《合金塑变》.ppt

中国计量学院 应变时效形成机制： 塑性变形初期，由于柯氏气团的钉扎作用产生 上屈服点，柯氏气团挣脱“钉扎”，形成下屈服点； 预先已经屈服的式样，卸载后立刻加载，柯氏 气团已经被破坏，因此没有屈服现象； 应变时效使溶质原子通过扩散重新聚集到位错 周围形成气团，故又出现屈服现象。 两相呈层片状分布（珠光体、索氏体、 屈氏体） 本节重点 * * 5.2 晶体的塑性变形 单晶塑变 多晶塑变 合金塑变 滑移 孪生 扭折 不均匀 多滑移 多方式 单相固溶体合金 多相合金 1、单相固溶体合金的塑形变形 与纯金属相比，单相固溶体合金中存在溶质原子，其对合金塑性变形的影响通过固溶强化得以体现。 （a）固溶强化： 溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力随之提高。 5.2.3 合金的塑性变形 ? 抗拉强度 硬度 延展率 与纯金属相比，固溶体中溶质原子的增加，不仅提高整个应力-应变曲线水平，而且使合金的加工硬化速率加大。 强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 Cu-Ni固溶体 Mg-Al固溶体 不同溶质原子的固溶强化效果 固溶合金元素对铜单晶临界分切应力的影响 （1）溶解度范围内，溶质浓度越高，强化作用越大，但并非线性关系，低浓度时强化效果尤其显著 （2）溶质与溶剂原子尺寸相差越大，强化作用越大，但通常原子尺寸相差较大时，溶质原子的溶解度较低； （3）溶质与溶剂原子的价电子数相差越大，固溶强化作用越大，即固溶体的屈服强度随合金电子浓度的增加而提高； （4）形成间隙固溶体的溶质元素比形成置换固溶体的溶质元素的强化作用大，特别是体心立方晶体中的间隙原子。但间隙原子的固溶度很有限，实际强化效果有限 固溶强化的影响因素 固溶强化机制 1、溶质原子与位错的弹性交 作用 3、溶质原子与位错的化学交互作用 2、溶质原子与位错的静电交互作用 主要机制 溶质原子引起的晶格畸变: 错配度 弹性交互作用 溶质原子聚集形成的柯氏气团 柯氏（Cottrell）气团：溶质原子趋于聚集在位错的周围，形成了一个溶质原子气团，钉扎了位错 2、溶质原子与位错的静电交互作用 固溶强化机制 位错周围畸变区的存在对固溶体中的电子云分布产生影响。 由于该畸变区的应力状态不同，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，拉伸区呈负电，形成局部的静电偶极。溶质离子或富集于拉伸区、或富集在压缩区，均产生固溶强化。 研究表明，在钢中这种强化效果约为弹性交互作用的1/3—1/6，且不受温度影响。 3、溶质原子与位错的化学交互作用 固溶强化机制 晶体中的成分偏聚区会导致位错运动受阻，并且晶体中的层错区其层错能往往与化学成分相关，层错能下降会导致层错区增宽，这也会产生强化作用 化学交互作用引发的固溶强化效果，较弹性交互作用低一个数量级，但由于其不受温度的影响，因此在高温形变中具有较重要的作用。 （b） 屈服现象与应变时效 屈服现象最初在低碳钢中发现，上下屈服点差别可达到10%~20%，屈服延伸可超过10%。 只要合金中含有适量的溶质原子足以钉扎住位错，屈服就可发生。 应力每一次的微小波动对应一个新的变形带的产生 与拉伸轴成45°变形带 沿长度方向不断形成和扩展，产生拉伸曲线的屈服平台 当应力达到上屈服点时，首先在试样的应力集中处开始塑性变形 屈服过程中，试样中各处的应变是不均匀的 位错增殖理论 —— 刚开始时晶体中的可动位错较少，此时位错的平均运动速度必须较高，才能保证晶体的变形，而位错变形速度的增加将意味着所需的外力也将增加，从而产生上屈服点；当塑性变形开始后，位错大量增殖，位错密度迅速增加，此时必将导致位错运动速度的下降，意味着所需外力下降，所以产生下屈服点。 Cottrell气团理论 —— 柯氏气团对晶体材料中的位错具有强烈的钉扎作用，刚开始塑变的时候可动位错较少，需要较大的形变力（上屈服点）；一旦塑变开始后，位错运动挣脱了柯氏气团的钉扎，并且迅速增殖，导致应力的突然下降，产生下屈服点。 屈服现象形成机制 可见，具有明显屈服现象的材料应具备以下条件： ①开始变形前，晶体中的可动位错密度较低； ②随着塑性变形的发生，位错能够迅速增殖； ③应力敏感因子m较低。 ? 应变时效：将经过少量变形的试样放置一段时间，或经过200°左右的短时间加热后再进行拉伸，则屈服点又重新出现，且屈服应力提高的现象。 1—预变形 2—去载后立即再加载，不再出现屈服现象； 3—去载后放置一段时间或200℃加热后再加载，重新出现屈服，且屈服强度有所提高 。 ? 思考：屈服点为何升高？ 第二相的引入