 抽出ABC（B）ABCABC 插入晶界一般分為小角度晶界（10 ）晶界上的原子平均能量高于晶內(nèi)原子，高出的能量稱為晶界能。小角度晶界晶界亞晶界扭轉(zhuǎn)晶界一、熱塑性變形時的軟化過程熱塑性變形時的軟化過程比較復(fù)雜。按其性質(zhì)可分為以下幾種：動態(tài)回復(fù)，動態(tài)再結(jié)晶，靜態(tài)回復(fù)，靜態(tài)再結(jié)晶，亞動態(tài)再結(jié)晶等。動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的；而靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶則是在熱變形的間歇期間或熱變形后，利用金屬的高溫余熱進(jìn)行的。熱塑性變形時的軟化過程高層錯能金屬在熱軋變形程度較小(50)時，只發(fā)生動態(tài)回

16、復(fù)，隨后發(fā)生靜態(tài)回復(fù)；低層錯能金屬在熱軋變形程 度較小(50)時，只 發(fā)生動態(tài)回復(fù)，隨后 發(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài) 再結(jié)晶熱塑性變形時的軟化過程高層錯能金屬在熱擠壓變形程度很大(99)時，發(fā)生動態(tài)回復(fù)，出?？缀蟀l(fā)生靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶；低 層錯能金屬在熱擠 壓變形程度很大 (99) 時，發(fā)生動 態(tài)再結(jié)晶，出?？?后發(fā)生亞動態(tài)再結(jié) 晶（一） 靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶靜態(tài)回復(fù)：金屬在塑性變形期間所吸收的機(jī)械能，大部分用來改變金屬的形狀和變?yōu)闊崮芏⑹У簟４蠹s有110的能量以各種能的形式儲存在金屬中使金屬的內(nèi)能升高，處于熱力學(xué)上的不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢。當(dāng)溫度升高時，由于原子動能的增加，就產(chǎn)生向穩(wěn)

17、定狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，降低了儲蓄能?；貜?fù)低溫回復(fù)（0.10.3Tm）時，回復(fù)的主要機(jī)理是空位的移動和空位與其他缺陷的結(jié)合中溫回復(fù)（0.3 0.5Tm）時，除了上述的點缺陷運動外，還包括位錯發(fā)團(tuán)內(nèi)部的重新組合或調(diào)整、位錯的滑移和異號位錯的互毀高溫回復(fù)（大于0.5Tm小于再結(jié)晶溫度）時，則進(jìn)而出現(xiàn)位錯的攀移、亞晶的合并和多邊形化去應(yīng)力退火正是回復(fù)在金屬加工中的應(yīng)用靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶（靜態(tài)）再結(jié)晶：當(dāng)變形金屬加熱至較高溫度時，將形成一些位錯密度很低的新晶粒，這些新晶粒不斷增加和擴(kuò)大，逐漸全部取代己變形的高位錯密度的晶粒的過程靜態(tài)再結(jié)晶再結(jié)晶后，金屬強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性、韌性提高，內(nèi)應(yīng)力和加工硬化完全消除。

18、再結(jié)晶溫度：經(jīng)過70以上大變形量的金屬，在均勻溫度中保持一小時能完全再結(jié)晶的最低溫度。影響再結(jié)晶的因素：溫度、保溫時間、變形程度、原始晶粒尺寸和金屬的化學(xué)成分等動態(tài)回復(fù)動態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過程中發(fā)生的回復(fù)金屬即使在遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下塑性加工時，一般也只發(fā)生動態(tài)回復(fù)動態(tài)回復(fù)在熱塑性變形的軟化過程中占有很重要的作用，是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機(jī)制動態(tài)回復(fù)主要是通過位錯的攀移、交滑移等來完成動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯能較低的金屬，且當(dāng)熱加工變形量很大時動態(tài)再結(jié)晶晶粒與同等大小的靜態(tài)再結(jié)晶晶粒相比，具有更高的強(qiáng)度和硬度動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒度

19、與變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度等因素有關(guān)熱變形后的軟化過程在熱變形的間歇時間或者熱變形完成之后，由于金屬仍處于高溫狀態(tài)，一般會發(fā)生以下三種軟化過程：靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶。金屬熱變形時除少數(shù)發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶情況外，會形成亞晶組織，使內(nèi)能提高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，若熱變形程度不大，將會發(fā)生靜態(tài)回復(fù)；若熱變形程度較大，且熱變形后金屬仍保持在再結(jié)晶溫度以上時，則將發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。熱變形后的軟化過程對于層錯能較低在熱變形時發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的金屬，熱變形后則迅即發(fā)生亞動態(tài)再結(jié)晶。所謂亞動態(tài)再結(jié)晶，是指熱變形過程中已經(jīng)形成的、但尚未長大的動態(tài)再結(jié)晶晶核、以及長大到中途的再結(jié)晶晶粒被遺留下來，當(dāng)變

