金属的塑性变形教学课件.pdf

第六章 金属的塑性变形第六章 金属的塑性变形 引言：引言： ?金属材料的铸态组织存在：金属材料的铸态组织存在： 晶粒粗大；晶粒粗大； 组织不均匀；组织不均匀； 成分不均匀（偏析）；成分不均匀（偏析）； 材质不致密；材质不致密； ?金属材料经压力加工（塑变）后：金属材料经压力加工（塑变）后： 改变外形尺寸；组织变化、性能变化；改变外形尺寸；组织变化、性能变化； ?塑性加工（压力加工）：塑性加工（压力加工）： 利用金属在外力下所产生的利用金属在外力下所产生的利用金属在外力下所产生的利用金属在外力下所产生的塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，来获得，来获得，来获得，来获得 具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛 坯或零件的生产方法。坯或零件的生产方法。坯或零件的生产方法。坯或零件的生产方法。 ?塑性加工包括锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压 等方法。 塑性加工包括锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压 等方法。 研究意义：研究意义： 通过分析金属在外力作用下的变形过程和 机理： 通过分析金属在外力作用下的变形过程和 机理： 了解金属材料强度和塑性的实质，探索 金属强化的途径和方法； 了解金属材料强度和塑性的实质，探索 金属强化的途径和方法； 为制定压力加工工艺、分析、控制加工 件的质量打下基础。 为制定压力加工工艺、分析、控制加工 件的质量打下基础。 第一节金属的变形特性第一节金属的变形特性 1、应力应变曲线：、应力应变曲线： 公式：公式： 0 a p = 0 0 l ll = 式中：载荷；式中：载荷； 0：试样的原始截面积；：试样的原始截面积； ：试样变形后的长度；：试样变形后的长度； 0：试样的原始标距长度；：试样的原始标距长度； 低碳钢的应力应变曲线：低碳钢的应力应变曲线：如图如图61所示所示； 其中其中：e：弹性极限；：弹性极限； e： s：屈服极限（屈服强度）（金属开始产 生屈服现象时的应力） ：屈服极限（屈服强度）（金属开始产 生屈服现象时的应力） 0.2：条件屈服强度（金属的残余应变量 达到 ：条件屈服强度（金属的残余应变量 达到0.2时的应力）；时的应力）； s： ： b： ：强度极限（抗拉强度）； 强度极限（抗拉强度）； b： k：断裂强度；：断裂强度； k： 强度指标： 强度指标： e、 、 s（ （ 0.2）、 ）、 b、 、 k； 塑性指标：延伸率、断面收缩率塑性指标：延伸率、断面收缩率 %100 0 0 = l llk 其中其中 ：断裂时试样的标距长 度； ：断裂时试样的标距长 度； %100 0 0 = a aa k 其中其中 ：断裂处试样横截面 积； ：断裂处试样横截面 积； 3、弹性变形：、弹性变形： 定义：定义：金属受力发生变形，当外力去除，立即金属受力发生变形，当外力去除，立即 恢复原状恢复原状的变形，叫做弹性变形；的变形，叫做弹性变形； 实质实质：利用双原子作用力模型解释：仅原子间 距发生微小的弹性变化，无显微组织的变化； ：利用双原子作用力模型解释：仅原子间 距发生微小的弹性变化，无显微组织的变化； 特点特点：变形是可逆的；：变形是可逆的； 弹性应变很小；弹性应变很小； 应力与应变成正比：符合虎克定律：应力与应变成正比：符合虎克定律： 正应力：正应力： e= 切应力：切应力： g= 则有：则有： 或 其中：发生单位变形时所需的应力。反映了 材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。 其中：发生单位变形时所需的应力。反映了 材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。 