第四章 材料的变形.ppt

* 4.4.2 塑性变形对金属性能的影响 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化work hardening。 冷塑性变形量，% 屈服强度，MPa 1040钢(0.4%C) 黄铜 铜 冷塑性变形量，% 伸长率，% 1040钢 (0.4%C) 黄铜 铜 * 产生加工硬化的原因是: 1、随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使得位错难以继续运动，从而使变形抗力增加； 位错密度与强度关系 最本质原因 * 其它原因: 2、随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用； 3、随变形量增加, 空位密度增加，空位阻碍位错运动； 4、由于晶粒由有利位向转到不利位向而发生几何硬化，因而变形抗力增加。位错选择在最易启动和运动的晶粒取向的晶粒进行，但是随着变形发生，晶粒要转动，逐渐离开原来的取向，因而偏离有利位向，而发生几何硬化，即位错难以启动和运动。 现象 * 加工硬化是强化金属的重要手段之一 由于加工硬化,有变形的地方就慢慢变得不能变形，而变形要转移到其它地方，致使最后均匀塑性变形。 晶体： 非晶体： 具有加工硬化，产生塑性变形 就没有塑性，很脆！ * 低碳钢的屈服和应变时效 (yielding and strain aging) 1) 低碳钢的屈服现象和吕德斯带 ● 屈服现象(yielding)： 上下屈服点及屈服平台 ● 吕德斯带（Lüders band）： 应力超过屈服极限时，在试样 表面产生一个与拉伸轴成45度 的变形带。它与滑移带不同， 是许多晶粒协调变形的结果。 ● 屈服现象的原因： (1) 柯氏气团（Cottrell atmosphere）： 位错钉扎(anchoring of dislocation) (2) 位错增殖：刚开始位错少，位错增殖快， 到一定程度后流变应力降低 * 2) 应变时效(strain aging) 退火状态的试样拉伸超过屈服 点卸载马上再加载，不发生屈 服现象，放置一段时间后再加载， 屈服现象重新出现 ● 机理：柯氏气团解释 (Cottrell atmosphere) * 4.4.3 残余内应力 residual stress 金属发生塑性变形时,外力所做的功大部分转化为热能，只有10%转化为内应力残留于金属中，形成残余应力和晶格畸变。是由于金属受力时, 内部变形不均匀而引起的。 内应力是指平衡于金属内部的应力。 * 内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。 内应力分类： 第二类内应力：平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间 (微观内应力)。降低金属强度 第三类内应力：是由晶格缺陷引起的畸变应力（晶格畸变）。是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。 第一类内应力：平衡于表面与心部之间 (宏观内应力)。降低金属强度 * 塑性变形的方式 滑移 孪生 扭折 弹性变形 本章小结 各自的特点和区别 * 金属及合金强化途径 固溶强化 细晶强化 弥散强化 加工硬化 纯金属多晶体的塑性变形 晶界和晶粒位相差的影响 整个塑性变形的过程 金属及合金的强化方式 产生强化的本质原因 * 4th Strengthening modes Solid solution strengthening Refined crystalline strengthening precipitation strengthening Hall-Petch formula * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * (2) 晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。 * 2. 多晶体金属的塑性变形过程 首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。 当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。 铜多晶试样拉伸后形成的滑移带 σ σ * 塑性变形 — 改变晶粒组织和结构 变形前：等轴晶粒 变形后：拉长晶粒 * 3. 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 ? 金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多； 需要协调的具有不