01

變形強(qiáng)化現(xiàn)象

一

經(jīng)過軋制、沖壓、彎曲等冷變形后，金屬的強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低。

02

單晶的塑性變形

1.單晶滑移塑性變形的基本模式

2.滑移系

滑動(dòng)面和該面上的滑動(dòng)方向構(gòu)成滑動(dòng)系統(tǒng)。

一般來說，滑移面通常是原子的密排面，滑移方向是原子排列最緊密的方向。金屬中的滑移系越多，其塑性就越好。

3.滑動(dòng)時(shí)晶體的旋轉(zhuǎn)

當(dāng)晶體在拉力F的作用下滑移時(shí)，如果不受夾頭的限制，滑移面和方向不變，拉伸時(shí)取向不變。當(dāng)存在卡盤限制時(shí)，為了保持拉伸軸的方向不變，單晶的取向必須相對(duì)旋轉(zhuǎn)，即滑移面和滑移方向發(fā)生變化。

4.多重滑移

當(dāng)只有一個(gè)滑移系開始時(shí)(單滑移系)，通常發(fā)生在密排六方結(jié)構(gòu)的金屬中，滑移系很少。對(duì)于具有許多滑移系的晶體，初始滑移首先在最有利取向的滑移系中進(jìn)行。而晶體旋轉(zhuǎn)的結(jié)果是，其他滑移系中的切削應(yīng)力可能達(dá)到一個(gè)足以引起滑移的臨界值，所以滑移過程會(huì)在兩個(gè)或多個(gè)滑移系中同時(shí)或交替進(jìn)行。

03

滑移的位錯(cuò)機(jī)制

1.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶體滑移

銅的理論計(jì)算強(qiáng)度為1500MPa，而實(shí)測(cè)強(qiáng)度僅為0.98MPa，這說明實(shí)際的晶體滑移并不是晶體的一部分相對(duì)于另一部分的剛性運(yùn)動(dòng)，而是位錯(cuò)在剪切應(yīng)力作用下逐漸沿滑移面移動(dòng)的結(jié)果。

當(dāng)位錯(cuò)線移動(dòng)到晶體表面時(shí)，在表面留下原子間距的滑移變形。

2.滑動(dòng)的機(jī)理。

將滑移視為剛性整體滑移所需的理論臨界剪應(yīng)力比實(shí)際測(cè)量的臨界剪應(yīng)力大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。滑移是通過滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

3.位錯(cuò)增殖

晶體塑性變形時(shí)，產(chǎn)生大量的滑移帶，需要大量的位錯(cuò)。實(shí)際上，晶體中的位錯(cuò)數(shù)量沒有減少，而是增加了，表明存在位錯(cuò)增殖機(jī)制。

4.位錯(cuò)的輸送和堵塞

多系統(tǒng)滑移時(shí)，不同滑移面上的位錯(cuò)相遇形成切割臺(tái)階(新的位錯(cuò)線)，一方面增加了位錯(cuò)線的長(zhǎng)度，另一方面可能形成難以移動(dòng)的固定切割臺(tái)階，成為后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙。

位錯(cuò)在剪切應(yīng)力下運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果遇到固定位錯(cuò)、雜質(zhì)顆粒、晶界等障礙。，前導(dǎo)位錯(cuò)將被阻擋在障礙物前方，后續(xù)位錯(cuò)將被堵塞，形成位錯(cuò)平面堵塞群，在障礙物前端形成高應(yīng)力集中。

4.剪切和孿晶

它是孿晶的一部分相對(duì)于另一部分沿某一晶面(稱為孿晶面)產(chǎn)生一定角度的均勻剪切過程。孿晶界兩側(cè)的晶體是鏡像對(duì)稱的。

孿晶也是一種塑性變形模式。

改變孿晶的取向；

所需剪應(yīng)力遠(yuǎn)大于滑移，變形速度接近音速。

相鄰原子平面的相對(duì)位移小于一個(gè)原子距離。

密排六方晶格金屬幾乎沒有滑移系，通常以孿生方式變形。

立方晶格金屬的孿晶變形只在低溫或沖擊下發(fā)生。

面心立方晶格金屬一般不發(fā)生孿晶變形，但經(jīng)常發(fā)現(xiàn)孿晶，這是相變過程中原子的位錯(cuò)造成的，稱為退火孿晶。

04

多晶體塑性變形的特征

一

非同步性

多晶體變形時(shí)，只有具有有利取向(取向因子最大)的晶粒的滑移系才能首先開始。

2

多晶體變形時(shí)，一個(gè)晶粒的變形必須與相鄰晶粒的變形相協(xié)調(diào)，以避免晶粒間的斷裂。多晶體的塑性變形是由每個(gè)晶粒的多系統(tǒng)滑移來協(xié)調(diào)的。

