材料的變形與再結(jié)晶(編輯修改稿)
2024-09-07 14:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 特點： ①各晶粒變形具有不同時性； ②各晶粒變形具有相互協(xié)調(diào)性。 2022/9/7 36 溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強化作用上。 固溶強化 ：溶質(zhì)原子的存在及其固溶度的增加，使基體金屬的變形抗力提高。 合金的塑性變形 合金是在純金屬的基礎(chǔ)上又加入其它元素 ,使相結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，也改變了基體金屬的變形抗力，使強度、硬度提高，塑韌性降低。 2022/9/7 37 多相合金與單相固溶體合金的不同之處是除基體相外，還 有第二相存在 ，第二相的數(shù)量、尺寸、形狀和分布不同，使多相合金的塑性變形更加復(fù)雜。 (1)脆的第二相呈不連續(xù)的網(wǎng)狀分布在晶界上，使塑韌性大大降低。 (2)第二相在晶粒內(nèi)部呈片層狀分布，使其強度、硬度比基體金屬要高得多，使塑韌性下降。 2022/9/7 38 (3)第二相在晶粒內(nèi)呈彌散點狀分布 ,使硬度和強度大大提高 ,對塑韌性影響不大 。 這是最有利的分布 ,這種 由于第二相呈點狀彌散分布在基體內(nèi) ,使其強度、硬度明顯升高的現(xiàn)象 叫 彌散強化 。 第二相粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的。 2022/9/7 39 第二相粒子分為 ： 不可變形粒子和可變形粒子 。 不可變形粒子的強化作用見圖 。 圖 位錯繞過第二相粒子示意圖 粒子越多，間距越小，強化作用越明顯。 2022/9/7 40 可變形粒子的強化作用見圖 。 圖 位錯切過粒子的示意圖 強化作用如下： 1）位錯切過粒子時，出現(xiàn)新的表面，界面能升高； 2） 位錯切過粒子時，產(chǎn)生反相疇界，引起能量升高； 3）位錯切過粒子時，引起原子錯排，需要額外作功； 4）位錯切過粒子時，產(chǎn)生彈性應(yīng)力場，阻礙位錯運動； 5）位錯切過粒子時 ，產(chǎn)生割階，阻礙位錯運動。 2022/9/7 41 塑性變形對材料組織與性能的影響 隨著變形量的增加 ,原來的等軸 晶粒 將逐漸 沿其變形方向伸長，出現(xiàn)各向異性 ， 見圖 。 2022/9/7 42 經(jīng)一定量的塑性變形后 ,晶體中的位錯線通過運動與交互作用 ,形成位錯纏結(jié)，進一步增加變形量時 ,大量位錯發(fā)生聚集 ,并由纏結(jié)的位錯組態(tài)變成胞狀亞結(jié)構(gòu)， 隨著變形量的增加 ,變形胞的數(shù)量增多 ,尺寸減小 。 2022/9/7 43 產(chǎn)生 加工硬化 即 金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象 。 產(chǎn)生原因 ： 變形量不大時，晶界附近產(chǎn)生位錯堆積；隨變形量增加，位錯之間產(chǎn)生交互作用，出現(xiàn)纏結(jié)現(xiàn)象，使晶粒破碎成為亞晶粒；變形越大，晶粒越碎，亞晶界增多，位錯密度增大，變形抗力增大，表現(xiàn)出：強度、硬度升高，塑性、韌性降低，即產(chǎn)生了加工硬化。 加工硬化是強化材料的一種主要手段。 如 拖拉機的履帶，鐵路的道叉等都是利用加工硬化來提高硬度及耐磨性的。 但有時也會使進一步加工帶來困難。 如 鋼板冷軋、鋼絲冷拔等過程中，需要安排中間退火工藝，消除加工硬化。 其它性能也有變化 ，如電阻率增高，電阻溫度系數(shù)下降，磁導(dǎo)率下降，腐蝕速度加快等。 2022/9/7 44 由于變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織 ， 稱為 形變織構(gòu) 。 有兩種類型： ? 拔絲時形成的織構(gòu)稱為 絲織構(gòu) ， 其主要特征為各晶粒的某一晶向趨于平行于拉拔方向 。 ? 軋板時形成的織構(gòu)稱為 板織構(gòu) ， 其主要特征為各晶粒的某一晶面和晶向分別趨于平行軋制面和軋制方向。 形成織構(gòu) 引起各向異性 。織構(gòu)有 有利的一面，也有有害的一面 。 如 生產(chǎn)上可利用織構(gòu)提高硅鋼片某一方向的導(dǎo)磁率；在沖壓薄板件時，它會帶來不均勻的塑性變形，而產(chǎn)生 “ 制耳 ” 現(xiàn)象，這是不希望產(chǎn)生的。 2022/9/7 46 5. 殘余應(yīng)力 殘余應(yīng)力是一種 內(nèi)應(yīng)力 ， 在工件中處于自相平衡狀態(tài) ， 其產(chǎn)生是由于工件內(nèi)部各區(qū)域變形不均勻及相互間的牽制作用所致 。 （ 1） 宏觀 殘余應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：是工件不同部分的宏觀變形不均引起的。 （ 2） 微觀 殘余應(yīng)力 （ 第二類內(nèi)應(yīng)力 ） ：是晶粒或亞晶粒之間的變形不均產(chǎn)生的 。 （ 3） 點陣畸變 （第三類內(nèi)應(yīng)力）：是工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯等）引起的。 內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，使材料變脆，耐蝕性降低。 2022/9/7 47 回復(fù)和再結(jié)晶 金屬和合金經(jīng)塑性變形后，由于空位、位錯等結(jié)構(gòu)缺陷密度的增加，以及畸變能的升高將使其處于熱力學(xué)不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)，具有自發(fā)恢復(fù)到變形前低自由能狀態(tài)的趨勢，但在室溫下，因溫度低，原子活動能力小，恢復(fù)很慢，一旦受熱，溫度較高時，原子擴散能力提高，組織、性能會發(fā)生一系列變化。 2022/9/7 48 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化 分為三個階段 : 回復(fù) ：指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段。 在此階段， 組織 ：由于不發(fā)生大角度晶界的遷移，晶粒的形狀和大小 與變形態(tài)相同 ，仍為纖維狀或扁平狀。 性能 ：強度與塑性變化很小，內(nèi)應(yīng)力、電阻明顯下降。 R 2022/9/7 49 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化 再結(jié)晶 ： 指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。在此階段， 組織 ：首先在畸變度大的區(qū)域產(chǎn)生新的無畸變晶粒的核心，然后逐漸消耗周圍的變形基體而長大，直到變形組織完全改組為 新的、無畸變的細(xì)等軸晶粒 為止。 性能 ：強度與硬度明顯下降，塑性提高， 消除了加工硬化 ，使性能恢復(fù)到變形前的程度 R 2022/9/7 50 冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化 晶粒長大 ： 指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大。在此階段， 在晶界表面能的驅(qū)動下，新晶粒相互吞食
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