刚度刚度：零件或构件保持原形状、尺寸的能力；：零件或构件保持原形状、尺寸的能力； 主要取决于：金属的本性、晶格类型、晶格常 数等（原子间的结合力）；对组织不敏感； 主要取决于：金属的本性、晶格类型、晶格常 数等（原子间的结合力）；对组织不敏感； 单晶体的具有方向性，多晶体中具有伪无 向性； 单晶体的具有方向性，多晶体中具有伪无 向性； 书表书表61，一些金属材料的弹性模量；，一些金属材料的弹性模量； ：正弹性模量；：正弹性模量； ：切弹性模量；：切弹性模量； 第二节单晶体的塑性变形第二节单晶体的塑性变形 ?塑性变形：物体的外形尺寸发生了永久 变化的变形； 塑性变形：物体的外形尺寸发生了永久 变化的变形； ?塑性变形的方式：塑性变形的方式：滑移、孪生、扭折滑移、孪生、扭折 等；等； 1、滑移滑移：晶体的一部分沿着一定的晶面和 晶向相对于另一部分作相对的滑动； ：晶体的一部分沿着一定的晶面和 晶向相对于另一部分作相对的滑动； 2.滑移特点：滑移特点： 由图可知由图可知： 外力外力p在一定的在一定的晶面晶面上分解为两种应力，一为平 行于该晶面的 上分解为两种应力，一为平 行于该晶面的切应力切应力，另一为垂直于该晶面的，另一为垂直于该晶面的 正应力正应力，如图（，如图（a）所示；）所示； 只能引起晶格的 只能引起晶格的弹性伸长弹性伸长，（由，（由cc，a a） ，或进一步把晶体拉断，如图（） ，或进一步把晶体拉断，如图（b）所示；）所示； 可使晶格发生 可使晶格发生弹性扭曲后，进一步造成滑 移 弹性扭曲后，进一步造成滑 移，如图（，如图（c）所示；）所示； 通过大量晶面的 通过大量晶面的滑移滑移，最终使试样被拉长变 细，如图（ ，最终使试样被拉长变 细，如图（d）所示；）所示； 这样产生的变形叫做这样产生的变形叫做滑移变形滑移变形； 特点：不改变晶体的点阵类型； 在晶体表面产生台阶； 滑移在切应力的作用下发生。 特点：不改变晶体的点阵类型； 在晶体表面产生台阶； 滑移在切应力的作用下发生。 2.1滑移带：滑移带： 2.2 滑移的晶体学特征：滑移系；滑移的晶体学特征：滑移系； ?滑移面：能够发生滑移的晶面；滑移面：能够发生滑移的晶面； ?滑移方向：在滑移面上能够进行滑移的方 向； 滑移方向：在滑移面上能够进行滑移的方 向； ?滑移系：晶体中一个滑移面和其上的一个 滑移方向组成一个滑移系；（表示金属晶 体发生滑移时滑移动作可能采取的空间位 向） 滑移系：晶体中一个滑移面和其上的一个 滑移方向组成一个滑移系；（表示金属晶 体发生滑移时滑移动作可能采取的空间位 向） ?特点：滑移面总是原子最密排面，滑移 方向总是原子的最密排方向； 特点：滑移面总是原子最密排面，滑移 方向总是原子的最密排方向； 在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结 合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以 密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻 力最小，最易于滑移； 在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结 合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以 密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻 力最小，最易于滑移； 同理，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力最 小； 同理，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力最 小； 几种常见金属的滑移面与滑移方向如表几种常见金属的滑移面与滑移方向如表62所示；所示； ?