【文章內(nèi)容簡介】 力小于屈服強度時，內(nèi)部只發(fā)生彈性應變；當應力超過屈服強度時，迫使組成金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生 滑移或?qū)\晶 ，同時晶粒間也產(chǎn)生滑移和轉(zhuǎn)動，因而形成了宏觀的塑性變形。 1）彈性變形及破斷 當金屬受外力作用時，外力可分為正應力和切應力，正應力使金屬產(chǎn)生彈性變形或破斷 ,見動畫 1。 2）單晶體塑性變形 實驗表明，晶體只有在切應力的作用下才會發(fā)生塑性變形。室溫下，單晶體的塑性變形主要是通過滑移和孿生進行的?；剖侵冈谇袘ψ饔孟?，晶體的一部分相對于晶體的另一部分沿滑移面作整體滑動，動畫 2為單晶體在切應力作用下的滑移變形過程。 4 動畫 2 單晶體在切應力作用下的滑移變形 孿生是指在切應力作用下，晶體的一部分原子相對于另一部分原子沿某個晶面轉(zhuǎn)動，使未轉(zhuǎn)動部分與轉(zhuǎn)動部分的原子排列呈鏡面對稱。單晶體在切應力 ? 作用下的孿生變形過程見動畫 3。 動畫 3 孿生變形 3）孿生 5 （一）滑移及相關概念 ① 滑移： 晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對另一部分發(fā)生相對的平行滑動，滑動的距離為原子間距的整數(shù)倍。這種變形方式稱為 ~。 滑移帶 滑移線 高錳鋼中的滑移帶， X500 2 滑移特點 ⑴ 發(fā)生在 最密排晶面 ， 滑移方向為 最密排晶向 ； τ τ σ σ 彈性伸長 彈性歪扭 斷裂 塑性變形（ 滑移 ） ⑵ 只在切應力下發(fā)生，存在 臨界分切應力。 σ τ F ηk 的影響因素： 取決于金屬本性，與外力無關，取向無關； ζs的影響因素： ① 與 ηk有關； ② 與取向有關。 ⑶ 滑移兩部分相對移動的距離是原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致； (本質(zhì)：位錯的運動 ) 位錯運動 由于位錯運動只是少量原子的微量移動，因而其所需的臨界切應力遠遠小于剛性滑移，這也就是塑性變形在外力遠未達到理論臨界切應力時就已大量發(fā)生的原因所在。 近代塑性理論研究與實踐證明，晶體內(nèi)的滑移或?qū)\生不是晶體兩部分之間的整體剛性滑動或轉(zhuǎn)動，而是通過位錯運動來實現(xiàn)的。位錯是晶體內(nèi)部的一種線缺陷，是局部晶體內(nèi)某一列或若干列原子發(fā)生錯排而造成的晶格扭曲現(xiàn)象，如動畫 4所示 。 動畫 4 位錯運動 6 滑移面 滑移前 P P 滑移后 力偶 ⑷ 伴隨晶體的轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn)，滑移面轉(zhuǎn)向與外力平行方向，滑移方向旋向最大切應力方向 ； 3 滑移系及滑移系數(shù)的實際意義 （ 1）各晶體結(jié)構(gòu)的滑移系 體心立方 () 面心立方 () (110) 〔 111〕 滑移面：｛ 110｝ (110),(011),(101), (110),(011),(101) 滑移方向： 〈 111〉 滑移系數(shù)： 6 2=12 (111) 〔 110〕 滑移面：｛ 111｝ (111),(111),(111), (111)。 滑移方向： 〈 110〉 滑移系數(shù) : 4 3=12 （ 2）滑移系數(shù)目的實際意義 —判斷塑性變形能力 滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好； 滑移系數(shù)相同時，滑移方向多者塑性較好。 塑性變形的能力： （二）孿生 晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（孿生面）產(chǎn)生一定角度的切變。 三 多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形特點 ⑴ 單個晶粒與單晶體一致； ⑵ 各晶粒的變形具不同時性： 分批、逐次。原因：取向不同。 ⑶ 變形具不均勻性 : 晶粒內(nèi)部與邊界；晶粒之間 晶界 ⑷ 多晶體變形抗 (阻 )力 單晶體 ① 晶界阻礙位錯運動； ② 位向差 →晶粒之間須協(xié)調(diào) └ 意義： 晶界強化 167。 2 塑性變形對金屬組織和性能的影響 一 塑性變形對組織結(jié)構(gòu)影響 1 晶粒變形：等軸狀 →拉長 纖維組織、帶狀組織 └ 性能各向異性 2 亞結(jié)構(gòu)的細化 鑄態(tài) d = 102 cm；塑變后 d = 104~106 cm 原因：位錯受阻后塞積、纏結(jié) →亞晶界 → 晶粒分化為許多位向略有差異的小晶塊 └ 變形中的晶粒碎化 晶格較完整的亞晶塊 嚴重畸變區(qū) 3 產(chǎn)生形變織構(gòu) 定義：金屬塑性變形到很大程度（ 70%）時，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，各晶粒的位向趨于一致，這種有序化的結(jié)構(gòu)。 