合金的塑性變形課件

1、合金合金的塑性變形的塑性變形提高材料強(qiáng)度的另一種方法是提高材料強(qiáng)度的另一種方法是合金化合金化。合金元素在基體中有兩種存在方式：合金元素在基體中有兩種存在方式：與基體金屬與基體金屬形成固溶體形成固溶體；形成第二相形成第二相。合金塑性變形的合金塑性變形的基本方式基本方式仍然是仍然是滑移和滑移和孿生孿生，但由于組織、結(jié)構(gòu)的變化，其塑性變，但由于組織、結(jié)構(gòu)的變化，其塑性變形各有特點(diǎn)。形各有特點(diǎn)。一、固溶體的塑性變形一、固溶體的塑性變形固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入基體后，使其溶質(zhì)原子溶入基體后，使其強(qiáng)度、硬度提高強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降塑性、韌性下降的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。溶質(zhì)原子的加入，提高屈服應(yīng)力

2、溶質(zhì)原子的加入，提高屈服應(yīng)力- -應(yīng)變水平，曲線上移。應(yīng)變水平，曲線上移。影響固溶強(qiáng)化的因素：影響固溶強(qiáng)化的因素：溶質(zhì)原子的濃度越高溶質(zhì)原子的濃度越高，強(qiáng)化作用越大強(qiáng)化作用越大，但不，但不保持線形關(guān)系，低濃度時(shí)，強(qiáng)化效應(yīng)更顯著。保持線形關(guān)系，低濃度時(shí)，強(qiáng)化效應(yīng)更顯著。溶質(zhì)原子與基體金屬溶質(zhì)原子與基體金屬原子尺寸相差越大原子尺寸相差越大，強(qiáng)強(qiáng)化作用也越大化作用也越大。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素比形成置換固溶比形成置換固溶體的溶質(zhì)元素的體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大強(qiáng)化作用大。溶質(zhì)原子與基體金屬的溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大價(jià)電子數(shù)相差越大，強(qiáng)化作用越大強(qiáng)化作用越大。固溶強(qiáng)

3、化的機(jī)制固溶強(qiáng)化的機(jī)制溶質(zhì)原子與位錯溶質(zhì)原子與位錯的的彈性交互作用彈性交互作用、電交互作電交互作用用及及化學(xué)交互作用化學(xué)交互作用，阻礙了位錯的運(yùn)動阻礙了位錯的運(yùn)動( (提高屈提高屈服強(qiáng)度服強(qiáng)度) )，增加了位錯運(yùn)動的摩擦阻力增加了位錯運(yùn)動的摩擦阻力( (提高整提高整個(gè)應(yīng)力個(gè)應(yīng)力- -應(yīng)變水平應(yīng)變水平) )。溶質(zhì)原子在晶體中造成點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生應(yīng)力場，該應(yīng)溶質(zhì)原子在晶體中造成點(diǎn)陣畸變，產(chǎn)生應(yīng)力場，該應(yīng)力場與位錯的應(yīng)力場發(fā)生彈性交互作用。力場與位錯的應(yīng)力場發(fā)生彈性交互作用。柯垂?fàn)柨麓範(fàn)?Cotrell)(Cotrell)氣團(tuán)氣團(tuán)：溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子與位錯發(fā)生交互作用，與位錯發(fā)生交互作用，集聚在位錯線附

4、近集聚在位錯線附近，以降低體系的畸變能所，以降低體系的畸變能所形成的溶質(zhì)原形成的溶質(zhì)原子氣團(tuán)子氣團(tuán)。柯氏氣團(tuán)對位錯有柯氏氣團(tuán)對位錯有“釘扎釘扎”作用，為使位錯作用，為使位錯掙脫氣團(tuán)的掙脫氣團(tuán)的“釘扎釘扎”而運(yùn)動或拖著氣團(tuán)運(yùn)動，而運(yùn)動或拖著氣團(tuán)運(yùn)動，必須施加必須施加更大的外力更大的外力。 因此，因此，固溶體合金的塑性變形抗力要高于純固溶體合金的塑性變形抗力要高于純金屬金屬，即強(qiáng)度提高了。，即強(qiáng)度提高了。屈服和應(yīng)變時(shí)效屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象：現(xiàn)象：低碳鋼拉伸時(shí)低碳鋼拉伸時(shí)有上、下屈服點(diǎn)和屈服有上、下屈服點(diǎn)和屈服延伸延伸現(xiàn)象?，F(xiàn)象。試樣在上屈服點(diǎn)出現(xiàn)試樣在上屈服點(diǎn)出現(xiàn)明顯塑性變形，同時(shí)應(yīng)明顯塑性變形，同

