第6章--金屬及合金的塑性變形與斷裂

1、 金屬學(xué)及熱處理沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院第6章 金屬及合金的塑性變形與斷裂為什么探討金屬及合金塑性變形為什么探討金屬及合金塑性變形? ?意義意義? ?引言鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織-(-(鑄件和鑄錠鑄件和鑄錠)-)-壓力加工壓力加工( (軋軋制、鍛造、擠壓等）制、鍛造、擠壓等）-型材和工件型材和工件經(jīng)過壓力加工后經(jīng)過壓力加工后, ,不僅材料的形狀和尺寸不僅材料的形狀和尺寸發(fā)生變化發(fā)生變化, ,組織和性能組織和性能也發(fā)生相應(yīng)的變化也發(fā)生相應(yīng)的變化強度、硬度、塑性、韌性或斷裂強度、硬度、塑性、韌性或斷裂 一方面可以揭示金屬材料強度和塑一方面可以揭示金屬材料強度和塑性的實質(zhì)性的實質(zhì),

2、,以探討強化金屬材料的方法和以探討強化金屬材料的方法和途徑途徑; ; 另一方面為工程實際中的塑性變形問另一方面為工程實際中的塑性變形問題提供重要的線索和參考題提供重要的線索和參考, ,作為改進(jìn)工藝作為改進(jìn)工藝或提高加工質(zhì)量的依據(jù)或提高加工質(zhì)量的依據(jù). .6.1金屬的變形特性金屬的變形特性6.2單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形6.3多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形6.4合金的塑性變形合金的塑性變形6.5塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響6.6金屬的斷裂金屬的斷裂教學(xué)目的教學(xué)目的: :1 闡明金屬塑性變形的主要特點及本質(zhì)； 2 指出塑性變形對金屬組織和性能的影響； 3 揭

3、示加工硬化的本質(zhì)與意義。 重點：重點： （1）塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機制 （2）晶體缺陷對塑性變形的影響； （3）金屬塑性變形后的組織與性能； （4）加工硬化的本質(zhì)及實際意義加工硬化的本質(zhì)及實際意義，殘余應(yīng)力； 難點： （1）塑性變形的位錯機制 （2）形變織構(gòu)與纖維組織的差別 。主要教學(xué)內(nèi)容主要教學(xué)內(nèi)容 （1 1）拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機械性能指標(biāo)；）拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機械性能指標(biāo)； （2 2）塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機制；）塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機制； （3 3）加工硬化的本質(zhì)及實際意義；）加工硬化的本質(zhì)及實際意義； （4 4）塑性變形對金屬與合金組織、性能的影響：）

4、塑性變形對金屬與合金組織、性能的影響： （5 5）金屬材料的強化機制。）金屬材料的強化機制。 一、工程應(yīng)力一、工程應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線二、真應(yīng)力二、真應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線6.1 金屬的變形特性金屬的變形特性三、金屬的彈性變形三、金屬的彈性變形一、工程應(yīng)力一、工程應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線從此曲線上，可以看出低碳鋼的變形過程有如下從此曲線上，可以看出低碳鋼的變形過程有如下特點：特點： 當(dāng)應(yīng)力低于當(dāng)應(yīng)力低于 e e 時，應(yīng)力與試樣的應(yīng)變成正比，時，應(yīng)力與試樣的應(yīng)變成正比，應(yīng)力去除，變形消失，即試樣處于彈性變形階段，應(yīng)力去除，變形消失，即試樣處于彈性變形階段， e e 為材料的為材料的彈

