【正文】 ? 形變內(nèi)應(yīng)力按照其存在的范圍不同 ， 可分為三種： ? 第一類內(nèi)應(yīng)力 ， 亦稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力 。 ? 第二類內(nèi)應(yīng)力 ， 亦稱為顯微應(yīng)力 。 ? 第三類內(nèi)應(yīng)力 ， 亦稱為晶格畸變應(yīng)力 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 64 四 、 回復(fù)與再結(jié)晶 ? 形變后的金屬加熱時(shí) ， 將發(fā)生一系列的組織和性能的變化 ， 變化的主要形式是回復(fù)與再結(jié)晶 。 (一 )回復(fù) ? 經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時(shí) ， 金屬組織基本不變 ， 硬化現(xiàn)象仍然保留 ， 但內(nèi)應(yīng)力大大消除 ， 這種現(xiàn)象稱為回復(fù) 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 65 （ 二 ） 再結(jié)晶 ? 塑性變形后的金屬在較低溫度下加熱時(shí) ， 雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除 ， 但顯微組織和結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變 ， 形變儲(chǔ)存能未能完全釋放 ， 金屬組織仍處于不穩(wěn)定狀態(tài) 。 如繼續(xù)提高加熱溫度 ， 使金屬原子的擴(kuò)散能力增加 ， 這種高能不穩(wěn)定狀態(tài)將消除 ， 晶粒拉長(zhǎng)和碎化趨于消失 ， 金屬的組織 、 性能完全恢復(fù)到變形前的狀態(tài) 。 這種變化實(shí)質(zhì)上是一個(gè)重新形核 、 長(zhǎng)大的過程 ， 稱為再結(jié)晶 。 再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組織相同 ， 加工硬化現(xiàn)象完全消失 ， 位錯(cuò)密度也降至變形前的狀態(tài) ， 如圖 l— 43所示 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 66 (三 )再結(jié)品溫度與晶粒長(zhǎng)大 ? 再結(jié)晶過程不是相變 。 ? 再結(jié)晶溫度主要取決于金屬的預(yù)變形程度 。 沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加熱時(shí)不會(huì)出現(xiàn)再結(jié)晶的現(xiàn)象 。 金屬的預(yù)變形度越大 ， 其形變儲(chǔ)存能越多 ， 加熱時(shí)再結(jié)晶的傾向越大 ， 所需的再結(jié)晶溫度越低 。 當(dāng)形變量大到一定程度后 ， 再結(jié)晶溫度趨于某一固定值 ， 這一溫度值稱作 Ta， 即最低再結(jié)晶溫度 。 ? 金屬的最低再結(jié)晶溫度與金屬的熔點(diǎn)有關(guān) ， 高熔點(diǎn)的金屬 Ta較高 ， 反之則低 。與金屬熔點(diǎn) Tr的關(guān)系約為： Ta≈~ 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 67 ? 加熱溫度過高 ， 保溫時(shí)間過長(zhǎng) ， 都能使已形成的細(xì)晶粒組織繼續(xù)長(zhǎng)大 ， 而成為粗大晶粒的組織 ，使金屬的性能變壞 ， 這是應(yīng)該力求避免的 。 ? 回復(fù) 、 再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過程中 ， 隨加熱溫度的增加 ， 組織和性能變化如圖 1－ 45所示 。 ? 再結(jié)晶退火在工業(yè)生產(chǎn)中適于冷拔 、 冷拉的金屬材料 。 往往在冷拔或冷拉后 ， 安排一道或數(shù)道再結(jié)晶退火工藝 ， 使變形后的金屬恢復(fù)到變形前 ， 再繼續(xù)變形 ， 如冷拔無縫鋼管 ， 冷拉鋼絲 、銅絲等 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 68 五 、 熱加工與冷加工的區(qū)別 ?許多重要工件在機(jī)加工前 ， 往往安排一道鍛造工序 ， 如汽輪機(jī)的主袖 、 葉輪葉片 ， 發(fā)電機(jī) ． 風(fēng)機(jī) 、 水泵的主軸 、 齒輪等 。 用金屬學(xué)的觀點(diǎn)來看，凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下的加工變形稱作冷加工，而 在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工 。 金屬熱加工的塑性變形量大，不會(huì)出現(xiàn)加工硬化，可以很快加工成型。在熱加工中，金屬的某些缺陷 (如氣孔、裂紋等 )可以在高溫下焊合，因而熱加工后金屬的組織細(xì)密質(zhì)量好。