5、時(shí)應(yīng)力突然下降到下屈服點(diǎn)。力突然下降到下屈服點(diǎn)。在下屈服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)在下屈服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)變形，而應(yīng)力并不升高變形，而應(yīng)力并不升高或出現(xiàn)微小波動，即出或出現(xiàn)微小波動，即出現(xiàn)屈服平臺?，F(xiàn)屈服平臺。在在屈服延伸階段屈服延伸階段，試樣的，試樣的應(yīng)應(yīng)變不均勻變不均勻，應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)，應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)，在試樣應(yīng)力集中處首先開始塑性在試樣應(yīng)力集中處首先開始塑性變形，能在變形，能在試樣表面試樣表面觀察到觀察到與縱與縱軸呈約軸呈約4545交角交角的應(yīng)變痕跡的應(yīng)變痕跡呂德斯帶呂德斯帶。此時(shí)，應(yīng)力下降到下屈服點(diǎn)，此時(shí)，應(yīng)力下降到下屈服點(diǎn)，呂德斯帶沿試樣長度方向擴(kuò)展開呂德斯帶沿試樣長度方向擴(kuò)展開來。來。如果試樣上形成幾

6、個(gè)呂德斯如果試樣上形成幾個(gè)呂德斯帶，在屈服延伸階段就會帶，在屈服延伸階段就會有應(yīng)力有應(yīng)力波動波動，當(dāng)屈服擴(kuò)展到整個(gè)試樣標(biāo)，當(dāng)屈服擴(kuò)展到整個(gè)試樣標(biāo)距范圍，屈服延伸階段結(jié)束。距范圍，屈服延伸階段結(jié)束。應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效：經(jīng)過：經(jīng)過預(yù)變形預(yù)變形的金屬的金屬放置一段時(shí)間后放置一段時(shí)間后，屈服應(yīng)力提高屈服應(yīng)力提高的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。若在拉伸前，對試樣先若在拉伸前，對試樣先進(jìn)行少量的進(jìn)行少量的預(yù)塑性變形預(yù)塑性變形，則則屈服點(diǎn)可暫時(shí)不出現(xiàn)屈服點(diǎn)可暫時(shí)不出現(xiàn)。試樣試樣放置一段較長時(shí)間放置一段較長時(shí)間或經(jīng)或經(jīng)200200左右短時(shí)加熱左右短時(shí)加熱，再拉伸，則再拉伸，則屈服點(diǎn)又重新屈服點(diǎn)又重新出現(xiàn)出現(xiàn)，且，且屈服應(yīng)力提高

7、屈服應(yīng)力提高?，F(xiàn)象的解釋：現(xiàn)象的解釋：屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)的出現(xiàn)通常的出現(xiàn)通常與與金屬中溶有金屬中溶有微量的雜質(zhì)微量的雜質(zhì)( (或溶質(zhì)或溶質(zhì)) )原原子有關(guān)子有關(guān)。如將低碳鋼經(jīng)。如將低碳鋼經(jīng)700700濕氫處理，濕氫處理，去除去除N N、C C原子后原子后拉伸，拉伸，屈服點(diǎn)不出現(xiàn)屈服點(diǎn)不出現(xiàn)，去，去N N、C C原子的試樣原子的試樣稍許滲入些稍許滲入些C C原原子子再拉伸，再拉伸，屈服現(xiàn)象又出現(xiàn)屈服現(xiàn)象又出現(xiàn)。原因：微量溶質(zhì)原子集聚在位錯周圍，形成的原因：微量溶質(zhì)原子集聚在位錯周圍，形成的柯垂?fàn)枤饪麓範(fàn)枤鈭F(tuán)，對位錯有團(tuán)，對位錯有“釘扎釘扎”作用作用。位錯脫釘所需的應(yīng)力位錯脫釘所需的應(yīng)力上屈服點(diǎn)上屈服點(diǎn)

8、；已脫釘?shù)奈诲e繼續(xù)運(yùn)動所需應(yīng)力已脫釘?shù)奈诲e繼續(xù)運(yùn)動所需應(yīng)力下屈服點(diǎn)下屈服點(diǎn)。已經(jīng)屈服已經(jīng)屈服的試樣，的試樣，卸載后立即重新拉伸卸載后立即重新拉伸，位錯已脫釘位錯已脫釘，不出現(xiàn)屈服點(diǎn)不出現(xiàn)屈服點(diǎn)；但但卸載后放置較長時(shí)間卸載后放置較長時(shí)間或或稍加熱后再拉伸稍加熱后再拉伸，溶質(zhì)原子已，溶質(zhì)原子已經(jīng)通過擴(kuò)散經(jīng)通過擴(kuò)散又重新集聚到位錯線周圍形成了氣團(tuán)又重新集聚到位錯線周圍形成了氣團(tuán)，故，故屈服屈服現(xiàn)象又重新出現(xiàn)現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。屈服現(xiàn)象給生產(chǎn)帶來的問題屈服現(xiàn)象給生產(chǎn)帶來的問題深沖用低碳鋼薄板在沖壓成型時(shí)，會因屈服延伸區(qū)深沖用低碳鋼薄板在沖壓成型時(shí)，會因屈服延伸區(qū)的不均勻變形（呂德斯帶）而使工件表面粗糙不平

