1、第四章 資料的變形斷裂與強化機制4.1 資料的塑性變形4.2 金屬的冷塑性變形4.3 金屬的熱塑性變形4.4 金屬強化實際簡介納米銅的室溫超塑性第四章 資料的變形斷裂與強化機制第四章 資料的變形斷裂與強化機制優良的塑性 - 金屬最重要的特性塑性變形的作用： 1成形外觀尺寸； 2內部組織、構造改動； 3性能改動。 為消除塑性變形能夠呵斥的不良影響，必需在加工過程中及加工后加熱。黃銅彈殼成形過程flash演示 金屬壓力加工方法塑性加工方法表示圖 4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形-滑移和孿生滑移：在切應力的作用下晶體的一部分相對

2、于另一部分沿一定晶面和晶向發生相對滑動。滑移面4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形-滑移和孿生4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形-滑移和孿生4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形位錯滑移flash演示1位錯滑移flash演示2滑移時晶體的轉動一、單晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形 滑移變形具有以下特點： 1滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面密排面和其上密度最大的晶向密排方向進展。 一個滑移面和該面上的一個滑移方向結合起來組成一個滑移系。滑移阻力最小原那么 4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形一、單晶體

3、的塑性變形2滑移只能在切應力的作用下發生。k實踐 k實際？4.1 資料的塑性變形例：Cu k實際 = 1500 MPa k實踐 = 1 MPa一、單晶體的塑性變形滑移并非原子的剛性滑動！ 3 滑移是經過位錯的運動來實現的。 微觀上的位錯運動與宏觀上的塑性變形是一對因果關系；變形會產生位錯，并且溫度起作用。4.1 資料的塑性變形一、單晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形 多晶體的塑性變形過程：與單晶體根本一樣，以滑移為主。但要思索 ： 1晶粒本身大小； 2晶粒相互位向不同有角度； 3晶粒之間受晶界影響及共同的影響。4.1 資料的塑性變形二、多晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形 1. 晶界在變形中

4、的作用-竹節景象-“妨礙-晶界強化 晶粒細小而均勻，不僅常溫下強度較高，而且塑性和韌性也較好，即強韌性好。緣由是： 1強度高：按Hall - Petch公式，晶粒小， 大； 晶界越多，越難滑移。 2塑性好：晶粒越多，變形均勻而分散，減少應力集中。 3韌性好：晶粒越細，晶界越曲折，裂紋越不易傳播。 因此，細晶強化是最正確強化方法,是一切強化的根底。二、多晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形2. 晶粒大小對塑性變形的影響 - 細晶強化Hall - Petch公式： 例：日本采用高溫多軸加工法，在500750壓軋鋼材，使其強度比現有鋼材高一倍，其晶粒數為100億個/mm3，在74kgf/mm2作用下

5、也不會變形。因此，號稱“超級鋼 。二、多晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形多晶體的塑性變形總結：1與單晶體塑變的異同： 同：都主要依托滑移; 異：存在不同時性，需相互協調。2塑變過程：軟取向的晶粒先滑移晶界處位錯塞積產生應力集中 相鄰晶粒滑移；滑移系數目多越有利塑變。3晶粒細化：強度，且塑韌性。二、多晶體的塑性變形4.1 資料的塑性變形4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響一對金屬組織構造的影響二對金屬性能的影響二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化(一) 回復(二) 再結晶一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響1. 顯微組織的變化-纖維組織(一)對金屬組織構造的影響

6、4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.2 金屬的冷塑性變形 2. 亞構造的細化 - 位錯增殖4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響3. 變形織構 - 擇優取向，產生各向異性4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響板織構flash動畫絲織構flash動畫 4. 剩余應力 - 可導致資料變形、開裂和產生應力腐蝕 第一類內應力宏觀內應力，由整個物體變形不均勻引起。 第二類內應力微觀內應力，由晶粒變形不均勻引起。 第三類內應力點陣畸變，由位錯、空位等引起。4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響利：預應力處置，如提

7、高疲勞極限。弊：引起變形、開裂，如黃銅彈殼腐蝕開裂。消除: 去應力退火。二對金屬性能的影響1. 對金屬力學性能的影響-加工硬化形變強化 在冷塑性變形過程中隨著變形程度的添加，金屬的強度、硬度顯著升高，而塑性、韌性顯著下降。緣由一是位錯越來越多，位錯間距越來越小，晶格畸變增大；二是位錯交互作用加劇，位錯運動的阻力增大，導致變形抗力增大。 4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響二對金屬性能的影響1. 對金屬力學性能的影響-加工硬化形變強化 加工硬化的實踐意義

8、： 是一種非常重要的強化手段。 是某些工件或半廢品能拉伸或冷沖加工成形的重要根底，有利于均勻變形。 可提高零件在運用過程中的平安性。 4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響 - 經過再結晶退火可消除加工硬化噴丸強化 1敲擊小壓痕/凹陷金屬表層拉伸表層下緊縮的晶粒試圖將表層恢復到原來外形，從而產生一個高度緊縮力作用下的半球，無數凹陷重疊構成均勻的剩余壓應力層。 2小鋼丸、不銹鋼丸、搪瓷珠或玻璃珠，最常用鑄鋼丸。 3抗金屬疲勞4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑

