金屬材料的強（qiáng）化理論形變強化

01

變（biàn）形強化現（xiàn）象

一

經過軋製、衝壓、彎曲（qǔ）等冷變形後，金屬的強度和硬度增加，塑性降（jiàng）低。

02

單晶（jīng）的塑性（xìng）變形（xíng）

1.單晶滑移塑性（xìng）變形的基本模式

2.滑移係

滑動麵和該麵（miàn）上的滑動方向構成滑動係統。

一般來說，滑移麵通常（cháng）是原子（zǐ）的密排麵，滑移方向是原子排列最緊密（mì）的方向。金屬中的（de）滑移係越多（duō），其塑（sù）性就越好。

3.滑動時晶體的（de）旋轉

當晶（jīng）體在（zài）拉力F的作用（yòng）下滑移時，如果不受夾頭的限（xiàn）製，滑移麵和方向不變，拉伸時取向不（bú）變。當存在卡盤限製時，為（wéi）了（le）保持拉伸軸的方向不變，單晶的取向必須相對旋轉，即滑移麵和滑移方向發生變（biàn）化。

4.多重滑移

當隻有一（yī）個滑移係開始時(單滑移（yí）係)，通常發生在密排六方結構（gòu）的金（jīn）屬中，滑移（yí）係很少。對於具有許多滑移係的晶體，初始滑移首先在（zài）最有利取向的滑移（yí）係中進行（háng）。而晶體旋轉（zhuǎn）的結果是，其（qí）他滑移係中的切（qiē）削應力可能達到（dào）一（yī）個（gè）足以（yǐ）引起滑移的（de）臨界值，所（suǒ）以滑移過程（chéng）會在兩個（gè）或多個滑移係中同時或（huò）交替進行。

03

滑移的位錯（cuò）機製

1.位（wèi）錯運動和晶體滑移

銅的理論計算（suàn）強度為1500MPa，而實（shí）測強度（dù）僅為0.98MPa，這說明實際的晶體滑移並不是晶體的一（yī）部分相對於另一部分的剛性（xìng）運動，而是位錯在剪切應力作用下逐漸沿滑移麵移動的結（jié）果。

當位錯線移動到晶體表麵時，在（zài）表麵留下原子間距（jù）的滑移變形。

2.滑動的機理。

將滑移（yí）視為剛性整體滑（huá）移所需的理論臨界剪應力比實際測量的臨界剪應力大3-4個數量（liàng）級。滑移是通（tōng）過滑移麵上（shàng）的位錯運動實現的。

3.位錯增殖

晶體塑（sù）性變形時，產生大量的滑移帶，需要大量的位錯。實際上，晶體中的位錯數量（liàng）沒有減少，而是增加了，表明存在位錯增殖機製。

4.位錯的輸送和堵塞

多係（xì）統滑移時，不同滑移麵上的位錯相遇形成切割台階(新的位錯線)，一方麵增加了位錯線的（de）長度（dù），另一方麵可能形成難以移動的固定切割台階，成為後續位錯運動的障礙。

位錯在剪（jiǎn）切應力下運動時，如果遇（yù）到固定位錯（cuò）、雜（zá）質顆粒、晶界等（děng）障（zhàng）礙。，前導位錯將被阻擋在障礙（ài）物（wù）前方，後續位錯將被堵塞，形成位錯平麵堵塞群，在障礙物前端（duān）形（xíng）成高應力集中。

4.剪（jiǎn）切和孿晶

它是孿晶（jīng）的一部分相對於另（lìng）一部分沿某一晶麵(稱為孿晶（jīng）麵)產生一（yī）定角度的均勻剪切過程（chéng）。孿晶界兩側的晶體是鏡像對稱的。

孿晶也是一種塑性變形模式。

改變孿（luán）晶（jīng）的取向；

所需剪應力遠（yuǎn）大於滑移，變形速度接近（jìn）音速。

相鄰原子平（píng）麵（miàn）的相對（duì）位移小於一個原子（zǐ）距（jù）離。

密排六方晶格金屬幾乎沒有滑移係，通常以孿生（shēng）方式變形。

立方晶格金（jīn）屬的孿晶變形（xíng）隻在（zài）低溫或衝擊下發（fā）生。

麵心立方晶格金屬（shǔ）一般不發生孿晶變形，但經常發現孿晶，這（zhè）是相（xiàng）變過程（chéng）中原子的位錯（cuò）造成的，稱為退（tuì）火孿晶。

