【正文】 114 圖 242 高分子應(yīng)力一應(yīng)變曲線 。 這種時間依賴關(guān)系不是由于材料性能的改變而引起的，而是由于它們的分子響應(yīng)與外力不能立刻達(dá)到平衡，是一個速率過程，另外，高分子的力學(xué)行為有很大的溫度依賴性，正是高分子的這種力學(xué)松弛本質(zhì)及其隨溫度的變化造成了高分子獨(dú)特的力學(xué)行為。如：用作飛機(jī)輪胎的橡膠在室溫下處于高彈態(tài)，具有高彈性。 與一般材料的普彈性的根本區(qū)別在于高分子的高彈性主要起因于構(gòu)象的改變 。高分子鏈柔性在性能上的表現(xiàn)，就是高分子所獨(dú)有的高彈性。 1．高彈性與黏彈性 大分子鏈特有的鏈段運(yùn)動，使高聚物出現(xiàn)獨(dú)有的高彈性。如酚醛塑料（電木）、環(huán)氧樹脂等。如硫化橡膠可通過含硫量的改變，形成不同密度的硫橋交聯(lián)；獲得不同硬度，彈性的橡膠。 隨分子鏈交聯(lián)密度增加，鏈段運(yùn)動變困難， Tg溫度 ↑，彈性區(qū)范圍縮小。但交聯(lián)點(diǎn)的存在可阻止分子鏈之間在力的作用下產(chǎn)生相對移動，防止了高聚物因粘性流動產(chǎn)生永久變形，從而形成具有工程使用價值的高彈體。 ② 高度結(jié)晶 ③ 輕度結(jié)晶 ① 非晶態(tài) 21 MM ?gT fmTT fT?溫度 變形 圖 240 非晶態(tài)與晶態(tài)聚合物的溫度 形變曲線匯總 109 體型高分子 即交聯(lián)鏈高分子。 107 圖 239 溫度對高聚物的力學(xué)狀態(tài)的影響 108 結(jié)晶型高聚物的分子量通常要控制得低一些，分子量只要能滿足機(jī)械強(qiáng)度要求即可。 有機(jī)玻璃具有這典型變化規(guī)律。 隨著溫度升高，高聚物的力學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化 （圖 239） ： 在脆化溫度 Tb以下，高聚物處于硬玻璃態(tài)； 在 Tb～ Tg之間處于軟玻璃態(tài)；略高于 Tg時處于皮革態(tài)； 高于 Tg時處于橡膠態(tài)； 接近于 Tf時處于半固態(tài)。若高聚物聚合度很大，則非晶區(qū)的 Tf會高于晶區(qū)的 Tm，故Tm～ Tf間，高聚物呈現(xiàn)高彈態(tài)，至 Tf以上才呈粘流態(tài)。如室溫下的聚乙烯，隨結(jié)晶度的提高，皮革態(tài)剛硬性 ↑，柔韌性 ↓。 （１）低于 Tg溫度，晶態(tài)高聚物處于玻璃態(tài)，性剛硬， 如 70℃ （２）在 Tg～ Tm溫度范圍，晶區(qū)仍處于堅硬的晶態(tài)，而非晶區(qū)已轉(zhuǎn)變?yōu)槿犴g的高彈態(tài)。至 Tf后變?yōu)檎沉鲬B(tài)。 Tf 決定高聚物加工成型的難易程度。 104 2．高聚物力學(xué)狀態(tài)隨溫度的變化 線型無定型高聚物三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)。 (2) 鏈段的運(yùn)動 因主鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使大分子鏈具有柔順性，在整鏈質(zhì)量中心不移動的情況下，一部分鏈段相對另一部分鏈段而運(yùn)動，出現(xiàn)可逆伸縮，反映在性能上是高聚物呈現(xiàn)獨(dú)有的高彈性。（大分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所致） 103 1．大分子鏈的運(yùn)動方式 線型無定型高聚物中，大分子鏈的運(yùn)動方式具有多重性，主要有： (1) 整鏈的運(yùn)動 指大分子鏈作為一個整體作質(zhì)量中心的移動，即發(fā)生原子鏈間的相對移動。 天然高分子與人工合成的高分子（通常稱為高聚物） 高聚物按其長鏈分子結(jié)構(gòu)可分為：線型和體型 線型高聚物又分為非結(jié)晶型（無定型）和結(jié)晶型兩種 材料的力學(xué)狀態(tài)由其呈現(xiàn)的力學(xué)特性來確定，如彈性很高的狀態(tài)稱高彈態(tài)等。目前每年采用控軋控冷工藝生產(chǎn)的鋼材已應(yīng)用到造船、石油、天然氣輸送管線、鍋爐及壓力容器、汽車大梁、螺紋鋼筋、軸承及鋼絲繩等方面 . 102 高聚物的力學(xué)狀態(tài) 高分子 是指 分子量很高 并由 共價鍵連接 的一類化合物。通常要求軋后第一冷卻階段冷速要大，第二階段冷速根據(jù)鋼材性能要求不同而不同。對于微合金鋼要求在 900℃ ～ 950℃ 以下的總變形量大于 50％，對于普通碳鋼通過多道次變形累計達(dá)到 A發(fā)生再結(jié)晶。一般要求終軋道次的軋制溫度接近溫度，有時也將終軋溫度控制在（ α+γ）兩相區(qū)內(nèi)。對于韌性為主要性能指標(biāo)的鋼材，則必須控制其加熱溫度在 1150℃ 以下。 99 （ 2）控軋控冷工藝參數(shù)控制特點(diǎn) 控軋和控冷工藝參數(shù)控制與普通熱軋工藝比有如下特點(diǎn)： 1）控制鋼坯加熱溫度。 組織的控制軋制和控制冷卻技術(shù)稱為熱控制機(jī)械技術(shù)TMCP(Thermo Mechanical Controlled Processing)。 蒸汽 空氣錘 98 3．