9、性變形對金屬組織和性能的影響風電設備外表處置方案：1風機葉片 噴丸強化2風電齒輪箱 低Ra超精研磨3風機輪轂 拋丸處置4風機塔架 拋丸/噴砂除銹等涂防腐涂層4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響 2. 對金屬的物理、化學性能的影響 經冷塑性變形后，金屬的磁導率、電導率、電阻溫度系數等下降； 磁矯頑力添加； 提高化學活性，耐蝕性下降。4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化4.2 金屬的冷塑性變形畸變添加； 冷塑性變形加熱晶粒長大穩定溫度升高回復再結晶回復與再結晶flash演示金屬 內能升高； 熱力學上不穩定 (

10、一) 回復 點缺陷減少，位錯重新陳列，晶格畸變減弱。 顯微組織尚無變化，電阻率和剩余內應力顯著下降，耐蝕性得到改善。 加工硬化形狀根本保管。 - 相當于去應力退火二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化4.2 金屬的冷塑性變形季裂加工過程鑄、鍛、焊、切削產生的內應力如何消除加工過程中產生的內應力？二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化4.2 金屬的冷塑性變形 金屬拉伸時，除Pb、Sn，都會產生加工硬化，需求去應力退火，盡量低溫退火，也可高溫退火。退火后工件外表有氧化皮、污物，必需酸洗。酸洗前用蘇打水去油，酸洗后冷水沖洗，再用熱水洗滌，以免酸液殘留。 對于普通硬化金屬，如08、10、15、

11、黃Cu、退火Al等，普通可免于中間退火。 對于高硬化金屬，如不銹鋼、耐熱鋼，普通在兩次拉伸后需中間退火。4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響 各種資料不需中間退火就能完成的拉伸工序次數為： 低碳鋼 34次 Al 45次 黃Cu 24次 Mg合金、Ti合金 1次4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響TR (0.4 0.5) Tm最低再結晶溫度： (二) 再結晶 再結晶后，加工硬化消逝，內應力根本消除“恢復。 此時新晶粒位向不同于塑性變形前，但晶格類型一樣。4.2 金屬的冷塑性變形二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化材料TR /材料TR /Al黃

12、銅AuFePbMgNi1503752004500150620PtAg20鋼TaSnWZn45020046010200121015金屬資料的最低再結晶溫度保溫1h4.2 金屬的冷塑性變形二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化4.2 金屬的冷塑性變形二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化問：碳素彈簧鋼的再結晶退火溫度為何空缺？ 銅棒 24 mm如何消除拉拔過程中的硬化景象？ 電纜線 0.15 mm4.2 金屬的冷塑性變形二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響再結晶退火 1消除加工硬化，將金屬件加熱保溫緩冷至室溫，保溫溫度高于再

13、結晶溫度 TR 100200K ； 2對于沒有同素異構轉變的金屬如銅、鋁 ，冷變形+再結晶退火是細化晶粒的重要手段。3%變形后經550退火6%變形后經550退火9%變形后經550退火12%變形后經550退火15%變形后經550退火冷加工變形度對再結晶后晶粒大小的影響純鋁片試樣4.2 金屬的冷塑性變形一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響 4.3 金屬的熱塑性變形一、金屬熱加工的概念冷加工 T加工 TR 熱加工溫度 T加工0.6Tm金屬資料T加工: 上限普通控制在固相線以下100 200范圍內4.3 金屬的熱塑性變形概念：再結晶溫度以上的加工過程。 景象：同時存在硬化與軟化，動態回復與動態再結晶。

14、特點：反復形核，有限長大，晶粒較細。 包含亞晶粒，位錯密度較高,強度硬度高。溫度： T再T熱加工T固100200。再結晶溫度以下的加工過程稱為冷加工一、金屬熱加工的概念4.3 金屬的熱塑性變形碳鋼：始鍛溫度保證無過燒； 終鍛溫度高于T再，保證再結晶完全。一、金屬熱加工的概念4.3 金屬的熱塑性變形 1改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細化晶粒、降低偏析。提高強度、塑性、韌性。 2構成纖維組織加工流線。 組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。 性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。 3構成帶狀組織 構成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。 影響：各向異性。類似于流線組織。 消除：

15、防止在兩相區變形、減少夾雜元素含量、采用高溫分散退火 或正火。 4影響晶粒大小二、熱加工對金屬組織和性能的影響4.3 金屬的熱塑性變形4.3 金屬的熱塑性變形二、熱加工對金屬組織和性能的影響熱加工的優點 1可繼續大變形量加工； 2動力耗費小； 3提高資料質量和性能。熱加工金屬晶粒組織控制 溫度：T再T熱加工T固100200 變形量：適中 鍛后冷卻：鍛后快冷，降低低終鍛溫度前往4.3 金屬的熱塑性變形二、熱加工對金屬組織和性能的影響鋼在熱軋時奧氏體的變形和再結晶 4.3 金屬的熱塑性變形二、熱加工對金屬組織和性能的影響鋼在熱軋時奧氏體的變形和再結晶 4.3 金屬的熱塑性變形二、熱加工對金屬組織和性能的影響4.