材料科學(xué)基礎(chǔ)-第6章塑性變形(編輯修改稿)
2025-03-20 10:19 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，在 一 定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目越多，在同樣變形量下，變形分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形較均勻，引起的應(yīng)力集中減小。使材料在斷裂之前能承受較大的變形量，所以具有較大的延伸率和斷面收縮率。 ? 晶粒越細(xì)，晶界越曲折，越不利于裂紋沿晶界的傳播，從而在斷裂過(guò)程中可以吸收更多的能量，表現(xiàn)出較高的韌性。 30 30 合金的塑性變形 （一）單相固溶體合金的塑性變形 1. 固溶強(qiáng)化 ? 合金為單相固溶體時(shí)，隨溶質(zhì)原子含量的增加，合金的強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。同時(shí)，溶質(zhì)原子還使固溶體合金的加工硬化率提高。 影響固溶強(qiáng)化效果的因素： ? 溶質(zhì)原子的濃度越高，固溶強(qiáng)化作用越大，但不保持線(xiàn)性關(guān)系。 ? 溶質(zhì)原子與溶劑金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。 31 31 合金的塑性變形 ? 間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強(qiáng)化效果。間隙溶質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變比置換原子大；間隙原子在晶體中引起非對(duì)稱(chēng)性點(diǎn)陣畸變時(shí)，其強(qiáng)化作用大于對(duì)稱(chēng)性點(diǎn)陣畸變。由于間隙原子在晶體中的固溶度較小，數(shù)量少，故實(shí)際強(qiáng)化效果有限。 ? 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。 32 32 Figure The effects of several alloying elements on the yield strength of copper. Nickel and zinc atoms are about the same size as copper atoms, but beryllium and tin atoms are much different from copper atoms. Increasing both atomic size difference and amount of alloying element increases solidsolution strengthening. 33 33 From the atomic radii, show whether the size difference between copper atoms and alloying atoms accurately predicts the amount of strengthening found in Figure Example SolidSolution Strengthening Figure The effects of several alloying elements on the yield strength of copper. Nickel and zinc atoms are about the same size as copper atoms, but beryllium and tin atoms are much different from copper atoms. Increasing both atomic size difference and amount of alloying element increases solidsolution strengthening. 34 34 For atoms larger than copper—namely, zinc, aluminum, and tin— increasing the size difference increases the strengthening effect. Likewise for smaller atoms, increasing the size difference increases strengthening. Example SOLUTION The atomic radii and percent size difference are shown below: 35 35 Figure The effect of additions of zinc to copper on the properties of the solidsolutionstrengthened alloy. The increase in % elongation with increasing zinc content is not typical of solidsolution strengthening. 36 36 合金的塑性變形 固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì) ? 由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的 彈性交互作用 、電交互作用和化學(xué)交互作用，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 ? 彈性交互作用 ： 溶質(zhì)原子聚集在位錯(cuò)的周?chē)?，形?“柯氏氣團(tuán) ” ?？率蠚鈭F(tuán)對(duì)位錯(cuò)有 “ 釘扎 ” 作用，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，從而提高了固溶體合金的塑性變形抗力。 37 37 合金的塑性變形 2. 屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時(shí)效 ? 某些單相固溶體合金，特別是含有間隙原子的體心立方金屬（例如低碳鋼），它們的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)，具有明顯的屈服 現(xiàn)象 。 ? 在屈服過(guò)程中，各處的應(yīng)變是不均勻的，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)時(shí)，首先在應(yīng)力集中處開(kāi)始塑性變形，這時(shí)在光滑試樣表面， 出現(xiàn) 與拉伸軸成 45176。 的應(yīng)變痕跡，稱(chēng)為 呂德斯（ L252。ders）帶 ，同時(shí)應(yīng)力下降到下屈服點(diǎn)，然后呂德斯帶開(kāi)始擴(kuò)展。當(dāng)呂德斯帶擴(kuò)展到整個(gè)試樣后，這個(gè)平臺(tái)延伸階段就結(jié)束了。 38 圖 6－ 25 低碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn) 圖 6－ 26 低碳鋼的拉伸試驗(yàn) a －預(yù)塑性變形； b－ 去載后立即再行拉伸； c － 去載后放置一段較長(zhǎng)的時(shí)間或經(jīng) 200℃ 左右短時(shí)加熱后再拉伸 圖 6－ 27 低碳鋼工件深沖后表面的不平整 39 39 合金的塑性變形 ? 如果在試驗(yàn)之前，對(duì)試樣進(jìn)行少量的塑性變形，屈服點(diǎn)可暫不出現(xiàn)。如果將預(yù)塑性變形的試樣放置一段較長(zhǎng)的時(shí)間，或經(jīng) 200℃ 左右短時(shí)加熱后再拉伸，則屈服點(diǎn)又重新出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力提高，此現(xiàn)象稱(chēng)為 應(yīng)變時(shí)效 。 ? 柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的 “ 釘扎 ” 作用，提高了固溶體合金的屈服強(qiáng)度；而位錯(cuò)一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可在較小的應(yīng)力下運(yùn)動(dòng)，這時(shí)拉伸曲線(xiàn)上出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。已經(jīng)屈服的試樣，立即重新加載拉伸時(shí)，由
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