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 69 二、二元合金相圖 ? 合金的性能是由合金的成分 、 組織決定的 ， 研究合金成分 、 組織 、 性能之間關(guān)系最重要的工具是合金相圖 。 相圖的概念 ? 合金相圖又稱平衡圖或平衡狀態(tài)圖 。 它以合金成分為橫坐標(biāo) ， 以溫度為縱坐標(biāo) ， 表示同一合金系在平衡狀態(tài)下不同成分的合金在不同溫度下由哪些相組成 ， 以及相間平衡關(guān)系的圖形 。 平衡是指熱力學(xué)平衡 ， 即一定成分的合金在一定溫度下各相的量不再發(fā)生變化 ， 處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 。處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下的相稱為平衡相 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 70 ? 純金屬的相圖可以用表示溫度的縱坐標(biāo)及其上幾個(gè)臨界點(diǎn)表示 。 ? 圖 1— 51為工業(yè)純鐵的冷卻曲線及相圖 。 圖中左邊是工業(yè)純鐵的冷卻曲線 ，二元合金的組織組成的相不僅與溫度有關(guān) ， 且與合金的成分有關(guān) 。 如用一核坐標(biāo)表示合金的成分 ， 用縱坐標(biāo)表示溫度 ， 即可將不同成分的合金在不同溫度下的平衡相及相間的平衡關(guān)系表示出來 。 ? 圖 1— 52為銅 — 鎳合金相圖 ， Cu— Ni橫坐標(biāo)表示從 0％ Ni至 100％ Ni的合金系的所有成分 。 這樣二維坐標(biāo)平面上任一點(diǎn) (稱作表象點(diǎn) )， 即表示一個(gè)成分的合金在某一溫度時(shí)的狀態(tài) （ 相 ） 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 71 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 72 2． 相圖的測(cè)定 ? 二元合金相圖可以用多種方法則定 ， 其中最簡(jiǎn)單 、 最常用的方法是采用熱分析法 。 以 Cu— Ni合金為例 ， 用熱分析法測(cè)定相圖的步驟： ? （ 1） 配制不同成分的 Cu— Ni合金 ， 測(cè)出結(jié)晶開始溫度 (上轉(zhuǎn)變點(diǎn) )及結(jié)晶終了溫度 (下轉(zhuǎn)變點(diǎn) )： ? 繪制合金的冷卻曲線 ， 如圖 153(a)所示 。 ? （ 2） 將各冷卻曲線的臨界點(diǎn)平移至相圖上 ， 如圖 153(b)所示 ， 并將同類的點(diǎn)描成線 ， 稱為相界線 ， 即的到一個(gè)完整的 CuNi合金相圖 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 73 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 74 （ 二 ） 杠桿定律 ? 由二元合金相圖不僅可以確定任何成分的合金在任何溫度下有那些相 ，還可以借助杠桿定律確定兩相區(qū)內(nèi)兩個(gè)平衡相的相對(duì)重量如圖 1－ 54所示 。因此 ， 杠桿定律是分析合金相圖的重要工具 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 75 1． 確定二平衡相的成分 ? 在圖 154給出的銅鎳合金相圖中 ， 液相以上是液相區(qū) L，固相線以下是固相區(qū) α， 兩相線之間是二相平衡共存的區(qū)域 L+α。 若有任何一個(gè)成分的合金 CX， 在溫度 t℃ 時(shí)處在兩相區(qū) L+α,這時(shí)的表相點(diǎn)為 b。 若通過該點(diǎn)作一水平與液相線及固相線交于 a、 c兩點(diǎn) ， 則 a、 c點(diǎn)的成分是兩平衡相 L,α的成分 ， 其原因可做如下分析 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 76 2． 確定兩平衡相的相對(duì)重量 ? 圖 1－ 54所示的 Cu－ Ni合金相圖中 ， 仍以 Cx成分的合金為例 ， 設(shè) Cx成分的合金重量為 1， t℃ 液相 L的重量為 QL， 固相的重量為 Qα， 則 ? QL＝ 1－ Qα ? 因?yàn)楹辖鹬泻?Ni量為 Cx， t℃ 時(shí) ， 固相中含 Ni量為 C2， 液相中含 Ni量為 C1， 則 ? QαC 2＋ QLC 1＝ 1C x ? QαC 2＋ （ 1－ Qα） C 1＝ Cx ? 整理得 acabCCCCQ121x ???acbcQ1QL ?? ? bcabL??abQbcQ L ????所以： 或 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 77 （ 三 ） 相圖的基本類型 ? 勻晶相圖 ? 前面討論的 Cu－ Ni相圖 ， 稱為勻晶相圖 。 