金屬材料的強（qiáng）化理（lǐ）論之形變（biàn）強化

變形強化現象

經過軋（zhá）製、衝壓、彎曲等冷變形後（hòu），金屬（shǔ）的強度和硬度增加，塑性降低。

單晶的（de）塑性變形2

1.單晶滑移塑性變形的基本模式

2.滑移係

滑動麵和該麵上的滑動方（fāng）向構成滑動係統。

一般來說，滑移麵通常是原子的密排麵，滑移方向是原子排列最緊密的方向。金屬中的滑移係越多，其塑（sù）性就越（yuè）好。

3.滑動時晶體的旋轉

當晶體在拉力F的作用下滑移時，如果不受夾頭的限製，滑移（yí）麵和方向（xiàng）不變，拉伸時取向不變。當（dāng）存在卡盤限製時，為了保持拉伸軸的方向不變，單晶的取向（xiàng）必須相對旋轉，即（jí）滑移麵和滑移方向發生變化。

4.多重滑移

當隻有（yǒu）一個滑移係開始（shǐ）時(單滑移係（xì）)，通常發生在密排六方結（jié）構的金屬中，滑移係很少。對於（yú）具有許多滑（huá）移係的晶體，初始滑移首先在最有利取向的滑移係（xì）中進行。而晶體旋（xuán）轉的（de）結果是，其他滑移係中的切削應力可能達到一個足以引起滑移的（de）臨界值，所以滑移過程會在兩個或多個滑移係中同時或交替進行（háng）。

3滑（huá）移的位（wèi）錯機製

1.位錯運（yùn）動和晶體滑移（yí）

銅的理論計算強度為1500MPa，而實測強度僅為0.98MPa，這說明實際的晶體滑移並不是晶體的一部分相（xiàng）對（duì）於另一部分的剛性運動，而是位錯在剪切應力作用下（xià）逐漸沿滑移麵（miàn）移動的結果。

當（dāng）位錯線移動到（dào）晶體表麵時（shí），在表麵留下原子間距的滑移（yí）變形。

2.滑動的機（jī）理。

將滑移視為剛性整體滑移所需的理論臨界剪應力比實際測量（liàng）的臨界剪（jiǎn）應力大3-4個數量級。滑移是通過滑移麵上的位錯運動實（shí）現的。

刃位錯的運動

3.位錯（cuò）增（zēng）殖

晶體（tǐ）塑性變（biàn）形時，產生（shēng）大量的滑移帶，需要（yào）大量的位錯。實際（jì）上（shàng），晶體中的（de）位錯數量（liàng）沒有減少，而是增加了，表明存（cún）在位錯增殖機製。

4.位錯的輸（shū）送和堵塞（sāi）

多係統滑移（yí）時，不（bú）同滑移麵上的位錯相遇形成切割台（tái）階(新的位錯線)，一方麵（miàn）增加了位錯線的長度，另一方麵可能形成（chéng）難以移動的固定切割台階，成為後續位錯運動的障礙。

位錯在剪切應力下運（yùn）動時，如果遇（yù）到固（gù）定位（wèi）錯、雜質顆粒、晶界等（děng）障礙。，前導位錯會在障礙物前停止，後續位錯會被堵塞，形成位錯平（píng）麵堵塞群，在障礙物前端形（xíng）成高應力集中。

5.剪切和孿晶（jīng）

它是孿晶的（de）一部分相對於另一（yī）部分沿某一晶麵（miàn）(稱為孿晶麵)產生一定角度的（de）均勻剪切過程。孿（luán）晶界兩側的晶（jīng）體是鏡像對稱的。

孿晶也是一（yī）種塑（sù）性變形（xíng）模式。要改（gǎi）變孿晶的取向，需（xū）要（yào）剪切應力遠大於滑移，變形速度接近音速（sù），相鄰原子平麵的相對位移小於一個原子距離。

密排六方（fāng）晶格（gé）金屬幾乎（hū）沒有滑移係，通常（cháng）以孿生方式（shì）變形。立方晶格（gé）金屬的孿晶變形隻（zhī）在低溫或衝擊下發生。麵心立方晶格金（jīn）屬一般沒有孿晶變形，但經常發（fā）現孿晶，這是相變過程中原子的（de）位錯造成的，稱為（wéi）退火孿晶。