说明：滑移系越多，滑移时可供采用的空间位向 也越多，所以该金属的塑性也越好，而且滑移方向 的作用大于滑移面的作用； 所以， 说明：滑移系越多，滑移时可供采用的空间位向 也越多，所以该金属的塑性也越好，而且滑移方向 的作用大于滑移面的作用； 所以，fcc的塑性最好，的塑性最好，bcc次之，次之，hcp最差；最差； 2.3 滑移的临界分切应力：滑移的临界分切应力： 临界分切应力：使滑移系开动的最小分切应力；临界分切应力：使滑移系开动的最小分切应力； 如图所示；如图所示； 以圆柱形金属以圆柱形金属单晶体单晶体试样 为例： 试样 为例： 试样的横截面积为；试样的横截面积为； 轴向拉力为；轴向拉力为； 滑移面的法线与的夹角 为；滑移方向与的夹 角为； 滑移面的法线与的夹角 为；滑移方向与的夹 角为； 外力在滑移方向分切应力为：外力在滑移方向分切应力为： coscos cos cos a f a f = 其中其中coscos：取向因子（），叫做：取向因子（），叫做 schmidt 因子；因子； 取向因子的变化范围取向因子的变化范围：（滑移面法线、滑移方 向和外力轴三者在同一平面上，则 ：（滑移面法线、滑移方 向和外力轴三者在同一平面上，则 90 ，当外力与截面积一定时） ，当外力与截面积一定时） 45时， 时， 0.5（最大）， 最大，最 有利于滑移，称为 （最大）， 最大，最 有利于滑移，称为软取向；软取向； 当当0或或90时， 时， 0，则，则0，滑移 面与外力方向垂直或平行时，无论施加多大的外 力，也不能发生滑移，这种取向叫做 ，滑移 面与外力方向垂直或平行时，无论施加多大的外 力，也不能发生滑移，这种取向叫做硬取向；硬取向； 小于或大于 小于或大于45都属于不利于滑移的取 向； 都属于不利于滑移的取 向； 临界切分应力临界切分应力 k：当滑移开始时，在宏观上 金属开始屈服，则： ：当滑移开始时，在宏观上 金属开始屈服，则：p/a=s，则，则 coscoscoscos sk a p = 说明： 说明： k是标志晶体特性的物理量，它取决于金属 的本性、纯度、变形温度、加载速度，与外力的 大小、方向和作用方式无关。所以当取向因子改 变时，相应的 是标志晶体特性的物理量，它取决于金属 的本性、纯度、变形温度、加载速度，与外力的 大小、方向和作用方式无关。所以当取向因子改 变时，相应的s改变，而改变，而 k不变； 不变； s与取向的关系：与取向的关系： coscos k s = 当当45时，时，0.5（最大），所以， （最大），所以， s最 小，即在最小的拉应力作用下，就能达到发生滑移所 需的临界应力 最 小，即在最小的拉应力作用下，就能达到发生滑移所 需的临界应力 k 当当90、0时，时，0（最小）， （最小）， s，不 会发生滑移； ，不 会发生滑移； 2.4 滑移时晶体的转动：滑移时晶体的转动： ?当滑移面上同时存在分切应力、分正应力时， 晶体在滑移的同时，还将发生转动，角和 角发生变化，如图 当滑移面上同时存在分切应力、分正应力时， 晶体在滑移的同时，还将发生转动，角和 角发生变化，如图69所示；所示； 所以，拉伸时，晶体的取向不断的变化，转动 力求使滑移面转到与外力轴平行的方向，如图 所以，拉伸时，晶体的取向不断的变化，转动 力求使滑移面转到与外力轴平行的方向，如图6 7所示；所示； 当作用在滑移面上的最大切应力与滑移方向不 一致时，滑移方向也发生转到，转向最大切应 力方向，如图 当作用在滑移面上的最大切应力与滑移方向不 一致时，滑移方向也发生转到，转向最大切应 力方向，如图610）所示；）所示； 同理，压缩时，也发生转动，使滑移面转向 与压力轴垂直的方向；如图 同理，压缩时，也发生转动，使滑移面转向 与压力轴垂直的方向；如图611所示；所示； 几何软化几何软化：由于滑移和转动，使原来不利于滑 移的晶面转到有利于滑移的方向上，（滑移面 的法向与外力轴的夹角接近 ：由于滑移和转动，使原来不利于滑 移的晶面转到有利于滑移的方向上，（滑移面 的法向与外力轴的夹角接近45），从而有利 于滑移的现象； ），从而有利 于滑移的现象； 几何硬化几何硬化：由于滑移和转动，使原来有利于滑 移的晶面转到不利于滑移的方向上，（滑移面 的法向与外力轴的夹角远离 ：由于滑移和转动，使原来有利于滑 移的晶面转到不利于滑移的方向上，（滑移面 的法向与外力轴的夹角远离45），从而不利 于滑移的现象； ），从而不利 于滑移的现象； 2.5 多滑移多滑移 2.5.1 单系滑移：在一个滑移系上进行的滑移；单系滑移：在一个滑移系上进行的滑移； 2.5.2 多系滑移：在两个或更多的滑移系上同时 进行的滑移； 多系滑移：在两个或更多的滑移系上同时 进行的滑移； 2.6 滑移的位错机制滑移的位错机制 2.6.1 位错的运动与晶体的滑移：位错的运动与晶体的滑移： ?