5、性極限彈性極限，它表示材料保持完全彈性，它表示材料保持完全彈性變形的最大應(yīng)力。變形的最大應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過當(dāng)應(yīng)力超過 e e 后，應(yīng)力與應(yīng)變之間的直線關(guān)系后，應(yīng)力與應(yīng)變之間的直線關(guān)系被破壞，并出現(xiàn)屈服平臺或屈服齒。如果卸載，被破壞，并出現(xiàn)屈服平臺或屈服齒。如果卸載，試樣的變形只能部分恢復(fù)，而保留一部分殘余試樣的變形只能部分恢復(fù)，而保留一部分殘余變形，即變形，即塑性變形塑性變形，這說明鋼的變形進(jìn)入彈塑，這說明鋼的變形進(jìn)入彈塑性變形階段性變形階段。 s s稱為材料的稱為材料的屈服強度或屈服點屈服強度或屈服點，對于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生對于無明顯屈服的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%0.2%殘余

6、變形的應(yīng)力值為其殘余變形的應(yīng)力值為其屈服極限屈服極限。 當(dāng)應(yīng)力超過當(dāng)應(yīng)力超過 s s后，試樣發(fā)生明顯而均勻的塑性變后，試樣發(fā)生明顯而均勻的塑性變形，若使試樣的形，若使試樣的應(yīng)變應(yīng)變增大，則必須增加增大，則必須增加應(yīng)力值應(yīng)力值，這，這種種隨著塑性變形的增大，塑性變形抗力不斷增加的隨著塑性變形的增大，塑性變形抗力不斷增加的現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強化現(xiàn)象稱為加工硬化或形變強化。 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到當(dāng)應(yīng)力達(dá)到 b b時試樣的均勻變形階段即告終止，時試樣的均勻變形階段即告終止，此最大應(yīng)力此最大應(yīng)力 b b稱為材料的強度極限或抗拉強度，它稱為材料的強度極限或抗拉強度，它表示材料對最大均勻塑性變形的抗力。表示材料對

7、最大均勻塑性變形的抗力。在在 b b值之后，試樣開始發(fā)生值之后，試樣開始發(fā)生不均勻塑性變形不均勻塑性變形并形成縮頸并形成縮頸，應(yīng)力下降，最后應(yīng)力達(dá)到，應(yīng)力下降，最后應(yīng)力達(dá)到 k k時時試樣斷裂。試樣斷裂。 k k為材料的條件斷裂強度，它表為材料的條件斷裂強度，它表示材料對塑性的極限抗力。示材料對塑性的極限抗力。強度強度? ? 塑性塑性? ? 韌性韌性? ? 真應(yīng)力真應(yīng)力- -真應(yīng)變曲線，它不像應(yīng)力真應(yīng)變曲線，它不像應(yīng)力- -應(yīng)變曲應(yīng)變曲線那樣在載荷達(dá)到最大值后轉(zhuǎn)而下降，而是線那樣在載荷達(dá)到最大值后轉(zhuǎn)而下降，而是繼續(xù)上升直至斷裂，繼續(xù)上升直至斷裂，這說明金屬在塑性變形這說明金屬在塑性變形過程中不

8、斷地發(fā)生加工硬化過程中不斷地發(fā)生加工硬化，從而外加應(yīng)力，從而外加應(yīng)力必須不斷增高，才能使變形繼續(xù)進(jìn)行，即使必須不斷增高，才能使變形繼續(xù)進(jìn)行，即使在出現(xiàn)縮頸之后，縮頸處的真實應(yīng)力仍在升在出現(xiàn)縮頸之后，縮頸處的真實應(yīng)力仍在升高，這就排除了應(yīng)力高，這就排除了應(yīng)力- -應(yīng)變曲線中應(yīng)力下降的應(yīng)變曲線中應(yīng)力下降的假象。假象。二、真應(yīng)力二、真應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線三、金屬的彈性變形三、金屬的彈性變形 彈性模量越大彈性模量越大, ,彈性變形越不容易彈性變形越不容易! ! 彈性彈性模量是決定材料剛度的材料性能模量是決定材料剛度的材料性能. . 彈性模量的大小主要取決于原子間的結(jié)彈性模量的大小主要取決于原子間