多晶體的塑性變形特征

1.非同時性

多晶體變形時，隻有具有有利取向(取向（xiàng）因子最（zuì）大)的晶粒的滑移係才（cái）能首（shǒu）先開始。

2.協調（diào）

多晶體變形時，一個晶粒的變形（xíng）必須與相鄰晶粒的變形相協調，以避免晶粒間（jiān）的斷裂。多晶體的塑性變形是由每（měi）個晶粒的多（duō）係統滑移來協調的。

3.不均勻性

多晶體變形時，各晶粒的變形量不同，晶界強度高（gāo）於各晶粒內部，使得各晶粒內部變形不均（jun1）勻。

5金屬結（jié）構的塑性變形

和性能影響。

1.塑性變形對金屬結構的影響

1)形（xíng）成纖維組織

金屬（shǔ）塑性變形時，晶粒沿變形方向拉長，變形量大時變（biàn）成纖維狀條紋。

2)形成變形織構

隨著（zhe）變（biàn）形，晶體旋轉。當變形較大時，各晶粒的取向趨於一致。這種因（yīn）變（biàn）形而（ér）使晶（jīng）粒具有擇優取向的織構，稱（chēng）為變形織構。

3)子結（jié）構細化

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

4)晶格嚴重扭曲。

2.塑性變形對金屬性能的影響（xiǎng）

1)塑性變形對金屬機械性能的影響

由於纖維結構和形變織構的形成，金屬具有明顯的各向異性（xìng）。

隨著位錯（cuò）密度的增加（jiā），位錯運動過程中的相互傳遞加劇，產生位錯塞積群、切割台階和纏結網（wǎng）等障礙（ài），阻礙位錯的進（jìn）一步運動，增加變形抗力，提高金屬的（de）強（qiáng）度。

2)塑（sù）性變形對金屬物理化學性質的影響（xiǎng）

隨著塑性變形量的增加，金屬的（de）電導率、電阻溫度係數和熱導率降低，磁導率和飽（bǎo）和度降低（dī），矯（jiǎo）頑力增加，內能和化學活性增加，耐蝕性降低。

冷變形金屬的回複和再結晶

1.冷變形金屬加熱時組織和性能的變化。

冷變形後，金屬的顯微組織處於不（bú）穩定狀態，往往會（huì）自發恢複到穩（wěn）定（dìng）狀態。但在室溫下，原子擴散能（néng）力小，不（bú）穩（wěn）定狀態可（kě）以（yǐ）維持很長時間。加熱可以增加原子擴散能力，金（jīn）屬會依次恢複、再結晶、長大（dà）。

回（huí）複

當受到冷塑性變形的金屬被（bèi）加（jiā）熱時，在光學顯微組織發生（shēng）變（biàn）化之（zhī）前（qián）(即再結晶晶粒形成之前)某些亞結構和性能（néng）之間的變化過程稱為（wéi）回複。

回複階段點缺陷和位（wèi）錯遷（qiān）移引起的一些晶內變化。比如空位與（yǔ）其他缺陷合並（bìng），同一滑（huá）移麵上不同符號的（de）位錯（cuò）相遇合（hé）並，減少（shǎo）了缺陷的數量。

由於位錯運動，它由冷塑性變形時的無序狀態變為垂直分（fèn）布，形成亞晶界（jiè）。這個過程稱為多邊形形成。

在回收過程中，顆粒（lì）保持纖維狀，機械性能(硬度、強度等。)變化不（bú）大，塑性略有提（tí）高（gāo），宏觀內應力基本消除，但某些物理化學性能變化明顯，如電導率和抗應力腐蝕（shí）能力提（tí）高。

3.再結（jié）晶

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

再結（jié）晶是成核和生長的過程（chéng），但沒有（yǒu）新相形成。重（chóng）結晶發（fā）生在一個溫度範圍內。再結（jié）晶後，冷（lěng）變形金屬的強度和硬（yìng）度降低，塑性和韌性提高（gāo），微觀內應力完全消除（chú），金屬性能基本恢複到冷（lěng）變形（xíng）前的水平。

4.晶粒生（shēng）長（zhǎng）

當再結晶完成時，通常獲得細小的等軸晶粒結（jié）構。如果加熱溫（wēn）度持續升高或保溫時間延長，晶粒將進一步長大。