20、形停止后而溫度又足夠高時，這些晶核和晶粒會繼續(xù)長大，此軟化過程即稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度，以及材料的成分和層錯能的高低等因素有關(guān)。二、熱塑性變形機(jī)理金屬熱塑性變形機(jī)理主要有：晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移和擴(kuò)散蠕變等。晶內(nèi)滑移是最主要和常見的；孿生多在高溫高速變形時發(fā)生，但對于六方晶系金屬，這種機(jī)理也起重要作用；晶界滑移和擴(kuò)散蠕變只在高溫變形時才發(fā)揮作用擴(kuò)散性蠕變 擴(kuò)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。在應(yīng)力場作用下，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。由于各部位空位的化學(xué)勢能差，引起空位的

21、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。擴(kuò)散性蠕變按擴(kuò)散途徑的不同，可分為晶內(nèi)擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散。晶內(nèi)擴(kuò)散引起晶粒在拉應(yīng)力方向上的伸長變形，或在受壓方向上的縮短變形；而晶界擴(kuò)散引起晶粒的“轉(zhuǎn)動”三、雙相合金熱塑性變形的特點對于彌散型雙相合金，第二相粒子除直接對基體相的變形產(chǎn)生影響外，還會通過對合金的再結(jié)晶行為的影響而對熱塑性變形產(chǎn)生影響對于聚合型的雙相合金，由于各相的性能和體積百分?jǐn)?shù)的不同，同樣會對熱變形時的再結(jié)晶行為產(chǎn)生影響兩相合金熱變形時，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)呈帶狀雙相合金熱變形時，由于具備有利的

22、原子擴(kuò)散條件，會使第二相的形態(tài)發(fā)生改變當(dāng)?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，在熱銀、熱軋時容易沿晶界開裂四、熱塑性變形對金后組織和性能的影響改善晶粒組織鍛合內(nèi)部缺陷破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布形成纖維組織改善偏析2.3 金屬的超塑性變形使金屬處于特定的條件下，如一定的化學(xué)成分、特定的顯微組織及轉(zhuǎn)變能力、特定的變形溫度和應(yīng)變速率等，則金屬會表現(xiàn)出異乎尋常的高塑性狀態(tài)，即所謂超塑性變形狀態(tài)。優(yōu)越性：能極大地發(fā)揮材料塑性潛力和大大降低變形抗力，從而有利于復(fù)雜零件的精確成形。對于像欽合金、鋁合金、鎂合金、合金鋼和高溫合金等較難成形的金

23、屬材料的成形，尤其具有重要意義。一、超塑性的概念和種類所謂超塑性，可以理解為金屬和合金具有超常的均勻變形能力，一般有以下定義方式大伸長率：達(dá)到百分之幾百、甚至百分之幾千拉伸時無頸縮無流動應(yīng)力易成形基本上無加工硬化分類經(jīng)常歸納為細(xì)晶超塑性和相變超塑性細(xì)晶超塑性：材料的晶粒必須超細(xì)化和等軸化，并在成形期間保持穩(wěn)定，晶粒細(xì)化的程度要求小于10m，越小越好；恒溫條件的下限溫度約為05Tm。(Tm為絕對熔化溫度)，一般為0.50.7Tm；應(yīng)變速率在10-110-5s-1范圍內(nèi).由于這種超塑性的特點是先使金屬經(jīng)過必要的組織結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備，又是在特定的恒溫條件下出現(xiàn)的，故又稱為結(jié)構(gòu)超塑性或恒溫超塑性分類動態(tài)超塑性

24、（相變超塑性） 在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復(fù)加熱和冷卻，使其充分相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，而獲得很大的伸長率兩種超塑性的比較：相變超塑性它不要求材料進(jìn)行晶粒的超細(xì)化、等軸化和穩(wěn)定化的預(yù)先處理，這是其有利的一面但是相變超塑性必須給予動態(tài)熱循環(huán)作用，這就構(gòu)成操作上的一大缺點，較難應(yīng)用于超塑性成形加工二、細(xì)晶超塑性變形力學(xué)特征1 由于沒有加工硬化其應(yīng)力-應(yīng)變曲線變?yōu)槿缦? 流動應(yīng)力對變形速率極其敏感Y為真實應(yīng)力K實驗條件常數(shù)m應(yīng)變速率敏感系數(shù) 為應(yīng)變速率三、影響細(xì)晶超塑性的主要因素細(xì)晶超塑性材料對影響因素的影響相當(dāng)敏感，只在嚴(yán)格要求的條件下才表現(xiàn)出超塑性應(yīng)變速率變形溫度組織影響四、超