问题：实际金属晶体滑移所需的力仅是理想晶 体的百分之一到千分之一，为什么？ 问题：实际金属晶体滑移所需的力仅是理想晶 体的百分之一到千分之一，为什么？ ?回答：位错的运动使滑移进行，如图回答：位错的运动使滑移进行，如图616所 示； 所 示； 位错虽然移动了一个原子间距位错虽然移动了一个原子间距，但位错中心附近的少数原子只 作远小于一个原子间距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于 正常位置， ，但位错中心附近的少数原子只 作远小于一个原子间距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于 正常位置，所以这样的位错运动只需一个很小的切应力即可实 现，故，实测的 所以这样的位错运动只需一个很小的切应力即可实 现，故，实测的k远小于理论的远小于理论的k。 滑移的实质滑移的实质：位错中心的原子逐一递进，由一 个平衡位置转移到另一个平衡位置，通过一根位 错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个 原子间距的滑移，如图 ：位错中心的原子逐一递进，由一 个平衡位置转移到另一个平衡位置，通过一根位 错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个 原子间距的滑移，如图615所示；所示； 2.6.2 位错的增殖：位错的增殖： ?问题：问题： 如图如图66所示所示；晶体变形时产生大量滑移带就 需要为数极多的位错，晶体中有如此大量的位 错吗？ ；晶体变形时产生大量滑移带就 需要为数极多的位错，晶体中有如此大量的位 错吗？ 随着变形的进行，晶体中的位错数目越来越 少，最终导致形成无位错的理想晶体？ 随着变形的进行，晶体中的位错数目越来越 少，最终导致形成无位错的理想晶体？ ?回答：回答： 晶体通过形变，位错数目会显著增多，原因： 位错的增殖； 晶体通过形变，位错数目会显著增多，原因： 位错的增殖； ?位错的增殖：位错的增殖：弗兰克瑞德位错源弗兰克瑞德位错源，如图，如图6 11所示；所示； 位错分为位错分为 封闭的位错环（新增加） 重结的 封闭的位错环（新增加） 重结的 dd/段段 晶体滑移的实质：不断的消耗位错，不断产 生新位错的过程； 晶体滑移的实质：不断的消耗位错，不断产 生新位错的过程； 2.6.3 位错的交割与塞积：位错的交割与塞积： 交割：位错线相交再通过的过程；例如，图交割：位错线相交再通过的过程；例如，图6 12； 交割的结果产生割阶；交割的结果产生割阶； 形成割阶：形成割阶： 增加了位错线的长度； 还可能形成一种位错难以运动的 固定割阶，造成位错缠结； 增加了位错线的长度； 还可能形成一种位错难以运动的 固定割阶，造成位错缠结； 位错的塞积：当位错运动遇到障碍物（固定位 错、杂质粒子、晶界等）的阻碍时，领先的位 错在障碍物前被阻止，后续的位错被堵塞，这 种现象叫做塞积； 位错的塞积：当位错运动遇到障碍物（固定位 错、杂质粒子、晶界等）的阻碍时，领先的位 错在障碍物前被阻止，后续的位错被堵塞，这 种现象叫做塞积； ?后果：在障碍物的前端形成高度应力集中，如 图 后果：在障碍物的前端形成高度应力集中，如 图613）所示；）所示； 塞积处产生的应力集中为：塞积处产生的应力集中为： 0 其中， ：塞积在障碍处产生的应力集中；其中， ：塞积在障碍处产生的应力集中； 0：一个位错产生的应力集中在滑移方向 的分切应力； ：一个位错产生的应力集中在滑移方向 的分切应力； ：位错塞积数；：位错塞积数； （n与成正比，是障碍物至位错源的距 离）； 与成正比，是障碍物至位错源的距 离）； 所以， ；所以， ； 图图619）合金中的位错塞积；）合金中的位错塞积； 2、孪生、孪生 定义：在切应力的作用下，晶体的一部分以一 定的晶面（孪晶面）为对称面与晶体的另一部分 发生对称性移动而进行的 定义：在切应力的作用下，晶体的一部分以一 定的晶面（孪晶面）为对称面与晶体的另一部分 发生对称性移动而进行的剪切变形剪切变形，叫做孪生叫做孪生； 孪晶：以孪晶面为对称面而处于镜面对称位置 