金属塑性变形和加工硬化.ppt

体心立方晶体对温度的敏感性尤为突出。在低温下，屈服应力上升是特别突出的。 原因是：1）体心立方晶体的点阵阻力对温度的依赖性更明显，而由于体心立方晶体的位错宽度较窄，其点阵阻力对屈服强度有重要作用。2）体心立方晶体中的位错与溶质原子特别是间隙原子的相互作用强烈。在低温下，体心立方晶体的屈服应力值很高，很容易发生脆性断裂，即体心立方晶体具有低温脆性。 此外，体心立方晶体的屈服效应现象显著，存在着动态形变时效温度区间。 应变速率对加工硬化的影响具有双重性，包含温度和时间两个方面的因素：由于应变速率升高，软化机理来不及进行而引起屈服应力升高的应变速率效应；在变形过程中由于应变速率很高(如同绝热过程中形变热来不及散失)，塑性功转化成形变热而提高了变形物体温度，产生使屈服应力降低的温度效应，规律较复杂。 应变速率对加工硬化的影响用屈服应力相对提高值(提高单位应变速率时，屈服应力增量与原始屈服应力值之比)表示，称为速率效应。 图3.10 温度对速率效应的影响 高温区(完全软化区)应变速率效应影响最大。在这个温度区间，塑性变形机理基本是扩散机理、晶间滑动机理。 过渡区的应变速率效应居中。在这个温度区有回复和再结晶软化机理作用。 低温区效应影响最小，在此温度区间起控制作用的变形机理为切变机理。 3.3 加工硬化理论 温度和应变速率对流变应力的影响 许多金属晶体其流变应力随着温度的升高和应变速率的减小而降低，但当温度升高至某一数值时，其流变应力就不再改变（如果不考虑切变模量受温度影响的话，流变应力是一个恒定值）。 Seeger把流变应力分为两部分： ? 前一部分是与温度有关的流变应力分量，后一部分是与温度无关的流变应力分量。 这两项取决于位错运动的障碍，如果是长程障碍，流变应力则主要取决于后一部分，反之，则受前一部分控制。 加工硬化的各种机制应该说明流变应力两个分量的来源及其相对贡献。 1、位错塞积理论 该理论以Seeger理论为代表，后来由Friedel和Hirsch等人修正完善。 Seeger认为：加工硬化主要来自主滑移系统上平行位错间的弹性交互作用，或者是因为位错反应生成L-C不动位错，构成位错运动的障碍，使位错堆积在障碍前面，形成了长程内应力而造成的。 Seeger的硬化理论主要建立在对表面滑移线观察的实验基础之上。 该理论对加工硬化各个阶段的解释如下： 第一阶段： 假定单位体积内位错数为N，每一位错源在应力τ作用下放出的位错环数为n，在滑移面上每一环移动的距离为l，相邻滑移面间的距离为d,dl， 当应力增加δτ，引起的位错源放出的位错环数增加了δn，从而使应变量增加了δε，则有： ? ? ? 产生了δn的位错环，将也增加了作用在位错源上的反作用力，当反作用力等于应力增量时，就不再继续产生新环。于是有如下关系式： 由此可得到如下关系式： 第二阶段： 实验证明，温度只改变第二阶段到第三阶段的过渡，即两个阶段范围的宽窄。说明第二阶段的流变应力主要受与温度无关的应力的控制，该应力主要来自主滑移面上的位错应力场，而不是与林位错的交互作用。 ? 该理论认为，第二阶段的硬化，主要是形成了L-C不动位错，位错被阻塞在这一障碍前面。随着应变量增加滑移线变短，这是由于L-C不动位错增加了。 位错通过塞积群的应力场所需的应力为： l是塞积群间的距离。 Seeger的实验分析认为加工硬化第一阶段过渡到第二阶段后，每个滑移线上的位错数大致不变。 第三阶段： ? 位错被塞积以后，到了第三阶段，要继续变形，只有两种可能： 1）在大的应力集中下将L-C障碍摧毁，使领先的不全位错重新组合； 2）在塞积群应力集中未弛豫以前，就发生了交滑移，螺位错可以在它们的滑移面内避开障碍，不必与这些障碍发生强的交互作用，它们可以通过双交滑移返回原始滑移面。? Seeger倾向于后一种机制，。因为实验观察到了在第三阶段开始时，就出现了粗的滑移带，而在滑移带内滑移线有交滑移的痕迹。 第三阶段的硬化主要是由位错圈中的刃型部分所引起的。这些位错圈保持在晶体内部，随着位错源的继续开动，它们的密度也将增加，最终排列成低角度的界面。 螺位错的交滑移造成位错密度的降低以及刃型位错的重新排列就构成了第三阶段的动态回复过程。 2、林位错硬化理论（Hirsch等） 该理论主要是建立在用薄膜试样作电镜观察，分析其形成的位错结构上，它和前一理论的实验方法曾引起争论。 凡是穿过主滑移面上