熱加工過程的控制 （ 1）控軋控冷技術(shù) 控制軋制是通過熱軋工藝參數(shù)（加熱溫度、道次軋制溫度、壓下量）的最佳化，使 奧氏體 (A)變成為細(xì)晶組織的技術(shù)。一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難的工件。可通過 多次正火或擴(kuò)散退火 消除。 滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布 吊鉤中的纖維組織 96 在加工亞共析鋼時 ,發(fā)現(xiàn)鋼中的 F 與 P呈帶狀分布 ，這種組織稱帶狀組織。 鍛壓 熱軋 粗晶粒材料 變形拉長 的晶粒 再結(jié)晶晶 粒形核 再結(jié)晶晶 粒長大 再結(jié)晶完成 晶粒細(xì)而 均勻材料 熱加工動態(tài)再結(jié)晶示意圖 95 熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作 流線 ， 由這種流線體現(xiàn)的組織稱 纖維組織 。 熱加工時產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會帶來加工硬化效果。 冷加工： 低于再結(jié)晶溫度的加工 熱加工： 高于再結(jié)晶溫度的加工 軋制 模鍛 拉拔 90 如 Fe 的再結(jié)晶溫度為 451℃ ，其在 400℃ 以下的加工仍為冷加工。 ? 對于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時 (?90%),再結(jié)晶后晶粒又出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān)。 當(dāng)變形達(dá)到 2~10%時， 只有部分晶粒變形，變形極 不均勻 , 再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊， 易互相吞并和長大 ,再結(jié)晶后 晶粒特別粗大，這個變形度 稱 臨界變形度 。 再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響 86 預(yù)先變形度 預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響。C保溫 15分后的組織 700186。C保溫 4秒后的組織 580186。 原子穿過 晶界擴(kuò)散 晶界遷 移方向 84 黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片 冷變形量為 38％的組織 580186。C保溫 10分后的組織 83 晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。C保溫 8秒后的組織 580186。C保溫 15分后的組織 82 再結(jié)晶后的晶粒長大 再結(jié)晶完成后，若繼續(xù) 升溫或延長保溫時間，將發(fā)生晶粒長大， 這是一個自發(fā)過程。 黃銅 580186。 生產(chǎn)中，把 消除加工硬化的熱處理稱為 再結(jié)晶退火 。 當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值， 稱最低再結(jié)晶溫度。C保溫 3秒后的組織 580186。 580186。 冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形 (變形量為 38%)黃銅 580186。 鐵素體變形 80% 670℃ 加熱 650℃ 加熱 76 再結(jié)晶也是晶核形成和長大的過程，但 不是相變過程， 再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相同。 80%冷變形 Al合金回 復(fù)后的 TEM明場像 75 再結(jié)晶 當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化， 由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾?等軸晶粒 。 74 在回復(fù)階段，組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。如 空位與其 他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并 而使缺陷數(shù)量減少等。 加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生 回復(fù)、再結(jié)晶 和 晶粒長大。 晶界位錯塞積所引起的應(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的組織和性能變化 金屬經(jīng)冷變形后 , 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài) , 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。 ? 內(nèi)應(yīng)力的存在， 使金屬耐蝕性下降， 引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂 。 曲軸