9、的結(jié)合力，而與材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)無關(guān)，即屬合力，而與材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)無關(guān)，即屬于于結(jié)構(gòu)不敏感的性能結(jié)構(gòu)不敏感的性能=E6.2單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形晶體只有在切應(yīng)力作用下才發(fā)生塑性變形。晶體只有在切應(yīng)力作用下才發(fā)生塑性變形。塑性變形方式塑性變形方式: :滑移滑移或或?qū)\生孿生一、滑移一、滑移二、孿生二、孿生滑移：晶體一部分沿一定晶面和一定晶向與滑移：晶體一部分沿一定晶面和一定晶向與另一部分產(chǎn)生相對滑動。另一部分產(chǎn)生相對滑動。1 1、滑移帶與滑移線、滑移帶與滑移線 單晶體表面變形是所顯示的滑移條紋，稱單晶體表面變形是所顯示的滑移條紋，稱為滑移帶為滑移帶( (金相顯微鏡金相顯微鏡) )，而滑移

10、帶又是由一，而滑移帶又是由一簇相互平行的滑移線簇相互平行的滑移線( (電子顯微鏡電子顯微鏡) )組成。組成。2 2、滑移系、滑移系 滑移面滑移面是晶體中原子排列最緊密的面，是晶體中原子排列最緊密的面，而而滑移方向滑移方向是原子排列最緊密的方向。是原子排列最緊密的方向。 滑移是晶體一部分沿一定滑移是晶體一部分沿一定晶面晶面和一和一定定晶向晶向與另一部分產(chǎn)生相對滑動。與另一部分產(chǎn)生相對滑動。晶體的一個滑移面與該面上的一個晶體的一個滑移面與該面上的一個滑移方向，組成一個滑移系?；品较?，組成一個滑移系?；葡翟蕉嗷葡翟蕉? ,則滑移時可供采用的則滑移時可供采用的空間位向也越多空間位向也越多, ,該

11、金屬的塑性越該金屬的塑性越好好! !為什么晶體中原子排列最緊密的面是滑移為什么晶體中原子排列最緊密的面是滑移面，而原子排列最緊密的方向是滑移方向面，而原子排列最緊密的方向是滑移方向? ? -Fe-Fe 、 CuCu 、 Al Al 、 AgAg都具有都具有1212個個滑移系，滑移系，為什么為什么 -Fe-Fe比比CuCu 、 Al Al 、 AgAg 的塑性要差的塑性要差? ?晶體受力時，所有的滑移系都動嗎晶體受力時，所有的滑移系都動嗎? ?3 3、滑移的臨界分切應(yīng)力、滑移的臨界分切應(yīng)力取決于力在滑移面內(nèi)沿取決于力在滑移面內(nèi)沿滑移方向的切應(yīng)力大??！滑移方向的切應(yīng)力大小！A A為晶體橫截面積，為

12、晶體橫截面積， 為滑移面與橫截為滑移面與橫截面夾角，面夾角， 為外力為外力F F與滑移方向的夾角。與滑移方向的夾角。于是，外力在該滑移面沿滑移方向的分于是，外力在該滑移面沿滑移方向的分切應(yīng)力切應(yīng)力 可寫成：可寫成：coscoscoscosAFAF4 4、單晶體滑移時的轉(zhuǎn)動、單晶體滑移時的轉(zhuǎn)動單晶體滑移時，往往伴隨晶體的轉(zhuǎn)動。單晶體滑移時，往往伴隨晶體的轉(zhuǎn)動。5 5、多系滑移、多系滑移 滑移在多組滑移系中同時進(jìn)行或交替進(jìn)行。6 6、滑移的位錯機制、滑移的位錯機制利用剛性滑移計算出的金屬的屈服強度值與實測利用剛性滑移計算出的金屬的屈服強度值與實測值有較大的差異，說明金屬的滑移不是剛性滑移值有較大的