04

多晶體塑性變形的特（tè）征

一

非同步性

多晶體（tǐ）變形時，隻有具有有利取向（xiàng）(取（qǔ）向因子最大)的晶（jīng）粒的滑移係才（cái）能首先開始。

2

多晶體變形時，一個晶粒的變形必須與相鄰晶粒的變形相協調，以避免晶粒間的（de）斷裂。多（duō）晶體的塑性變形是由每個晶粒的多係統滑移來協（xié）調的（de）。

三

異質性

多晶體（tǐ）變形時，各晶（jīng）粒的變形量不同，晶界強度高於各晶粒內部，使得各晶粒內部（bù）變形不均勻。

05

塑性（xìng）變形對金屬組織和性能的影響

一個

塑（sù）性變形對金（jīn）屬結構的影（yǐng）響

1)形成纖維組織

金屬（shǔ）塑（sù）性變形時，晶粒沿變形方向拉長，變形量（liàng）大時變成纖維狀（zhuàng）條紋。

2)形成變形織構

隨著變形，晶體（tǐ）旋（xuán）轉。當變形較大時，每個晶粒的取向（xiàng）將是一（yī）致的。這種因變形而使晶粒具有擇（zé）優（yōu）取向的織構稱為變形織構（gòu）。

3)子結構細化

冷變形會增加晶（jīng）粒中的位錯密（mì）度。隨著變形量的增加，位錯（cuò）相互纏繞，在晶粒中形成（chéng）胞狀亞（yà）結構。

4)晶格嚴重扭曲。

2

塑性變形對金屬性能的（de）影響

1)塑（sù）性變形對金屬（shǔ）機械性能的影響（xiǎng）

由於纖維結構和形變織構的形成，金屬具有明顯（xiǎn）的（de）各向異性。

隨著位錯密度的增加，位（wèi）錯運動（dòng）過程中的相互（hù）傳遞（dì）加劇，產生位錯塞積群、切割台階和纏（chán）結網等障礙，阻礙（ài）位錯的進（jìn）一步（bù）運動，增加變（biàn）形抗力，提高金屬的強度。

2)塑性變形對金屬物理化學性質的影響

隨著塑性（xìng）變形量的增加，金屬的電導率、電阻溫度係數和熱導率降低，磁導率和飽和度（dù）降低，矯頑力增加，內能和（hé）化學活性增加，耐蝕（shí）性降低。

06

變形金屬的（de）恢複（fù）和再結晶（jīng）

一

冷變形（xíng）金屬在加熱過程（chéng）中組織和性能的（de）變化（huà）

冷變形後，金屬的顯微（wēi）組織處於不穩定狀態，往（wǎng）往會自發恢複到穩定狀態。但在室溫下，原子擴散能力小，不穩定狀態可以維持很（hěn）長時間。加熱可以增加（jiā）原子擴散能力，金屬會依次恢複、再結晶、長大。

2

回答

當受到冷塑性變形的金屬被加熱時，在光學顯微組織發生（shēng）變（biàn）化之前(即再結晶晶粒形成之前)某些亞（yà）結構和性能（néng）之間的變化過程稱（chēng）為回複。

回複階段點缺陷和位錯遷移引起的一些晶內變化。比如（rú）空位與其（qí）他缺陷（xiàn）合並，同一滑移（yí）麵（miàn）上不同符號的位錯（cuò）相遇（yù）合（hé）並，減（jiǎn）少了缺陷的數量。

由於位錯運動，由冷塑性變形時的無序（xù）狀態（tài）變為垂直分（fèn）布，形成亞晶界。這個（gè）過（guò）程稱為多邊形形成。

在回收過程中，顆（kē）粒保持纖維狀，機械性能（néng）(硬度、強度等。)變化不大，塑性略有提高，宏觀內應力基本消除，但某些物理化學性能變化明（míng）顯，如電導率和抗應力腐蝕能力提高。

三（sān）

再結晶

當冷變形金屬的加熱溫度較高時，變形組織的基體（tǐ）上產生新的未畸變（biàn）的晶核，並迅速（sù）長大為等軸晶粒。

再結晶是成核和生長的過程，但沒有新相形成。重結晶發生在（zài）一個溫度範圍內（nèi）。

再結晶後，冷變形金（jīn）屬的強度（dù）和硬度降低，塑性和韌性提高，微觀內應（yīng）力完全消除，金屬（shǔ）性能基（jī）本恢複到冷變形前的水（shuǐ）平。

四

晶粒生長

當（dāng）再結晶完成時，通常獲得細小的等軸晶粒結構。如果加熱溫度持續升高或保溫時間延長，晶粒將進一步長（zhǎng）大。