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加工硬化 材料1504邱涛王育新雷宝旭 1 加工硬化的定义2 加工硬化的原因3 培莱赫许关系4 硬化曲线5 面心立方金属和体心立方金属的应变硬化特点6 影响应变硬化的因素7 加工硬化优缺点8 应用实例 1 加工硬化的定义金属材料在冷加工塑性变形时强度和硬度升高 而塑性和韧性降低 同时流变应力随应变的增加而增加的现像 就是加工硬化 又称冷作硬化 2 加工硬化的原因金属在塑性变形时 位错密度不断增加 位错间的交互作用不断增强 出现位错的缠结 因而使位错的运动越来越困难 引起加工硬化的机制有 位错的塞积 位错的交割形成不易或不能滑移的割阶或位错缠结 由位错反应形成的不能滑移的固定位错 易开动的位错源不断消耗等 体心单晶体在合适的纯度 位向 应变速率 形变温度下也可以看到上述三个阶段的加工硬化特征 而密排六方的单晶体的滑移系少 位错的交截作用弱 加工硬化率小 没有明显的三个阶段的特征 不同晶格类型的单晶体拉伸曲线 5 面心立方金属和体心立方金属的应变硬化特点1 多晶体面心立方金属的变形硬化特点 屈服极限比较低 往往低于其他晶体 硬化速率比较高 往往高于其他晶体 延伸率高 也就是塑性好 且不发生脆性解理断裂 2 体心立方金属的硬化特点 有一个明显的屈服点 当应力低于上屈服点 su 只有弹性形变 应力超过上屈服极限 su 突然发生显著的塑性形变 继续发生塑性形变所需要的应力迅速减小到下屈服极限 sl 外加应力恒定在下屈服极限试样继续伸长 到第三阶段试样开始发生明显硬化 6 影响应变硬化的因素变形温度 温度越高 屈服极限越低 硬化速率越小变形速度 增加变形速度相当于降低温度 在高速变形时例如金属爆炸成形可以使钢材的屈服极限提高一倍 硬度显著增加延伸率减少50 脆性转变温度升高 材料变脆 在普通拉伸试验范围内变形速度对拉伸曲线影响不大 晶粒度 晶粒越细 屈服极限和硬度越高 面心立方 密排六方金属 晶粒越细硬化越快 体心立方晶体硬化曲线形状主要取决于间隙式杂质元素合金元素 使材料屈服极限和硬化速率提高 延长硬化阶段也容易使金属变脆 7 加工硬化的优缺点加工硬化在某些情况下可提高工件的耐磨性和疲劳强度 但常伴随大量细微裂纹出现 降低抗冲击能力 另外 加工硬化也能使后道工序切削加工困难 使刀具磨损严重 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难 在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动 因而需在加工过程中安排中间退火 通过加热消除其加工硬化 在切削加工中使工件表层脆而硬 从而加速刀具磨损 增大切削力等 加工硬化虽能提高金属的强度性能 但它并不是工业广泛应用的强化方法 因为它受到两个限制一 使用温度不能太高 否则由于退火效应 金属会软化二 由于硬化会引起金属脆化 对于本来就很脆的金属 一般不宜利用应变硬化来提高强度性能 有利的一面是 它可提高金属的强度 硬度和耐磨性 特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要 冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等 就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限 坦克和拖拉机的履带 破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬化来提高其硬度和耐磨性的 1 冷镦钢 GB T6478 2001 冷镦是在室温下采用一次或者多次冲击加载生产金属材料的工艺 8 应用实例 由此我们不难看出 在退火之后钢材的抗拉强度有了较为明显的下降 可以认为经过冷镦这种处理工艺 材料得到了加工硬化 用途 适用于采用冷镦成型工艺生产互换性高的标准件用钢 采用冷镦成型生产的标准件有螺钉 销钉 螺栓 螺母等紧固件 2 优质结构钢冷拉钢材 GB T3078 2008 优质结构钢冷拉钢材是指一种按照冷拉钢材的尺寸 外形及答应偏差应符合GB T905的规定制定的钢材 一一对比退火前后的抗拉强度关系 我们不难看出 在冷拉之后钢材的抗拉强度有了显著的提高 可以认为经过冷拉这种处