13、差異，說明金屬的滑移不是剛性滑移，而是，而是利用金屬中的位錯進(jìn)行利用金屬中的位錯進(jìn)行的。的。（1 1）位錯運動與晶體滑移）位錯運動與晶體滑移在晶體滑移過程中，存在著位錯不斷增殖的在晶體滑移過程中，存在著位錯不斷增殖的現(xiàn)象，典型的如弗蘭克現(xiàn)象，典型的如弗蘭克- -瑞德位錯源機制。瑞德位錯源機制。（2 2）位錯的增殖）位錯的增殖（3 3）位錯的交割與塞積）位錯的交割與塞積 不同滑移面上運動著的位錯相遇時，發(fā)生互相不同滑移面上運動著的位錯相遇時，發(fā)生互相交割并形成割階，這一方面增加位錯線長度，另交割并形成割階，這一方面增加位錯線長度，另一方面可能形成一種位錯難以運動的固定割階，一方面可能形成一種位錯

14、難以運動的固定割階，成為后續(xù)位錯運動的阻礙。成為后續(xù)位錯運動的阻礙。 在切應(yīng)力作用下，弗蘭克在切應(yīng)力作用下，弗蘭克- -瑞德位錯源產(chǎn)生的大瑞德位錯源產(chǎn)生的大量位錯沿滑移面的運動過程中，若遇到障礙物（量位錯沿滑移面的運動過程中，若遇到障礙物（固定位錯、雜質(zhì)粒子、晶界等），領(lǐng)先位錯在障固定位錯、雜質(zhì)粒子、晶界等），領(lǐng)先位錯在障礙前被阻止，后續(xù)位錯被堵塞起來，形成位錯塞礙前被阻止，后續(xù)位錯被堵塞起來，形成位錯塞積。積。 二、孿生二、孿生 孿生：晶體一部分孿生：晶體一部分相對于另一部分在切應(yīng)力作相對于另一部分在切應(yīng)力作用下沿特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切用下沿特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切變。

15、變。孿生是冷塑性變形的另一種重要形式，孿生是冷塑性變形的另一種重要形式，常作為滑移不易進(jìn)行時的補充。常作為滑移不易進(jìn)行時的補充。一些密排六方的金屬如一些密排六方的金屬如Cd, ZnCd, Zn，MgMg等常發(fā)等常發(fā)生孿生變形。生孿生變形。體心立方及面心立方結(jié)構(gòu)的金屬在形變溫體心立方及面心立方結(jié)構(gòu)的金屬在形變溫度很低形變速率極快時，也會通過孿生度很低形變速率極快時，也會通過孿生方式進(jìn)行塑變。方式進(jìn)行塑變。孿生與滑移有如下差別：孿生與滑移有如下差別：(1)(1)孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只集中在一些滑移面上進(jìn)行。而滑移只集中在一些滑移面上進(jìn)行。(2)(2

16、)孿生后晶體的變形部分的位向發(fā)生了孿生后晶體的變形部分的位向發(fā)生了改變，滑移后晶體各部分位向均未改變改變，滑移后晶體各部分位向均未改變。(3)(3)孿生變形時，孿晶帶中每層原子沿孿生孿生變形時，孿晶帶中每層原子沿孿生方向的位移量都是原子間距的分?jǐn)?shù)值，而滑方向的位移量都是原子間距的分?jǐn)?shù)值，而滑移為原子間距移為原子間距的整數(shù)倍的整數(shù)倍。（4 4）孿生變形）孿生變形所需的切應(yīng)力比滑移所需的切應(yīng)力比滑移變形大變形大得多，故孿生變形大多發(fā)生在滑移比較困難得多，故孿生變形大多發(fā)生在滑移比較困難的情況下，如密排六方金屬、體心立方金屬的情況下，如密排六方金屬、體心立方金屬在低溫下的變形或受沖擊時。在低溫下的變