25、塑性時組織的變化和對力學(xué)性能的影響（一）組織變化晶粒會發(fā)生長大，但等軸度基本不變在最佳超塑性應(yīng)變速率范圍內(nèi)，不形成亞結(jié)構(gòu)，也未發(fā)現(xiàn)位錯許多合金會產(chǎn)生空洞超塑性時組織的變化和對力學(xué)性能的影響（二）對力學(xué)性能的影響不存在織構(gòu)，不產(chǎn)生各向異性，具有較高的抗應(yīng)力腐蝕性能不存在彈性畸變能，沒有殘余應(yīng)力存在加工軟化現(xiàn)象很高的疲勞強(qiáng)度五、超塑性變形機(jī)理A-V機(jī)理： 由阿希貝(Ashby)和弗拉爾(Verral)提出的晶界滑動和擴(kuò)散蠕變聯(lián)合機(jī)理(簡稱AV機(jī)理)被認(rèn)為能較好地解釋超塑性變形過程，該理論認(rèn)為，在晶界滑移的同時伴隨有擴(kuò)散蠕變，對晶界滑移起調(diào)節(jié)作用的不是晶內(nèi)位錯的運動，而是原子的擴(kuò)散遷移。2.4 金屬

26、在塑性加工過程中的塑性行為一、塑性的基本概念和塑性指標(biāo)塑性是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力。 塑性指標(biāo)是為了衡量金屬塑性的高低而確立的數(shù)量上的指標(biāo)。通常用材料開始破壞時的塑性變形量來表示。常用的塑性指標(biāo)伸長率（拉伸試驗）斷面收縮率 （拉伸試驗）式中：L0拉伸試樣原始標(biāo)距長度； Lh拉伸試樣破斷后標(biāo)距間的長度； F0拉伸試樣原始斷面積； Fh拉伸試樣破斷處的斷面積 常用的塑性指標(biāo)應(yīng)變（在墩粗試驗中）式中： 壓下率； H0試樣原始高度； Hh試樣壓縮后，在側(cè)表面出現(xiàn)第一條 裂紋時的 高度常用的塑性指標(biāo) 扭轉(zhuǎn)試驗：對于一定試樣，所得總轉(zhuǎn)數(shù)越高

27、，塑性越好，可將扭轉(zhuǎn)數(shù)換作為剪切變形（ ） 式中：R試樣工作段的半徑； L0試樣工作段的長度； n試樣破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)。 二、金屬的化學(xué)成分和組織對塑性的影響（一）化學(xué)成分的影響（C、P、S、N、H、O）碳:碳塑性雜質(zhì):雜質(zhì)塑性磷冷脆性硫熱脆性氮時效脆性氫氫脆現(xiàn)象，白點合金元素:合金元素加入塑性抗力金屬的化學(xué)成分和組織對塑性的影響合金元素對鋼的塑性的影響所有合金元素都能不同程度地溶入鐵中形成固溶體，由于合金元素的溶入(置換)，使鐵原子的晶格點陣發(fā)生不同程度的畸變，從而使鋼的變形抗力提高，而塑性也有不同程度的降低。許多合金元素如Mn、Cr、Mo、W、Nb、V、11等會與鋼中的碳形成硬而脆的碳化物，

28、使鋼的強(qiáng)度提高，而塑性下降當(dāng)合金元素與鋼中的氧、硫形成氧化物或硫化物夾雜時，會造成鋼的熱脆性，給熱成形帶來困難金屬的化學(xué)成分和組織對塑性的影響合金元素對鋼的塑性的影響合金元素會改變鋼中相的組成，造成組織的多相性，從而使鋼的塑性降低有些合金元素會影響鋼的鑄造組織和鋼材加熱時品粒長大的傾向，從而影響鋼的塑性合金元素一般都使鋼的再結(jié)晶溫度提高、再結(jié)晶速度降低，因而使鋼的硬化傾向增加，塑性降低若鋼中含有低熔點元素時，這些元素幾乎都不溶于基體金屬，而以純金屬相存在于晶界，造成鋼的熱腕性金屬的化學(xué)成分和組織對塑性的影響（二）組織的影響相組成的影響：單相組織比多相組織塑性好晶粒度的影響：細(xì)晶組織比粗晶組織具有更好的塑性鑄造組織的影響：鑄造組織使金屬塑性降低三、變形溫度對金屬塑性的影響 總的趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，但是這種增加并非簡單的線性上升；在加熱過程的某些溫度區(qū)間，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)，使金屬的塑性降低。在一般情況下，溫度由絕對零度上升到熔 點時，可能出現(xiàn)幾個脆 性區(qū)，包括低溫的、中 溫的和高溫的脆性區(qū)等區(qū)域：超低溫脆性區(qū)（小于-200C）區(qū)域：