第五章材料的形变和再结晶精要.ppt

2．亚结构的变化 晶体的塑性变形是借助位错在应力作用下运动和不断增殖。随着变形度的增大，晶体中的位错密度迅速提高，经严重冷变形后，位错密度可从原先退火态的 经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结。 进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。其中，高密度的缠结位错主要集中于胞的周围，构成胞壁，而胞内的位错密度很低 变形晶粒是由许多这种胞状亚结构组成，各胞之间存在微小的位向差。随着变形度的增大，变形胞的数量增多、尺寸减小。如果经强烈冷轧或冷拉等变形，则伴随纤维组织的出现，其亚结构也将由大量细长状变形胞组成 研究指出，胞状亚结构的形成不仅与变形程度有关，而且还取决于材料类型。对于层错能较高的金属和合金（如铝、铁等），其扩展位错区较窄，可通过束集而发生交滑移，故在变形过程中经位错的增殖和交互作用，容易出现明显的胞状结构 层错能较低的金属（如不锈钢等），其扩展位错区较宽，使交滑移很困难，因此在这类材料中易观察到位错塞积群的存在，由于位错的移动性差，形变后大量的位错杂乱的排列于晶体中，构成较为均匀分布的复杂网络。 故这类材料即使在大量变形时，出现胞状亚结构的倾向性较小 3．性能的变化 材料在塑性变形过程中，随着内部组织与结构的变化，其力学、物理和化学性能均发生明显的改变 a．加工硬化 金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象 加工硬化是金属材料的一项重要特性，可被用作强化 金属的途径 对那些不能通过热处理强化的材料如纯金属，以及某些合金，如奥氏体不锈钢等，主要是借冷加工实现强化的 单晶体的切应力一应变曲线 显示塑性变形的三个阶段 ? 阶段——易滑移阶段： 当 ? 达到晶体的? c后，应力增加不多，便能产生相当大的变形。此段接近于直线，其斜率? ? 即加工硬化率低，一般? ?为～10-4G数量级（G为材料的切变模量） Ⅱ阶段——线性硬化阶段： 随着应变量增加，应力线性增长，此段也呈直线，且斜率较 大，加工硬化十分显著，?Ⅱ ≈G/300，近乎常数 Ⅲ阶段——抛物线型硬化阶段： 随应变增加，应力上升缓慢，呈抛物线型，?Ⅲ逐渐下降 各种晶体的实际曲线因其晶体结构类型、晶体位向、杂质含量，以及试验温度等因素的不同而有所变化，但总的说，其基本特征相同，只是各阶段的长短通过位错的运动、增殖和交互作用而受影响，甚至某一阶段可能就不再出现 典型的面心立方、体心立方和密排六方金属单晶体的应力一应变曲线 三种典型晶体结构金属单晶体的硬化曲线，其中面心立方和体心立方晶体显示出典型的三阶段，至于密排六方金属单晶体的第Ⅰ阶段通常很长，远远超过其他结构的晶体，以致于第Ⅱ阶段还未充分发展时试样就已经断裂了 多晶体的塑性变形由于晶界的阻碍作用和晶粒之间的协调配合要求，各晶粒不可能以单一滑移系动作而必然有多组滑移系同时作用，因此多晶体的应力一应变曲线不会出现单晶曲线的第I阶段，而且其硬化曲线通常更陡，细晶粒多晶体在变形开始阶段尤为明显 10 20 30 40 伸长 / ％ 拉伸应力/ MPa 0 20 40 60 80 100 单晶（99.99％） 晶粒尺寸0.11mm 多晶（99.99％） 0.53mm 40 应力/ MPa 200 100 300 伸长 / ％ 10 20 30 单晶与多晶的应力一应变曲线比较（室温）（a）Al （b）Cu （a） （b） 多晶体 单晶体 b．其他性能的变化 经塑性变形后的金属材料，由于点阵畸变，空位和位错等结构缺陷的增加，使其物理性能和化学性能也发生一定的变化。如塑性变形通常可使金属的电阻率增高，增加的程度与形变量成正比。另外，塑性变形后，金属的电阻温度系数下降，磁导率下降，热导率也有所降低，铁磁材料的磁滞损耗及矫顽力增大 由于塑性变形使得金属中的结构缺陷增多，自由焓升高，因而导致金属中的扩散过程加速，金属的化学活性增大，腐蚀速度加快 4．形变织构 在塑性变形中，随着形变程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，逐渐使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为择优取向，这种组织状态则称为形变织构 形变织构随加工变形方式不同主要有两种类型： 1)、拔丝时形成的织构称为丝织构，其主要特征为各晶粒的某一晶向大致与拔丝方向相平行； 2)、轧板时形成的织构称为板织构，其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于同轧面与轧向相平行 。 5．残余应力 储存能 ：塑性变形中外力所作的功除大部分转化成热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部 储存能的具体表现方式为