織構(gòu)造成性能各向異性，變形不均勻，產(chǎn)品產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象。 二 塑性變形對金屬性能的影響 1 加工硬化 定義： 隨變形度增大，金屬的強硬度顯著增高而塑韌性明顯下降的現(xiàn)象 ~。 原因：位錯增殖理論 。 意義： —形變強化； 。 3. 有利于金屬構(gòu)件的工作安全性 不利：再變形難； └ 解決辦法：冷加工之間的再結(jié)晶退火 σs 位錯 ρ 退火態(tài) (ρ =106~108cm2) 理論強度值 金屬須 2 產(chǎn)生殘余應力 ⑴ 第一類內(nèi)應力 ——宏觀內(nèi)應力 工件不同部位 ⑵ 第二類內(nèi)應力 ——微觀內(nèi)應力 晶粒之間或內(nèi)部不同區(qū)域 ⑶ 第三類內(nèi)應力 ——點陣畸變 (位錯、空位 ) 。 — 1%；變形 — 9~10%；應力集中，裂紋 殘余應力消除方法：去應力退火 殘余應力的應用：噴丸處理 —— 提高表面強度 σ拉 ＝ σs ＋ σ壓 σ壓 σ拉 σS 3 性能出現(xiàn)方向性 ← 形變織構(gòu)， 70% 4 其它性能的影響 物理：電阻 ↑，導電、導磁性 ↓ 化學：化學活性 ↑，耐蝕性 ↓ 消除： 去應力退火 167。 3 金屬及合金的回復與再結(jié)晶 一 形變金屬與合金在加熱過程中的變化 1. 組織轉(zhuǎn)變的原因： T Ac1 ：相變驅(qū)動力（體積自由能） T Ac1 ：形變儲存能（晶格畸變能80~90%） 形變后的不穩(wěn)定組織 2 組織與性能的變化 根據(jù)組織變化不同，分為三個階段： 回復 再結(jié)晶 晶粒長大 組織變化 加熱溫度 → 內(nèi)應力 晶粒度 性能變化 強度 塑性 二 回復 1 定義：冷變形后的金屬在加熱溫度不高時，其光學組織未發(fā)生明顯改變時所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過程。 2 特點： ① 加熱 T低： T回 = (~)T熔 ； ② 顯微組織無明顯變化： ③ 晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化： Ⅰ 點缺陷 ↓ ↓ ； Ⅱ 位錯密度 ↓ 異號位錯的合并； 同號位錯的規(guī)整化：形成回復亞晶， —— 多邊形化” └ 仍保留高位錯密度 ④ 性能變化： HB、 ζ略 ↓ ， δ、 ψ略 ↑； R↓↓； 原因：晶格畸變 ↓ ⑤ 內(nèi)應力 ↓ ↓ 力性變化不大，理、化性能變化較大； 加工硬化基本保持。 3. 回復的應用 去應力退火 目的：保持強硬度水平 。 消除內(nèi)應力 。 恢復物、化性能。 鋼件： 250~300℃ （一） 再結(jié)晶定義及特點 1 定義：冷變形金屬在低于固態(tài)相變溫度的較高溫度下，通過新晶核的形成與長大，由畸變晶粒變?yōu)榈容S晶粒的過程。 2 特點： ① 加熱溫度較高： TT再 T再 ≈ ；實際 : +100~200℃ ② 顯微組織顯著變化 —等軸無畸變新晶粒； ③ 亞結(jié)構(gòu)：位錯密度大大降低； ④ 性能顯著變化： HB、 ζ↓↓； δ、 ψ↑↑ ⑤ 內(nèi)應力完全消除。 三、 再結(jié)晶及晶粒長大 3 影響 T再 的因素 ① T熔 ： T熔 ↑， T再 ↑ 如： Fe: 1538 ℃ → 450℃ 。 Pb(Sn): 300℃ (200℃ ) → 0℃ 。 W: 3300℃ →1100~1200℃ 原因：原子間結(jié)合力強，難擴散 ② 純度：純度 ↓，雜質(zhì) % ↑ ， T再 ↑ ③ 變形程度： 變形程度 ↑， T再 ↓ 原因： 儲存能 ↑，驅(qū)動力 ↑ （二） 晶粒長大 隨 T↑， t↑，晶粒長大 1 驅(qū)動力： 界面能 2 長大方式： ① “大吃小”； ② 晶界拉直 : 120176。 ，近六邊形（直晶界最穩(wěn)定，自發(fā)過程）。 120176。 120176。 120176。 （三） 影響再結(jié)晶晶粒度的因素 （ 1）加熱溫度： T↑， d ↑ 原因：原子擴散能力強、 晶界易遷移 （ 2）預先變形量：均勻度 ε= 10~90%： ε↑, d↓ ε= 2~10%：異常長大 ε 90%：異常長大 原因： 驅(qū)動力因素 形核因素 形變織構(gòu)因素 二次再結(jié)晶：形變量很大時(90~95%)或在較高溫度下某些晶粒的異常長大過程。 └ 避開臨界變形量 （ 2~10%） （ 3）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點均阻礙晶界運動 →細化； 分布愈彌散、細小、量多 →細化效果好 （四）再結(jié)晶退火 目的： ① 中間退火：消除加工硬化； 冷拔鐵鉻鋁電阻絲生產(chǎn)中： 氫氣保護再結(jié)晶退火 ② 無相變金屬的細晶強化（如 Al、 Cu等）： 冷塑變 + 再結(jié)晶退火 →細化的再結(jié)晶晶粒 四、 金屬的熱加工 （ 1）熱加工與冷加工區(qū)別 （ 2）熱加工對組織與性能影響 a. 金屬熱加工與冷加工的概念 熱加工： T T在 ； 冷加工： T T在 ； 冷熱加工的相對性 例： W 在 1000℃ 非熱加工； Sn、 Pb 在室溫為熱加工； 、性能的影響 鋼材的