的一对晶体叫做孪晶（双晶）， 孪晶：以孪晶面为对称面而处于镜面对称位置 的一对晶体叫做孪晶（双晶），如图如图620所所 示；示； 说明：说明： 孪生是晶体塑变的另一种方式；孪生是晶体塑变的另一种方式； 孪生经常发生在：不易产生滑移的金属中、 某些金属滑移困难时、变形速度大时； 孪生经常发生在：不易产生滑移的金属中、 某些金属滑移困难时、变形速度大时； 孪生面和孪生方向：孪生面和孪生方向： 例如：例如：fcc：孪生面：孪生面111，孪生方向为 ，孪生方向为 112； bcc: 孪生面孪生面112，孪生方向为，孪生方向为111 fcc晶体孪生变形的示意过程，晶体孪生变形的示意过程，如图如图621所所 示；示； 孪生时可听到声音；孪生时可听到声音； 孪生对总变形量贡献不大；孪生对总变形量贡献不大； 孪生的特点：孪生的特点： ?使一部分晶体发生了均匀的切变；使一部分晶体发生了均匀的切变； ?引起了晶体取向的变化；引起了晶体取向的变化； ?不会改变晶体的点阵类型；不会改变晶体的点阵类型； ?所需的切应力比滑移大许多倍；所需的切应力比滑移大许多倍； ?在光学显微镜下观察到的是条带状；在光学显微镜下观察到的是条带状； 第三节多晶体的塑性变形第三节多晶体的塑性变形 ?多晶体金属的塑性变形与单晶体的本质 是一致的，即每个晶粒的塑性变形仍以 滑移、孪生等方式进行； 多晶体金属的塑性变形与单晶体的本质 是一致的，即每个晶粒的塑性变形仍以 滑移、孪生等方式进行； ?但多晶体与单晶体相比有两点不同： 相邻的晶粒位向不同；各晶粒之间存 在晶界； 但多晶体与单晶体相比有两点不同： 相邻的晶粒位向不同；各晶粒之间存 在晶界； ?所以，多晶体的塑变过程又比单晶体的相 对复杂许多。 所以，多晶体的塑变过程又比单晶体的相 对复杂许多。 首先首先：多晶体的塑变受到晶界的阻碍和位 向不同的晶粒的影响； ：多晶体的塑变受到晶界的阻碍和位 向不同的晶粒的影响； 其次其次：任一个晶粒的塑变都需周围的晶 粒同时发生相适应的变形来配合，以保持 晶粒之间的结合和整个物体的连续性。 ：任一个晶粒的塑变都需周围的晶 粒同时发生相适应的变形来配合，以保持 晶粒之间的结合和整个物体的连续性。 1、多晶体的塑性变形特点：、多晶体的塑性变形特点： 1.1各晶粒变形不同时发生：各晶粒变形不同时发生： 1.2晶界阻碍滑移进行：位错在晶界处受阻，形成 位错的平面塞积群，造成很大的应力集中； 晶界阻碍滑移进行：位错在晶界处受阻，形成 位错的平面塞积群，造成很大的应力集中； 1.3晶粒之间要相互协调变形：相邻的晶粒必须是 多系滑移； 晶粒之间要相互协调变形：相邻的晶粒必须是 多系滑移； 所以，所以，fcc、bcc的滑移系多，各个晶粒变 形协调性好，所以它们的多晶体金属表现出良 好的塑性； 的滑移系多，各个晶粒变 形协调性好，所以它们的多晶体金属表现出良 好的塑性；hcp的滑移系少，所以塑性差；的滑移系少，所以塑性差； 1.4多晶体变形的不均匀性：多晶体变形的不均匀性： 由于晶界及相邻晶粒位向的影响：有的晶粒变 形大，有的晶粒变形小；一个晶粒内部变形也 不均匀，在晶界处呈现 由于晶界及相邻晶粒位向的影响：有的晶粒变 形大，有的晶粒变形小；一个晶粒内部变形也 不均匀，在晶界处呈现“竹节形竹节形”变形，如图变形，如图622 所示；所示； 2、晶粒大小对塑性变形的影响：、晶粒大小对塑性变形的影响： 2.1多晶体的变形抗力大于单晶体：多晶体的变形抗力大于单晶体： 原因：晶界和相邻晶粒位向差阻碍了位错的运 动，如图 原因：晶界和相邻晶粒位向差阻碍了位错的运 动，如图616所示；所示； 2.2晶粒越细小，强度越高；晶粒越细小，强度越高； ?晶粒平均直径晶粒平均直径d与屈服强度与屈服强度s s的关系（hall- petch 公式） 的关系（hall- petch 公式）如图619所示如图619所示： ?可知：d 可知：d s s 2 1 0 +=kd s 式中：式中：0 0：常数；表示晶内对变形的抗力 （相当于单晶体金属的屈服强度）； k：常数；表示晶界对变形的影响； ：常数；表示晶内对变形的抗力 （相当于单晶体金属的屈服强度）； k：常数；表示晶界对变形的影响； 原因：原因： ?