三

異質(zhì)性

多晶體變形時(shí)，各晶粒的變形量不同，晶界強(qiáng)度高于各晶粒內(nèi)部，使得各晶粒內(nèi)部變形不均勻。

05

塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響

一個(gè)

塑性變形對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的影響

1)形成纖維組織

金屬塑性變形時(shí)，晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，變形量大時(shí)變成纖維狀條紋。

2)形成變形織構(gòu)

隨著變形，晶體旋轉(zhuǎn)。當(dāng)變形較大時(shí)，每個(gè)晶粒的取向?qū)⑹且恢碌?。這種因變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的織構(gòu)稱為變形織構(gòu)。

3)子結(jié)構(gòu)細(xì)化

冷變形會(huì)增加晶粒中的位錯(cuò)密度。隨著變形量的增加，位錯(cuò)相互纏繞，在晶粒中形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。

4)晶格嚴(yán)重扭曲。

2

塑性變形對(duì)金屬性能的影響

1)塑性變形對(duì)金屬機(jī)械性能的影響

由于纖維結(jié)構(gòu)和形變織構(gòu)的形成，金屬具有明顯的各向異性。

隨著位錯(cuò)密度的增加，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程中的相互傳遞加劇，產(chǎn)生位錯(cuò)塞積群、切割臺(tái)階和纏結(jié)網(wǎng)等障礙，阻礙位錯(cuò)的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，增加變形抗力，提高金屬的強(qiáng)度。

2)塑性變形對(duì)金屬物理化學(xué)性質(zhì)的影響

隨著塑性變形量的增加，金屬的電導(dǎo)率、電阻溫度系數(shù)和熱導(dǎo)率降低，磁導(dǎo)率和飽和度降低，矯頑力增加，內(nèi)能和化學(xué)活性增加，耐蝕性降低。

06

變形金屬的恢復(fù)和再結(jié)晶

一

冷變形金屬在加熱過程中組織和性能的變化

冷變形后，金屬的顯微組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，往往會(huì)自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。但在室溫下，原子擴(kuò)散能力小，不穩(wěn)定狀態(tài)可以維持很長(zhǎng)時(shí)間。加熱可以增加原子擴(kuò)散能力，金屬會(huì)依次恢復(fù)、再結(jié)晶、長(zhǎng)大。

2

回答

當(dāng)受到冷塑性變形的金屬被加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生變化之前(即再結(jié)晶晶粒形成之前)某些亞結(jié)構(gòu)和性能之間的變化過程稱為回復(fù)。

回復(fù)階段點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)遷移引起的一些晶內(nèi)變化。比如空位與其他缺陷合并，同一滑移面上不同符號(hào)的位錯(cuò)相遇合并，減少了缺陷的數(shù)量。

由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，由冷塑性變形時(shí)的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы?。這個(gè)過程稱為多邊形形成。

在回收過程中，顆粒保持纖維狀，機(jī)械性能(硬度、強(qiáng)度等。)變化不大，塑性略有提高，宏觀內(nèi)應(yīng)力基本消除，但某些物理化學(xué)性能變化明顯，如電導(dǎo)率和抗應(yīng)力腐蝕能力提高。

三

再結(jié)晶

當(dāng)冷變形金屬的加熱溫度較高時(shí)，變形組織的基體上產(chǎn)生新的未畸變的晶核，并迅速長(zhǎng)大為等軸晶粒。

再結(jié)晶是成核和生長(zhǎng)的過程，但沒有新相形成。重結(jié)晶發(fā)生在一個(gè)溫度范圍內(nèi)。

再結(jié)晶后，冷變形金屬的強(qiáng)度和硬度降低，塑性和韌性提高，微觀內(nèi)應(yīng)力完全消除，金屬性能基本恢復(fù)到冷變形前的水平。

四

晶粒生長(zhǎng)

當(dāng)再結(jié)晶完成時(shí)，通常獲得細(xì)小的等軸晶粒結(jié)構(gòu)。如果加熱溫度持續(xù)升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大。