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第四章 塑性成形理论基础 材料成形技术基础 4.1.1冷塑性变形机理 多晶体的塑性变形包括晶内变形和 晶界变形（晶间变形）两种。在冷态条 件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体 的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形 只起次要作用，而且需要有其它变形机 制相协调。 晶内变形方式有滑移和孪生。由于滑移所需临界切应力小于孪生所需临界切应力，故多晶体塑性变形的主要方式是滑移变形，孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。对于密排六方金属，孪生变形起着重要作用。 晶体的滑移过程，实质上是位错的移动和增殖的过程。由于在这个过程中位错的交互作用，位错反应和相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错难以越过这些障碍。要使金属继续变形，就需要不断增加外力，便产生了加工硬化。 冷塑性变形时，多晶体主要是晶内滑移变形;实质上是位错的移动和增殖的过程;由于位错的交互作用,塑性变形时 产生了加工硬化。 4.1.2 冷塑性变形特点 （1）各晶粒变形的不同时性 塑性变形首先在位向有利的晶粒内发生,位错源开动,但其中的位错却无法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位错塞积产生的应力场越过晶界作用到相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外加应力的增大,最终使相邻位向不利的晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界值而开动起来,同时也使原来的位错塞积得到释放,位错运动移出晶粒。如此持续运作,使更多晶粒参与变形。 （2）各晶粒变形的相互协调性 晶粒的变形需要相互协调配合，如此才能保持晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。 （3）变形的不均匀性 软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。 4.1.3 冷塑性变形对组织与性能的影响1）对金属组织的影响（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织（2）形成了纤维组织 冷加工变形后，金属晶粒形状发生了变化，变化趋势大体与金属宏观变形一致。轧制变形时，原等轴晶粒沿变形方向伸长。变形程度大时，晶粒呈现为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。当有夹杂或第二相质点时，则它们会沿变形方向拉长成细带状或粉碎成链状。 （3）变形织构 多晶体塑性变形时伴随着晶粒的转动，当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。 （4）晶粒内产生胞状亚结构 塑性变形主要是借位错的运动而进行的。经大变形后，位错密度可从退火状态的106～107cm-2增加到1011～1012cm-2。位错运动及交互作用结果，其分布是不均匀的。它们先是比较纷乱地纠缠成群，形成“位错缠结”。如果变形量增大，就形成胞状亚结构。 2）对金属性能的影响 随着变形程度的增加，金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。 金属的性能将显示各向异性 。 §4-2金属热态下的塑性变形4.2.1热塑性变形时软化过程 （1）动态回复 动态回复是在热变形过程中发生的回复，金属即使在远高于静态再结晶温度下塑性变形时一般也只发生动态回复。 （2）动态再结晶 动态再结晶是在热变形过程中发生的再结晶，与静态再结晶一样，也是通过形核和生长来完成的。它容易发生在层错能较低且有较大热变形程度的金属上。 （3）静态回复 在较低的温度下、或在较早阶段发生转变的过程成为静态回复。它是变形后的金属自发地向自由能降低的方向转变的过程。 （4）静态再结晶 在再结晶温度以上，金属原子有更大的活动能力，会在原变形金属中重新形成新的无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组织，此过程称为金属的静态再结晶。冷变形金属加热时组织和性能的变化如图（4－9） 图4-9 冷变形金属加热时组织和性能的变化 （5）亚动态再结晶 热变形中已经形成但未长大的再结晶晶核以及长大途中遗留下的再结晶晶粒，但变形停止后温度足够高时，会继续长大，此过程称为亚动态再结晶。它不需形核，所以进行得很快。 图4-10为热轧和热挤时，动、静态回复和再结晶的示意图。 4.2.2热塑性变形机理 变形机理主要有：晶内滑移与孪 生、晶界滑移和扩散蠕变。高温时原 子间距加大，热振动和扩散速度增 加，位错滑移、攀移、交滑移及节点 脱锚比低温容易；滑移系增多，滑移 灵便性提高，