17、形或受沖擊時。孿生對塑變的直接貢獻(xiàn)比滑移小很多。孿生對塑變的直接貢獻(xiàn)比滑移小很多。6.3多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形一、多晶體的塑性變形過程一、多晶體的塑性變形過程二、晶粒大小的影響二、晶粒大小的影響一、多晶體的塑性變形過程一、多晶體的塑性變形過程實際使用的材料通常是由多晶體組成實際使用的材料通常是由多晶體組成的多晶體的塑性變形較為復(fù)雜多晶體的塑性變形較為復(fù)雜! !多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體相同相同(?)(?)，但由于相鄰晶粒之間，但由于相鄰晶粒之間取向取向不同，以不同，以及及晶界晶界的存在，因而多晶體的變形既需克服的存在，因而多晶體的變形

18、既需克服晶界的阻礙，又要求各晶粒的變形相互協(xié)調(diào)晶界的阻礙，又要求各晶粒的變形相互協(xié)調(diào)與配合與配合! !多晶體的塑性變形特點多晶體的塑性變形特點: :1. 1.各晶粒變形的不同時性各晶粒變形的不同時性; ;2. 2.各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性; ;3. 3.各晶粒變形的不均勻性各晶粒變形的不均勻性; ;二、晶粒大小的影響二、晶粒大小的影響 多晶體由不同取向的晶粒組成，塑性變形時，晶粒取向不同，故滑移時，晶粒之間會相互制約、相互影響(位錯交割)。晶界處位錯受阻,以上兩者均能提高材料的強度!-細(xì)晶強化 對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室對純金屬、單相合金或低碳鋼都發(fā)現(xiàn)室溫屈服強度和

19、晶粒大小有以下關(guān)系：溫屈服強度和晶粒大小有以下關(guān)系： 210kds式中的式中的d d為晶粒的平均直徑，為晶粒的平均直徑，k k為比例常為比例常數(shù)。這是個經(jīng)驗公式，但又表達(dá)了一個數(shù)。這是個經(jīng)驗公式，但又表達(dá)了一個普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾普遍規(guī)律。該公式常稱為霍爾- -佩奇佩奇(Hall-(Hall-Petch)Petch)關(guān)系。關(guān)系。 細(xì)晶強化是強化金屬材料的一種細(xì)晶強化是強化金屬材料的一種極為重要的方法極為重要的方法 ! !僅可以提高材料的強度嗎?塑性材料的晶粒愈細(xì)，不僅強度愈高，而且塑性與韌性也較高。原因：因為晶粒愈細(xì)，單位體積中晶粒數(shù)量便愈多，變形時同樣的形變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生

20、，晶粒轉(zhuǎn)動的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的應(yīng)力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性形變量(伸長率大)，吸收更多的能量,具有較高的沖擊載荷抗力(韌性好)。工程意義：所以在工業(yè)上通過各種方法(凝固、壓力加工、熱處理)使材料獲得細(xì)而均勻的晶粒，使目前提高材料力學(xué)性能的有效途徑之一。 6.4合金的塑性變形合金的塑性變形一、單相固溶體的塑性變形一、單相固溶體的塑性變形二、多相合金的塑性變形二、多相合金的塑性變形一、單相固溶體的塑性變形一、單相固溶體的塑性變形 單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子。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，提高了塑性變

21、形的阻力。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隨之提高。固溶強化的定義?固溶強化是提高材料強度的另一重要手段固溶強化是提高材料強度的另一重要手段（1）在固溶體的溶解度范圍內(nèi),溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,強化作用越大。 （2）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強化作用也越大。 （3）間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大的固溶強化效果。 （4）溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差越大，固溶強化作用越顯著。 不同溶質(zhì)原子所引起的固溶強化效果存在很大差別!二、多相合金的塑性變形二、多相合金的塑性變形（一）合金中兩相性能相近（一）合金中兩相性能相近（二）合金中兩相性能相差較大（二）合金中兩相性能相差