多晶体先在取向最有利的晶粒中发生滑移，产 生位错塞积，位错塞积群应力： 多晶体先在取向最有利的晶粒中发生滑移，产 生位错塞积，位错塞积群应力： 0 n= ln 晶粒越小晶粒越小l越小越小n越小 越小 越小 越小 所以，在同样的外加应力下，小晶粒的应力集 中小，则需要在较大的外加应力下才能使相邻 的晶粒发生塑变，所以， 所以，在同样的外加应力下，小晶粒的应力集 中小，则需要在较大的外加应力下才能使相邻 的晶粒发生塑变，所以，d s 晶界强化：这种用细化晶粒增加晶界提高金属强 度的方法叫做晶界强化； 晶界强化：这种用细化晶粒增加晶界提高金属强 度的方法叫做晶界强化； 2.3细晶粒在强度高的同时，塑、韧性也较好；细晶粒在强度高的同时，塑、韧性也较好； ?原因：原因： 晶粒细小，单位面积的晶粒数目多，有利于变 形的取向多； 晶粒细小，单位面积的晶粒数目多，有利于变 形的取向多； 晶粒细小，晶内和晶界的变形差异小，变形均 匀，引起的应力集中小，不易开裂，在断裂前 可以承受较大的形变量； 晶粒细小，晶内和晶界的变形差异小，变形均 匀，引起的应力集中小，不易开裂，在断裂前 可以承受较大的形变量； 晶粒细小，晶界多，且曲折，不利于裂纹的传 播； 晶粒细小，晶界多，且曲折，不利于裂纹的传 播； ?所以，细小的晶粒具有强度高，塑、韧性好的 综合机械性能； 所以，细小的晶粒具有强度高，塑、韧性好的 综合机械性能； 第四节 合金的塑性变形第四节 合金的塑性变形 合金合金 单相固溶体合金单相固溶体合金 以基体金属为基的 固溶体 以基体金属为基的 固溶体 多相合金多相合金 第二相第二相 固溶体固溶体 化合物化合物 1、单相固溶体的塑性变形：、单相固溶体的塑性变形： ?塑变方式基本上与纯金属多晶体的变形相同， 但： 塑变方式基本上与纯金属多晶体的变形相同， 但： 1.1产生固溶强化：由于溶质原子存在使强度、 硬度增高，塑性、韧性下降的现象； 产生固溶强化：由于溶质原子存在使强度、 硬度增高，塑性、韧性下降的现象； 原因：原因： 发生晶格畸变；发生晶格畸变； 形成柯氏气团：溶质原子在位错线附近的偏 聚，如图 形成柯氏气团：溶质原子在位错线附近的偏 聚，如图626所示626所示；柯氏气团对位错有钉扎 作用，使位错运动的阻力增大； ；柯氏气团对位错有钉扎 作用，使位错运动的阻力增大； a)溶质原子大于溶剂原子的置换固溶体；溶质原子大于溶剂原子的置换固溶体； b)溶质原子小于溶剂原子的置换固溶体；溶质原子小于溶剂原子的置换固溶体； c)间隙固溶体；间隙固溶体； 1.2 固溶强化规律固溶强化规律 在固溶体溶解度范围内，浓度越大则强化效果 越大； 在固溶体溶解度范围内，浓度越大则强化效果 越大； 溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造成 的晶格畸变越大，因而强化效果越大； 溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造成 的晶格畸变越大，因而强化效果越大； 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形 成置换固溶体的溶质元素； 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形 成置换固溶体的溶质元素； 溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则 强化作用越大； 溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则 强化作用越大； 2、多相合金的塑变：、多相合金的塑变： 2.1合金中两相的性能相接近合金中两相的性能相接近： 合金的变形能力为两相的平均值：合金的变形能力为两相的平均值： += 式中，式中， 和和 是两相的强度极限； 是两相的强度极限； 和 和 是两相的体积分数； 是两相的体积分数； 2.2两相的性能差别较大两相的性能差别较大：硬、脆的第二相分布对 塑变影响较大； ：硬、脆的第二相分布对 塑变影响较大； 2.2.1硬而脆的第二相呈连续网状分布在塑性相的晶 界上： 此种情况最为恶劣，使合金的脆性增加，塑性和 强度下降； 硬而脆的第二相呈连续网状分布在塑性相的晶 界上： 