9、。的不均勻變形（呂德斯帶）而使工件表面粗糙不平。使屈服點(diǎn)消除的措施：使屈服點(diǎn)消除的措施：預(yù)冷軋預(yù)冷軋（12%12%的壓下量）后，的壓下量）后，再沖壓再沖壓；加少量加少量TiTi、NbNb、V V、AlAl等與等與C C、N N形成化合物。形成化合物。二、多相合金的塑性變形與第二相強(qiáng)化二、多相合金的塑性變形與第二相強(qiáng)化單相合金借固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度的作用有限，單相合金借固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度的作用有限，兩相或多相合金的強(qiáng)化作用更顯著。兩相或多相合金的強(qiáng)化作用更顯著。聚合型多相合金聚合型多相合金：第二相的尺寸：第二相的尺寸與基體晶與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級粒尺寸屬同一數(shù)量級。彌散型多相合金彌散型多相合金：第

10、二相粒子很：第二相粒子很細(xì)小，且細(xì)小，且彌散分布于基體晶粒內(nèi)彌散分布于基體晶粒內(nèi)。( (一一) )聚合型兩相合金的變形聚合型兩相合金的變形1 1、兩相都有塑性：、兩相都有塑性：只有只有第二相較強(qiáng)第二相較強(qiáng)時(shí)，時(shí)，合金才能強(qiáng)化合金才能強(qiáng)化。合金的變形阻力決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)，滑合金的變形阻力決定于兩相的體積分?jǐn)?shù)，滑移首先發(fā)生于較弱一相中。移首先發(fā)生于較弱一相中。如如較強(qiáng)相占到較強(qiáng)相占到30%30%（體積），（體積），兩相以接近相等兩相以接近相等的應(yīng)變發(fā)生變形的應(yīng)變發(fā)生變形，較強(qiáng)相占到，較強(qiáng)相占到70%70%時(shí)，以它為主。時(shí)，以它為主。2 2、第二相為硬脆相：、第二相為硬脆相：合金的性能主要取決于

11、合金的性能主要取決于脆性相的形狀和分布脆性相的形狀和分布。硬脆相硬脆相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在塑性相的塑性相的晶界上晶界上，降低合金塑降低合金塑性性，強(qiáng)度也降低強(qiáng)度也降低。如。如FeFe3 3C C呈網(wǎng)狀分布時(shí)。呈網(wǎng)狀分布時(shí)。硬脆相硬脆相呈片狀分布在基體相中呈片狀分布在基體相中，提高合金強(qiáng)度提高合金強(qiáng)度，片層越，片層越細(xì)，強(qiáng)化效果越好，細(xì)，強(qiáng)化效果越好，塑性也較好塑性也較好（類似于細(xì)晶強(qiáng)化）。如（類似于細(xì)晶強(qiáng)化）。如P P，變形集中在基體相中，位錯的移動被限制在變形集中在基體相中，位錯的移動被限制在FeFe3 3C C片層之間很片層之間很短的距離內(nèi)，增加了繼續(xù)變形的阻力，使鋼強(qiáng)度提高。

12、短的距離內(nèi)，增加了繼續(xù)變形的阻力，使鋼強(qiáng)度提高。厚厚FeFe3 3C C片易斷裂片易斷裂，薄片反而能承受一些變形。，薄片反而能承受一些變形。硬脆相硬脆相呈較粗顆粒分布在基體相中呈較粗顆粒分布在基體相中，強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低，塑性、塑性、韌性提高韌性提高。如過共析鋼經(jīng)球化退火后的球狀。如過共析鋼經(jīng)球化退火后的球狀FeFe3 3C C，因基體連，因基體連續(xù)，續(xù)， FeFe3 3C C對基體變形的阻礙作用大大減弱。對基體變形的阻礙作用大大減弱。冷加工后珠光體中滲碳體片的斷裂和變形冷加工后珠光體中滲碳體片的斷裂和變形 1500015000a)a)斷裂；斷裂；b)b)變形變形( (二二) )彌散型合金的塑性