22、較大（一）合金中兩相性能相近（一）合金中兩相性能相近 當(dāng)組成合金的兩相含量相差不大，晶粒尺寸屬同一數(shù)量級，且都為塑性相時，則合金的變形能力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。 1、硬而脆的第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在塑性相的晶界上這種情況最惡劣，會使合金塑性與韌性急劇下降。生產(chǎn)上可以通過熱加工和熱處理相互配合來破壞或消除網(wǎng)狀分布。（二）合金中兩相性能相差較大（二）合金中兩相性能相差較大2、脆性第二相呈片狀或?qū)訝罘植荚谒苄曰w上 如鋼中珠光體組織，此時，材料性能與兩相片層間距有關(guān)，也可用霍爾-佩奇公式描述：210sksis 3 3、脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布、脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布 當(dāng)脆性相在塑性相中呈顆粒

23、狀分布時，會當(dāng)脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布時，會使強度降低，而塑性和韌性得到顯著改善；使強度降低，而塑性和韌性得到顯著改善；若第二相若第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布于基體以細(xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時相中時，則會產(chǎn)生顯著的強化作用。，則會產(chǎn)生顯著的強化作用。第二相第二相粒子的強化粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻礙作用是通過其對位錯運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的。這又分兩種情況：作用而表現(xiàn)出來的。這又分兩種情況：第二相粒子的強化第二相粒子的強化! !（1）位錯繞過第二相粒子）位錯繞過第二相粒子(2) (2) 位錯切過第二相粒子位錯切過第二相粒子6.5塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對

24、金屬組織和性能的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響二、塑性變形對金屬性能的影響二、塑性變形對金屬性能的影響三、殘余應(yīng)力三、殘余應(yīng)力一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響（一）顯微組織的變化（一）顯微組織的變化（二）亞結(jié)構(gòu)的變化（二）亞結(jié)構(gòu)的變化（三）變形織構(gòu)（三）變形織構(gòu) 經(jīng)塑性變形后，金屬材料的顯微組織發(fā)經(jīng)塑性變形后，金屬材料的顯微組織發(fā)生明顯的改變。生明顯的改變。 除了每個晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量的除了每個晶粒內(nèi)部出現(xiàn)大量的滑移帶或?qū)\滑移帶或?qū)\晶帶外晶帶外，隨著變形度的增加，原來的等，隨著變形度的增加，原來的等軸晶軸晶粒粒將逐漸沿其將逐漸沿其變形方向伸長

25、變形方向伸長。當(dāng)變形量很大。當(dāng)變形量很大時，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以分辨而時，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織纖維組織。纖維的分布方向即是材料流變伸展的方向。纖維的分布方向即是材料流變伸展的方向。（一）顯微組織的變化（一）顯微組織的變化（二）亞結(jié)構(gòu)的變化（二）亞結(jié)構(gòu)的變化 金屬晶體在塑性變形的過程中由于應(yīng)力的作用金屬晶體在塑性變形的過程中由于應(yīng)力的作用而使而使位錯不斷增殖位錯不斷增殖，同時晶粒的碎化也將產(chǎn)生大，同時晶粒的碎化也將產(chǎn)生大量位錯。量位錯。 因此，隨變形度的增大，晶體中位錯密度迅速提因此，隨變形度的增大，晶體中

26、位錯密度迅速提高。一般金屬經(jīng)劇烈冷變形后，其位錯密度可由高。一般金屬經(jīng)劇烈冷變形后，其位錯密度可由變形前的變形前的106107/cm2106107/cm2（退火態(tài)）增至（退火態(tài)）增至10111012/cm210111012/cm2。 金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，晶粒中的位錯金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，晶粒中的位錯線通過運動與交互作用，開始呈現(xiàn)紛亂的不均線通過運動與交互作用，開始呈現(xiàn)紛亂的不均勻分布，形成位錯纏結(jié)；勻分布，形成位錯纏結(jié)； 進(jìn)一步增加變形度時，大量位錯發(fā)生聚集，進(jìn)一步增加變形度時，大量位錯發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位錯組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。并由纏結(jié)的位錯組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。隨變形度增加，變形胞數(shù)量增多