此种情况最为恶劣，使合金的脆性增加，塑性和 强度下降； 珠光体珠光体+二次渗碳体二次渗碳体 2.2.2脆性的第二相呈片状或层状分布在塑性相 的基体上： 脆性的第二相呈片状或层状分布在塑性相 的基体上：如图如图627所示；所示； 强度、硬度比纯金属高得多，塑、韧性有所下 降，但不致使之脆化； 强度、硬度比纯金属高得多，塑、韧性有所下 降，但不致使之脆化； 可以用hall-petch 公式表示：可以用hall-petch 公式表示： 2 1 0 +=sks is s0： ：片间距 片间距 2.2.3脆性的第二相呈颗粒分布在基体上： 第二相是较为粗大的颗粒：对位错的阻碍作用 小于片状，所以强度、硬度降低，塑性、韧性 升高； 脆性的第二相呈颗粒分布在基体上： 第二相是较为粗大的颗粒：对位错的阻碍作用 小于片状，所以强度、硬度降低，塑性、韧性 升高； 第二相呈细小、弥散分布：阻碍位错运 动，显著提高强度； 第二相呈细小、弥散分布：阻碍位错运 动，显著提高强度； a：位错绕过机制：硬质点，：位错绕过机制：硬质点，如图628如图628 所示所示； 位错绕过时，所需的切应力： ； 位错绕过时，所需的切应力： gb = 弥散强化：弥散强化： 位错绕过机制位错绕过机制 b：位错切过机制：软质点；如图：位错切过机制：软质点；如图629所示；所示； 沉淀强化：沉淀强化： 位错切过机制位错切过机制 第五节 塑变对金属组织和性能的影响第五节 塑变对金属组织和性能的影响 1、组织结构的变化：、组织结构的变化： 1.1组织上：组织上： 晶粒外形变化：晶粒外形变化：如图630所示；如图630所示； ?纤维组织：性能呈现各向异性；纤维组织：性能呈现各向异性； 出现滑移带、孪晶；出现滑移带、孪晶； 1.2亚结构：1.2亚结构： 位错密度增加：位错密度增加： 亚结构的细化：如图6.31所示；亚结构的细化：如图6.31所示； 胞状亚结构：胞状亚结构： ?形变量越大，胞块数量越多，尺寸越小，胞块 的位向差越大； 形变量越大，胞块数量越多，尺寸越小，胞块 的位向差越大； ?胞状亚结构对滑移过程的进行有巨大的阻碍作 用，可使金属的变形抗力显著增高； 胞状亚结构对滑移过程的进行有巨大的阻碍作 用，可使金属的变形抗力显著增高； 1.3变形织构：变形织构： 变形的择优取向：变形的择优取向： 择优取向后的晶体结构，称为织构，由于它是在变 形过程中产生的，故称为 择优取向后的晶体结构，称为织构，由于它是在变 形过程中产生的，故称为“变形织构变形织构”； 分类：分类： 丝织构：在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一 晶向与拉拔方向平行或接近平行； 丝织构：在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一 晶向与拉拔方向平行或接近平行； 板织构：在轧制时形成，其特征是各晶粒的某一 晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方 向； 板织构：在轧制时形成，其特征是各晶粒的某一 晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方 向； 一些金属常见的形变织构见表一些金属常见的形变织构见表63； 织构的优缺点：使材料出现各向异性；织构的优缺点：使材料出现各向异性； 优点：变压器的硅钢片；优点：变压器的硅钢片； 缺点：“制耳”现象；如图632所示；缺点：“制耳”现象；如图632所示； 2、性能上的变化：、性能上的变化： 2.1加工硬化：加工硬化： ?定义：随着变形程度的增加，金属的强度、硬 度增加，塑性、韧性下降的现象； 定义：随着变形程度的增加，金属的强度、硬 度增加，塑性、韧性下降的现象； ?原因： 位错密度的增加； 位错之间交互作用， 产生割阶，缠结等； 原因： 位错密度的增加； 位错之间交互作用， 产生割阶，缠结等； 使位错进一步 运动阻力增大 使位错进一步 运动阻力增大 ?优点：优点： 提高材料的强度：提高材料的强度： 、对不能通过热处理提高强度的材 料，可利用此方法； 、对不能通过热处理提高强度的材 料，可利用此方法； 、提高零件在使用中的安全性；、提