形成勻晶相圖的二組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶 ， 在固態(tài)時(shí)能夠形成無限固溶體 。 勻晶相圖是最簡(jiǎn)單的二元合金相圖 ， 只有兩個(gè)單相區(qū) L及 α， 一個(gè)兩相區(qū) L＋ α。 LαL+αtAA溫度(℃)0圖1 56 C u Ni 合金相圖中的結(jié)晶過程(a )結(jié) 晶過程中成分變化 (b )組 織轉(zhuǎn)變示意圖NiNi(%)Cuα1α2α3α4L1L2L3L4t1t2t3t4tB20 40 60 80LLαα溫度(℃)O時(shí)間金屬材料 新干班教材 2022/2/13 78 共晶過程 ? 二元合金的兩個(gè)組元在液態(tài)完全互溶 ， 在固態(tài)有限互溶 ， 形成共晶的二元合金 ， 其相圖稱為共晶相圖 ， 如 AlSi、 AgCu、 PbSn、 AlCuAl2等 。 結(jié)晶過程還可用反應(yīng)式表示： L→L ＋ α→α 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 79 （ 2）合金結(jié)晶過程分析 圖 1－ 58表示 Pb－ Sn合金相圖。 1）共晶合金：合金 1為 c點(diǎn)合金的成分，稱為共晶合金。從相圖上看，在 c點(diǎn)液相線與固相線交于一點(diǎn)，說明結(jié)晶過程是在恒溫下進(jìn)行的。結(jié)晶的產(chǎn)物是 α、 β固溶體同時(shí)生成物，稱作共晶體。 圖 159是共合金 I的冷卻曲線和結(jié)晶過程示意圖。從圖中可以看出，共晶反應(yīng)是個(gè)恒溫過程，在冷卻曲線上是個(gè)水平臺(tái)階。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 80 ? 因?yàn)?c點(diǎn)是 ac與 bc的交點(diǎn) ， 即兩個(gè)勻晶相圖的交點(diǎn) ， 這時(shí)生成的 α相的成分為 d， β相成分為 e。 寫出共晶反應(yīng)式為： ? Lc＝ αd＋ βe ? 共晶生成物的組織稱作共晶組織 。 共晶組織的形態(tài)是多種多樣的 ， 有層片狀 、 短桿狀 、 球狀 、 點(diǎn)狀等 。 但它們都有一個(gè)特點(diǎn) ， 即兩相組織都比較小 ， 相間而生 ， 在較低的顯微鏡下觀察 ， 甚至分辨不清 ， 是一種兩相的機(jī)械混合物組織 。 ? 共晶合金的溫度降至 α＋ β相區(qū)后 ， 再隨溫度降低 αd與 βc兩相的成分要沿著各自的固溶曲線變化 ， 到室溫時(shí)為 αf及 βg。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 81 2)亞共晶合金 ：成分在 dc之間的合金稱作亞共晶合金 ， 如圖 158中合金 II。合金自液態(tài)冷卻至 ac線時(shí) ， 開始析出 α固溶體；隨著溫度降低 ， α相逐漸增多 ， L相逐漸減少 。 由杠桿定律可知 ， 固相 α的成分沿著固相線 ad變化 ，液相 L的成分沿著液相線 ac變化 ， 直到 2點(diǎn)以前 ， 合金的結(jié)晶過程完全遵守勻晶相圖的結(jié)晶規(guī)律 。 當(dāng)溫度降至 2點(diǎn)時(shí) ， 利用杠桿定律可知 ， 已析出的 α與剩下的液相的重量比為 2c/d2， 已析出的 α相成分為 d， 剩下的液相成分為 c， 具備了共晶反應(yīng)的條件 。 ? 剩下的成分為 c的液相在共晶溫度下將會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng) ， 生成共晶體 。 于是 ， 當(dāng)溫度冷至共晶溫度以下時(shí) ， 生成的組織為初生的 α相及共晶體 ， 如圖 160所示 。 亞共晶合金自液態(tài)的結(jié)晶過程可用反應(yīng)式表示： ? LII→α ＋ L→α d＋ Lc＝ αd＋ （ αd＋ βc） 共晶 ? 成分為 IV的合金結(jié)晶過程與亞共晶合金相同 ， 只是將 α固溶體換成 β固溶體即可稱作過共晶合金 。 生成物的組織為： βc＋ （ αd＋ βc） 共晶 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 82 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 83 ? 3)成分為 III的合金 ：圖 158中成分 III的合金結(jié)晶過程 ， 如圖 161所示 。 與勻晶相圖合金的結(jié)晶過程相似 ， 在溫度 3之間得到單相的 α固溶體組織；但是 ， 當(dāng)溫度降至 3點(diǎn)時(shí) ， 與固溶線 df線相交 ， α固溶體達(dá)到飽和狀態(tài)；溫度再下降時(shí) ， 從 α固溶體中產(chǎn)生的沉淀物 ， 這種沉淀物不是溶質(zhì) ， 而是另一種固溶體相 β， 稱為次生相 ， 或二次相 ， 記作 βII；當(dāng)溫度降至室溫時(shí) ， α固溶體相的成分沿 df達(dá)到 f， 析出的 βII可用杠桿定律計(jì)算 。 成分 III的合金結(jié)晶過程可用反應(yīng)式表示： ? LIII→L+α→α→α ＋ βII ? 成分 V的