27、、尺寸減小。隨變形度增加，變形胞數(shù)量增多、尺寸減小。 在冷變形時，不同位向的晶粒隨著變形在冷變形時，不同位向的晶粒隨著變形程度的增加，在先后進(jìn)行滑移過程中其滑移程度的增加，在先后進(jìn)行滑移過程中其滑移系逐漸趨于受力方向轉(zhuǎn)動。系逐漸趨于受力方向轉(zhuǎn)動。 而當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，各晶粒的取向而當(dāng)變形達(dá)到一定程度后，各晶粒的取向基本一致，該過程稱基本一致，該過程稱為擇優(yōu)取向為擇優(yōu)取向，而變形金，而變形金屬產(chǎn)生擇優(yōu)取向的結(jié)構(gòu)，稱為形變織構(gòu)。屬產(chǎn)生擇優(yōu)取向的結(jié)構(gòu)，稱為形變織構(gòu)。 （三）形變織構(gòu)（三）形變織構(gòu)形變織構(gòu)隨加工變形方式不同主要有兩種形變織構(gòu)隨加工變形方式不同主要有兩種類型：類型：拔絲拔絲形成形成絲

28、織構(gòu)絲織構(gòu)，其特征為各晶粒的某一，其特征為各晶粒的某一晶向大致與拔絲方向平行；晶向大致與拔絲方向平行；軋板軋板時形成時形成板織構(gòu)板織構(gòu)，其主要特征為各晶粒，其主要特征為各晶粒的某一晶面和晶向分別趨于同軋面與軋向的某一晶面和晶向分別趨于同軋面與軋向平行。平行。工程應(yīng)用工程應(yīng)用: :不利的不利的( (大部分大部分) )和有利的和有利的不利的現(xiàn)象不利的現(xiàn)象: : 制耳現(xiàn)象制耳現(xiàn)象 如有織構(gòu)的金屬板材沖制筒形零件時，由于不如有織構(gòu)的金屬板材沖制筒形零件時，由于不同方向上塑性的差別較大，深沖之后零件的邊緣不同方向上塑性的差別較大，深沖之后零件的邊緣不齊出現(xiàn)齊出現(xiàn)“制耳制耳”有利的現(xiàn)象有利的現(xiàn)象: : 變

29、壓器硅鋼片變壓器硅鋼片利用織構(gòu)可大大提高變壓器的效率防止措施防止措施：織構(gòu)形成后很難消除，工織構(gòu)形成后很難消除，工業(yè)生產(chǎn)中為了避免織構(gòu)，較大的變形業(yè)生產(chǎn)中為了避免織構(gòu)，較大的變形量往往通過幾次變形來完成，并進(jìn)行量往往通過幾次變形來完成，并進(jìn)行中間退火。中間退火。 二、塑性變形對金屬性能的影響二、塑性變形對金屬性能的影響（一）加工硬化（一）加工硬化 材料在變形后，強度、硬度顯著提高，材料在變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降而塑性、韌性明顯下降, ,這一現(xiàn)象即為加工這一現(xiàn)象即為加工硬化或形變強化。硬化或形變強化。加工硬化是強化金屬的一加工硬化是強化金屬的一種重要方式，有其實用意種重要

30、方式，有其實用意義。義。加工硬化的作用：加工硬化的作用： 對不能熱處理強化的金屬，加工硬化對不能熱處理強化的金屬，加工硬化是其強化的重要手段；是其強化的重要手段； 提高工件使用過程的安全性。提高工件使用過程的安全性。加工硬化的工程意義：加工硬化的工程意義：加工硬化是強化材料的重要手段，尤其是對于加工硬化是強化材料的重要手段，尤其是對于那些不能用熱處理方法強化的金屬材料。那些不能用熱處理方法強化的金屬材料。 加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形。因為金屬加工硬化有利于金屬進(jìn)行均勻變形。因為金屬已變形部分產(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在已變形部分產(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)的變形主要在未變形或變形較少的部分發(fā)展。未

