CH5.2 材料的塑性变形(12级).ppt

一. 单相固溶体合金塑性变形 溶质原子的作用主要表现在固溶强化(Solid-solution Strenthening)作用，提高塑性变形抗力。 1.??固溶强化 固溶体合金的σ-ε曲线：由于溶质原子溶入基体金属使σs 和整个σ-ε曲线的水平提高，变形能力下降，加工硬化率n提高。 右上图为Cu-Ni固溶体的力学性能与成分的关系，右下图为Al溶有Mg后的应力应变曲线。 * * 影响固溶强化的因素： ① 溶质原子类型及浓度。对于同一溶质，固溶体的屈服强度一般与其含量成曲线关系。 ② 溶质原子与基体金属的原子尺寸差。相差大时强化作用大。 ③ 间隙型溶质原子比置换型溶原子固溶强化效果好。 ④ 溶质原子与基体金属价电子数差。价电子数差越大，强化作用大。 固溶强化实质：溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用和静电交互作用。 强化效果公式：5.13式 固溶强化机制：晶格畸变，阻碍位错运动；柯氏气团强化。 * 固溶强化的实质： 溶质原子与位错的弹性交互作用。溶质原子形成柯氏气团，对位错运动起着钉扎作用，从而阻碍位错运动。 静电交互作用。位错周围畸变区的存在将对固溶体的电子云分布产生影响。由于该畸变区应力状态不同，溶质原子的额外自由电子从点阵压缩区移向拉伸区，并使压缩区呈正电，而拉伸区呈负电，即形成局部静电偶极。其结果导致电离程度不同的溶质原子与位错区发生短程的静电交互作用，溶质原子或富集于拉伸区或富集于压缩区均会产生固溶强化。约占1/3-1/6。 化学交互作用。这与晶体中的扩展位错有关，由于层错能与化学成分有关，因此晶体中的层错区的成分与其他地方存在一定的差别，这种成分的偏聚也会阻碍为错的运动，且层错能下降会导致层错区变宽，产生强化作用。比弹性作用小一个数量级。 2.屈服现象与应变时效 上屈服点：试样开始屈服时对应的应力。 下屈服点：载荷首次降低的最低载荷或不变载荷。 产生原因：溶质气团(即金属含有微量的如碳、氮等间隙原子)。 屈服过程：试样继续伸长，应力保持为定值或有微小的波动，在拉伸曲线上出现一个应力平台区，试样在此恒定应力下的伸长。 * 吕德斯带：在发生屈服延伸阶段，试样的应变是不均匀的，在试样表面可观察到与纵轴约呈45o交角的应变痕迹，称为吕德斯(Lüders)带。 吕德斯带会造成拉伸和深冲过程中工件表面不平整。 * 屈服现象的理论解释之一 (1) 与金属中微量的溶质原子有关，即柯氏气团理论 溶质原子与位错的应力场发生弹性交互作用，形成柯氏气团(Cottrell),钉扎位错运动，必须在更大的应力作用下才能产生新的位错或使位错挣脱柯氏气团的钉扎而移动，表现为上屈服点；一旦脱钉，使位错继续运动的应力就不需开始时那么大，故应力值下降到下屈服点和水平台，试样继续伸长，应力保持为定值或有微少的波动。这就是屈服现象的物理本质。 材料塑性变形时应变速度与晶体中可动位错的密度、位错运动的平均速度及位错的柏氏矢量成正比。 * 屈服现象的理论解释之二 (2) 位错运动与增殖理论: 应变速率：ε’ ∝ρmbv 位错运动速度：v=(τ/τ0)m’ 开始变形时，ρm低，欲使应变速率固定，需要较大的v值，故需要较高的应力τ ，表现为上屈服点；一旦塑性变形开始后，位错迅速增殖，ρm 增加，必然导致v的突然下降(为保持应变速率固定)，所以所需的应力τ 突然下降，产生了屈服现象。 是否产生屈服点现象还与材料的m’值有关， m’小的材料，如Ge，Si，LiF，Fe等出现显著的上下屈服点。 * 开始变形前晶体中有可动位错密度ρm较低； 随着塑性变形的发生，位错能迅速增殖， ρm迅速增加； 应力敏感因子较低。 材料具有明显屈服现象的条件 * 应变时效：将低碳钢试样拉伸到产生少量预塑性变形后卸载，然后重新加载，试样不发生屈服现象，但若产生一定量的塑性变形后卸载，在室温停留几天或在低温(如150℃)时效几小时后再进行拉伸，此时屈服点现象重新出现，并且上屈服点升高，这种现象。 应变时效原因：室温长期停留或低温时效期间，溶质原子C、N又聚集到位错线周围重新形成气团所致。 应变时效 * 解决由于吕德斯带造成的工件表面不平整的措施: A.加入少量能夺取固溶体合金中的溶质原子，使之形成稳定化合物的元素。 B.板材在深冲之前进行比屈服伸长范围稍大的预变形(约0.5%～2%变形度)，使位错挣脱气团的钉扎，然后尽快进行深冲。 * 二. 多相合金的塑性变形 多相合金的基本相为固溶体