【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位錯(cuò)的易動(dòng)性。 43 刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) ? ? 44 ㈡ 孿生 孿生 是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。 45 發(fā)生切變的部分稱 孿生帶 或 孿晶 ，沿其發(fā)生孿生的晶面稱 孿生面 。 孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈 鏡面對(duì)稱 。 孿晶組織 孿生示意圖 46 與滑移相比： 孿生使晶格位向發(fā)生改變； 所需切應(yīng)力比滑移大得多 , 變形速度極快 , 接近聲速 。 孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距。 47 密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。 體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過(guò)程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶 。 奧氏體不銹鋼中退火孿晶 鈦合金六方相中的形變孿晶 48 實(shí)際金屬的塑性變形及強(qiáng)化 單個(gè)晶粒變形與單晶體相似 ,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。 多晶體塑性變形的特點(diǎn) （ 1）、晶界的影響 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái) ,稱 位錯(cuò)的塞積。 要使變形繼續(xù)進(jìn)行 , 則必須增加外力 , 從而使金屬的變形抗力提高。 49 晶界對(duì)塑性變形的影響 界的位錯(cuò)塞積 50 (2)、晶粒位向的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。 這種彈 性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。 由于晶粒間的這種相互 約束，使得多晶體金屬 的塑性變形抗力提高。 （ 3)、各晶粒變形不同時(shí) 51 多晶體金屬的塑性變形過(guò)程 多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45176。 的晶粒。 當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由 一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。 銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶 σ σ 52 晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響 （細(xì)晶強(qiáng)韌化） 金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。 因?yàn)?金屬晶粒越細(xì) ，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多， 使金屬塑性變形的抗力越高。 晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系 CuZn合金 53 金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。 因?yàn)?晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變 形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻， 使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。 強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加 ,金屬在斷裂前消耗的功也大 ，因而其韌性也比較好。 應(yīng)變 塑性材料 脆性 材料 54 通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方法 稱細(xì)晶強(qiáng)化。 55 合金的塑性變形與強(qiáng)化 合金可根據(jù)組織分為 單相固溶體 和 多相混合物 兩種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同。 珠光體 奧氏體 56 單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化 單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過(guò)程也與多晶體純金屬相似。但 隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降， 稱 固溶強(qiáng)化 。 57 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因 ：溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用。 溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變， 而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成 柯氏氣團(tuán) ，使位錯(cuò)被釘扎住， 位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。 CuNi合金成分與性能關(guān)系 58 多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化 當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)， 合金的塑性變形除與合金基體的性 質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形 態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。 第二 相可以是純金屬、固溶體或化合物 ，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。 ?+?鈦合金中的固溶體第二相 DD398高溫合金中的化合物第二相 59 當(dāng)在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí) ，對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性不利 。 當(dāng)在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí) ，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降低塑性和韌性； 珠光體 60 當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)， 第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有 下降，這種強(qiáng)化方法稱 彌散強(qiáng)化 或 沉淀強(qiáng)化 。 ? 彌散強(qiáng)化的 原因 ：硬的顆粒不易被切變，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。 顆粒釘扎作用的電鏡照片 高溫合金中的顆粒狀第二相 61 位錯(cuò)切割第二相粒子 電鏡觀察 切割進(jìn)入第二相粒子的位錯(cuò) 示意圖 62 冷變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其 內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。 當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。 ? 塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。 變形前 變形后 63 工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化 5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng) (a) 正火態(tài) (c) 變形 80% (b) 變形 40% 64 由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)， 當(dāng) 塑性 變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱 織構(gòu) 或 擇優(yōu)取向 。 ? 形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性， 在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生 “ 制耳 ”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。 板織構(gòu) 絲織構(gòu) 形變織構(gòu)示意圖 各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳” 有 無(wú) 65 軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象 66 冷變形對(duì)金屬性能的影響 加工硬化 隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱 加工硬化。 冷塑性變形量， % 1040鋼 (%C) 黃銅 銅 冷塑性變形量， % 1040鋼 (%C) 黃銅 銅 67 冷塑性變形與性能關(guān)系 68 產(chǎn)生加工硬化的原因是 : 隨變形量增加 , 位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用 (堆積、纏結(jié) )，使變形抗力增加。 Si中的位錯(cuò)源 晶體中的位錯(cuò)源 位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系 69 2. 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化 3. 隨變形量增加 , 空位密度增加 4. 幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起 由于加工硬化 , 使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形 , 而未變形部分開始變形。沒(méi)有 加工硬化 , 金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形 。 加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。 變形 20%純鐵中的位錯(cuò) 未變形純鐵 70 三、殘余內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力 是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí) ,內(nèi)部變形不均勻而引起的。 ? 金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只有 10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。 內(nèi)應(yīng)力分為三類： ? 第一類內(nèi)應(yīng)力 平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)力 ). ? 第二類內(nèi)應(yīng)力 平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間 (微觀內(nèi)應(yīng)力 )。 ? 第三類內(nèi)應(yīng)力 是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 曲軸中內(nèi)應(yīng)力的模擬 71 第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。 而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。 ? 內(nèi)應(yīng)力的存在， 使金屬耐蝕性下降， 引起零件加工、淬火過(guò)程中的變形和開裂 。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火 處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。 晶界位錯(cuò)塞積所引起的應(yīng)力集中 72 金屬的再結(jié)晶與熱變形加工 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 金