【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的制耳 （二） 加工硬化 ：金屬材料在塑性變形過程中，隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度不斷上升，而塑性和韌性不斷下降的現(xiàn)象。 實(shí)際各晶體的加工硬化曲線因其晶代表結(jié)構(gòu)類型、取向、雜質(zhì)含量及溫度等因素的不同而有所變化。其情況如下： (1) fcc和 bcc顯示出典型的三個(gè)階段硬化； (2) hcp初始階段與 fcc相近，但 hcp第一階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 fcc和 bcc； (3) 當(dāng) bcc含有雜質(zhì)原子，因雜質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用，將產(chǎn)生屈服現(xiàn)象并使曲線發(fā)生變化。 從以上分析可知， 塑性變形過程中位錯(cuò)密度的增加及其所產(chǎn)生的釘扎作用是導(dǎo)致加工硬化的決定性因素 。 (三 ) 殘余應(yīng)力 1. 儲(chǔ)存能（ stored energy） : 儲(chǔ)存能的表現(xiàn)形式：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力、點(diǎn)陣畸變 2. 殘余應(yīng)力（ retained stress） 及其分類 : (1) 第一類內(nèi)應(yīng)力 (first internal stress)— 宏觀殘余應(yīng)力： 由于金屬材料各部分宏觀變形量不均勻而造成的 ， 對(duì)應(yīng)的畸變能不大，僅占總儲(chǔ)存能的 ％左右。這類內(nèi)應(yīng)力的平衡范圍是整個(gè)晶體。 (2) 第二類內(nèi)應(yīng)力 — 微觀殘余應(yīng)力： 由晶?；騺喚Яｉg變形不均勻而造成的內(nèi)應(yīng)力 ，其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)（同一數(shù)量級(jí)），即在晶?；騺喚ЯＶg保持平衡，這種內(nèi)應(yīng)力可達(dá)到很大的數(shù)值。 (3) 第三類內(nèi)應(yīng)力 — 點(diǎn)陣畸變 ： 由于工件在塑性變形中形成的大量點(diǎn)陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯(cuò)等），造成點(diǎn)陣畸變而引起的內(nèi)應(yīng)力 。其范圍是幾個(gè)到幾十個(gè)原子間距的尺度（幾十至幾百納米）。變形金屬中儲(chǔ)存能的絕大部分用于形成點(diǎn)陣畸變。 總的貯能中，耗散熱能占 90%，而三種內(nèi)應(yīng)力代表的彈性儲(chǔ)存能占 10%，其中：第一類應(yīng)力 (宏觀內(nèi)應(yīng)力 )約占 %，第二類內(nèi)應(yīng)力 (微觀內(nèi)應(yīng)力 )約占 %，第三類內(nèi)應(yīng)力 (點(diǎn)陣畸變 )占約 9%。 受力試樣中，應(yīng)力達(dá)到某一特定值后，應(yīng)力雖不增加（或在微小范圍內(nèi)波動(dòng)），而變形卻急速增長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為屈服。 它標(biāo)志著材料的力學(xué)響應(yīng)由彈性變形階段進(jìn)入塑性變形階段，稱為物理屈服現(xiàn)象光滑試樣拉伸試驗(yàn)時(shí) 屈服變形開始于試樣微觀不均勻處，或存在應(yīng)力集中的部位 ，一般在距試樣夾持部分較近的地方。局部屈服開始后，逐漸傳播到整個(gè)試樣 。試樣表面出現(xiàn)與拉伸軸線成 45176。 方向的滑移帶，并逐漸傳播到整個(gè)試樣表面 ?；茙П椴既吭嚇颖砻鏁r(shí)，應(yīng)力 應(yīng)變曲線到達(dá)Ｃ點(diǎn)。屈服應(yīng)變量 BC是靠屈服變形提供的。上屈服點(diǎn) ：試樣開始屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。下屈服點(diǎn) ：載荷首次降低的最低載荷或不變載荷。 屈服過程 ：試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)，應(yīng)力保持為定值或有微小的波動(dòng)，在拉伸曲線上出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)力平臺(tái)區(qū)，試樣在此恒定應(yīng)力下的伸長(zhǎng) 。 呂德斯帶 ：在發(fā)生屈服延伸階段，試樣的應(yīng)變是不均勻的，在試樣表面可觀察到與縱軸約呈45186。交角的應(yīng)變痕跡，稱為呂德斯 (L252。ders)帶。呂德斯帶會(huì)造成拉伸和深沖過程中工件表面不平整 。 （ 1）與金屬中微量的溶質(zhì)原子有關(guān)，即柯氏（ Cottrell）氣團(tuán)理論 溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生彈性交互作用，形成柯氏氣團(tuán)（ Cottrell） 釘扎位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，必須在更大的應(yīng)力作用下才能產(chǎn)生新的位錯(cuò)或使位錯(cuò)脫釘，表現(xiàn)為上屈服點(diǎn)；一旦脫釘，使位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力就不需開始時(shí)那么大，故應(yīng)力值下降到下屈服點(diǎn)，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)，應(yīng)力保持為定值或有微少的波動(dòng)。 （ 2） 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與增殖理論 :材料塑性變形時(shí)應(yīng)變速度 ε’ 與晶體中可動(dòng)位錯(cuò)的密度 ρ、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的平均速度 V及位錯(cuò)的柏氏矢量 b成正比。 應(yīng)變速率 ε’= bρv， 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度 v=（ τ/τ0） m滑移面上切應(yīng)力 ? 、位錯(cuò)產(chǎn)生單位滑移速度所需應(yīng)力 ?0 、應(yīng)力敏感系數(shù) m。要出現(xiàn)明顯的屈服：可動(dòng)位錯(cuò)密度 ? 小、 應(yīng)力敏感系數(shù) m小開始變形時(shí)， ρ低，欲使應(yīng)變速率固定，需要較大的v值，故需要較高的應(yīng)力 τ ，表現(xiàn)為上屈服點(diǎn)；一旦塑性變形開始后，位錯(cuò)迅速增殖， ρ增加，必然導(dǎo)致 v的突然下降（為保持應(yīng)變速率固定），所以所需的應(yīng)力 τ 突然下降，產(chǎn)生了屈服現(xiàn)象。 是否產(chǎn)生屈服點(diǎn)現(xiàn)象還與材料的 m值有關(guān)， m小的材料，如 Ge， Si， Fe等出現(xiàn)顯著的上下屈服點(diǎn)。應(yīng)變時(shí)效 ：將低碳鋼試樣拉伸到產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形后卸載，然后重新加載，試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象，但若產(chǎn)生一定量的塑性變形后卸載，在室溫停留幾天或在低溫（如 150℃ ）時(shí)效幾小時(shí)后再進(jìn)行拉伸，此時(shí)屈服點(diǎn)現(xiàn)象重新出現(xiàn)，并且上屈服點(diǎn)升高，這種現(xiàn)象。應(yīng)變時(shí)效原因 ： 室溫長(zhǎng)期停留或低溫時(shí)效期間，溶質(zhì)原子 C、 N又聚集到位錯(cuò)線周圍重新形成氣團(tuán)所致。 解決由于呂德斯帶造成的工件表面不平整的措施 :A.加入少量能奪取固溶體合金中的溶質(zhì)原子，使之形成穩(wěn)定化合物的元素。 B.板材在深沖之前進(jìn)行比屈服伸長(zhǎng)范圍稍大的預(yù)變形（約 %~2%變形度），使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎，然后盡快進(jìn)行深沖。 應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律應(yīng)變曲線及形變強(qiáng)化規(guī)律 拉伸試驗(yàn)中，試樣完成屈服應(yīng)變后，便進(jìn)入形變強(qiáng)化階段 。拉伸過程中的真實(shí)應(yīng)力 S按每一瞬時(shí)試樣的真實(shí)截面積 A計(jì)算 S=P/A 式中 P為截面面積為 A時(shí)的載荷。 真實(shí)應(yīng)變 ε=ln(l/lo)低碳鋼工程應(yīng)力 應(yīng)變曲線與真應(yīng)力 真應(yīng)變曲線 應(yīng)變關(guān)系從屈服點(diǎn)到頸縮之間的形變強(qiáng)化規(guī)律，可以用 Hollomon公式描述： S=K εn ε為真實(shí)塑性應(yīng)變， K為強(qiáng)度系數(shù)， n為應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)，表示材料的應(yīng)變強(qiáng)化能力或?qū)M(jìn)一步塑性變形的抗力。當(dāng) n=0時(shí)，為理想塑性材料的典型情況。當(dāng) n=1時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，為理想彈性材料的典型情況。 n與應(yīng)變硬化速率 dS/d ε的關(guān)系式 ： dS/d ε=nS/ ε縮頸 是韌性金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，是應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果。在金屬試樣拉伸力－伸長(zhǎng)曲線極大值 B點(diǎn) (拉伸失穩(wěn)點(diǎn) )之前， dP0； B點(diǎn)后， dP0。頸縮判據(jù)的圖示當(dāng)真實(shí)應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線上某點(diǎn)的斜率等于該點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力時(shí)，縮頸產(chǎn)生。 縮頸判據(jù)：拉伸失穩(wěn)或縮頸時(shí)： dP = 0∵ P = SA 故 dP= AdS + SdA = 0 在塑性變形過程中， dS恒大于 0， AdS為正值，表示材料應(yīng)變硬化使試樣承載能力增加； dA恒小于 0， SdA為負(fù)值，表示截面收縮使承載能力下降。由均勻塑性變形階段體積不變的條件：即 dV = 0 ∵V = AL