13、變形彌散型合金的塑性變形第二相以第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布細(xì)小彌散的微粒均勻分布在基體中，在基體中，將產(chǎn)生顯著的將產(chǎn)生顯著的彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化作用。作用。第二相可從過飽和固溶體中析出，也可由粉第二相可從過飽和固溶體中析出，也可由粉末冶金方法加入。末冶金方法加入。第二相分類第二相分類：不可變形微粒不可變形微粒，可變形微粒可變形微粒。1 1、不可變形微粒的強(qiáng)化作用、不可變形微粒的強(qiáng)化作用移動位錯與不可變形移動位錯與不可變形 微粒相遇：位錯線將微粒相遇：位錯線將饒過饒過粒子粒子，留下留下包圍著微粒的包圍著微粒的位錯環(huán)位錯環(huán)，位錯線，位錯線其余部分其余部分則越過粒子則越過粒子繼續(xù)移動繼續(xù)移動。有有實(shí)

14、驗(yàn)觀察實(shí)驗(yàn)觀察證實(shí)。證實(shí)。位錯按此方式移動時(shí)位錯按此方式移動時(shí)受到的受到的阻力很大阻力很大，強(qiáng)度顯強(qiáng)度顯著提高著提高。 黃銅中圍繞著黃銅中圍繞著AlAl2 2OO3 3粒子粒子的位錯環(huán)（透射電鏡像）的位錯環(huán)（透射電鏡像）粒子間距及尺寸對強(qiáng)化的影響粒子間距及尺寸對強(qiáng)化的影響位錯繞過位錯繞過間距為間距為的第二相微粒所需的的第二相微粒所需的切應(yīng)力切應(yīng)力為：為：即：即：越小越小，強(qiáng)化效果越顯著強(qiáng)化效果越顯著。減小粒子尺寸減小粒子尺寸（在同樣體積分?jǐn)?shù)時(shí)，粒子越小，粒（在同樣體積分?jǐn)?shù)時(shí)，粒子越小，粒子間距越?。┗蜃娱g距越?。┗蛱岣吡Ｗ拥捏w積分?jǐn)?shù)提高粒子的體積分?jǐn)?shù)，都使，都使合金的強(qiáng)度合金的強(qiáng)度提高提高。此

15、機(jī)制稱此機(jī)制稱奧羅萬機(jī)制奧羅萬機(jī)制，計(jì)算和實(shí)測值相符。，計(jì)算和實(shí)測值相符。 Gb 2 2、可變形微粒的強(qiáng)化作用、可變形微粒的強(qiáng)化作用第二相為可變形微粒時(shí)，位錯將第二相為可變形微粒時(shí)，位錯將切過粒子切過粒子，使其，使其與基與基體一起變形體一起變形，增加了位錯運(yùn)動的阻力增加了位錯運(yùn)動的阻力，使，使材料的強(qiáng)度提高材料的強(qiáng)度提高。此現(xiàn)象也有此現(xiàn)象也有電鏡觀察電鏡觀察證實(shí)。證實(shí)。位錯切過粒子，產(chǎn)生的位錯切過粒子，產(chǎn)生的強(qiáng)化因素強(qiáng)化因素有：有：粒子結(jié)構(gòu)與基體不同，在其滑移面上粒子結(jié)構(gòu)與基體不同，在其滑移面上造成原子錯排造成原子錯排，要求要求錯排能錯排能。使粒子使粒子生成寬為生成寬為b b的臺階的臺階，需，

16、需表面能表面能。粒子周圍的彈性應(yīng)力場粒子周圍的彈性應(yīng)力場與位錯交互作用與位錯交互作用，阻礙位錯運(yùn)阻礙位錯運(yùn)動動。各因素各因素綜合作用使合金強(qiáng)度提高綜合作用使合金強(qiáng)度提高。增大體積分?jǐn)?shù)增大體積分?jǐn)?shù)或或增大粒子尺寸增大粒子尺寸都都有利于提高強(qiáng)度有利于提高強(qiáng)度。 位錯運(yùn)動遇到細(xì)小彌散分布的第二相質(zhì)點(diǎn)位錯運(yùn)動遇到細(xì)小彌散分布的第二相質(zhì)點(diǎn)時(shí)，無論是繞過去或切過去，都要受到很大的時(shí)，無論是繞過去或切過去，都要受到很大的阻力，將引起金屬的顯著強(qiáng)化。阻力，將引起金屬的顯著強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化：彌散分布的細(xì)小第二相質(zhì)點(diǎn)阻：彌散分布的細(xì)小第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯的運(yùn)動，礙位錯的運(yùn)動，引起合金顯著強(qiáng)化引起合金顯著強(qiáng)化的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。啟動啟動F-RF-R源所需要的切應(yīng)力源所需要的切應(yīng)力當(dāng)外加切應(yīng)力當(dāng)外加切應(yīng)力作用時(shí)，作用時(shí)，CDCD上將受到的力有：上將受到的力有：f=f=bb：驅(qū)動力驅(qū)動力， 使位錯使位錯向前彎曲向前彎曲。線張力線張力T T：T = (1/2)GbT = (1/2)Gb2 2，使位錯，使位錯變直變直。平衡