31、變形或變形較少的部分發(fā)展。1. 1. 加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速了模具的損耗，在對材料要進(jìn)行較大變形量的了模具的損耗，在對材料要進(jìn)行較大變形量的加工中將是不希望的，在金屬的變形和加工過加工中將是不希望的，在金屬的變形和加工過程中常常要進(jìn)行程中常常要進(jìn)行“中間退火中間退火”以消除這種不利以消除這種不利影響，因而增加了能耗和成本。影響，因而增加了能耗和成本。 （二）塑性變形對對其它性能的影響（二）塑性變形對對其它性能的影響 電阻率升高，電阻溫度系數(shù)下降；導(dǎo)磁電阻率升高，電阻溫度系數(shù)下降；導(dǎo)磁率下降；抗腐蝕性減弱等。率下降；抗腐蝕性減弱等。三、殘

32、余應(yīng)力三、殘余應(yīng)力 塑性變形中外力所作的功除大部分轉(zhuǎn)化成熱之外，還有一小部分以畸變能的形式儲存在形變材料內(nèi)部。這部分能量叫做儲存能。儲存能的具體表現(xiàn)方式為：宏觀殘余應(yīng)力、微觀殘余應(yīng)力及點陣畸變。按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常可將其分為三種：1 1、第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力，、第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力， 它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻性引起的，故其應(yīng)力平衡范圍包括整個工件。性引起的，故其應(yīng)力平衡范圍包括整個工件。例如，將金屬棒施以彎曲載荷，則上邊受拉例如，將金屬棒施以彎曲載荷，則上邊受拉而伸長，下邊受到壓縮；變形超過彈性極限而伸長，下邊受到壓縮

33、；變形超過彈性極限產(chǎn)生了塑性變形時，則外力去除后被伸長的產(chǎn)生了塑性變形時，則外力去除后被伸長的一邊就存在壓應(yīng)力，短邊為張應(yīng)力。這類殘一邊就存在壓應(yīng)力，短邊為張應(yīng)力。這類殘余應(yīng)力所對應(yīng)的畸變能不大，僅占總儲存能余應(yīng)力所對應(yīng)的畸變能不大，僅占總儲存能的的0.10.1左右。左右。2 2、第二類內(nèi)應(yīng)力，又稱微觀殘余應(yīng)力，、第二類內(nèi)應(yīng)力，又稱微觀殘余應(yīng)力，它是由晶?；騺喚ЯＶg的變形不均勻性產(chǎn)它是由晶粒或亞晶粒之間的變形不均勻性產(chǎn)生的。其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)，即在晶生的。其作用范圍與晶粒尺寸相當(dāng)，即在晶?；騺喚ЯＶg保持平衡。這種內(nèi)應(yīng)力有時?；騺喚ЯＶg保持平衡。這種內(nèi)應(yīng)力有時可達(dá)到很大的數(shù)值，甚至可

34、能造成顯微裂紋可達(dá)到很大的數(shù)值，甚至可能造成顯微裂紋并導(dǎo)致工件破壞。并導(dǎo)致工件破壞。3 3、第三類內(nèi)應(yīng)力，又稱點陣畸變。、第三類內(nèi)應(yīng)力，又稱點陣畸變。 其作用范圍是幾十至幾百納米，它是由于工件其作用范圍是幾十至幾百納米，它是由于工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷（如空位、間隙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。原子、位錯等）引起的。 變形金屬中儲存能的絕大部分（變形金屬中儲存能的絕大部分（80809090）用于形成點陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的用于形成點陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，故它有一種使能量，使之處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，故它有一種使變形金屬重新恢復(fù)到自由焓最低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變形金屬重新恢復(fù)到自由焓最低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的自發(fā)趨勢，并導(dǎo)致塑性變形金屬在加熱時的回復(fù)及自發(fā)趨勢，并導(dǎo)致塑性變形金屬在加熱時的回復(fù)及再結(jié)晶過程