金屬材料的強化理論形變強化

01

變形強化現象

一

經過軋（zhá）製、衝（chōng）壓、彎曲等（děng）冷變（biàn）形後，金屬（shǔ）的強度（dù）和硬度增加，塑性降低。

02

單晶的塑性變形

1.單晶滑移塑性變形的基本模式

2.滑（huá）移係

滑（huá）動麵和該麵上的滑動方向構成滑動係統。

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，其塑性就越好。

3.滑動時晶體的旋轉

當晶體在拉力F的（de）作用下滑移時（shí），如果不受夾頭的限製，滑移麵和方向不變，拉伸時取向（xiàng）不變（biàn）。當存在卡盤限製時，為（wéi）了保持拉伸軸的方向不變，單晶的取向必須相（xiàng）對旋轉，即滑移麵（miàn）和滑移方（fāng）向發生變化。

4.多重滑移

當隻有一個滑移（yí）係開始時(單滑移係（xì）)，通常發生在密排六方結構的金屬中，滑移係很少。對於具（jù）有許多滑移係的晶體，初始滑移首（shǒu）先在最有利取向的滑移（yí）係中進行。而晶體旋轉的結果是（shì），其他滑移係中的切（qiē）削應力可能達到一個足以引起滑（huá）移的臨界值，所以滑移過程會在兩（liǎng）個（gè）或多個滑移係中同時或交替進行。

03

滑移的位錯機製

1.位錯運動和晶體滑移

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（jīng）體滑移並不（bú）是晶體的一部分相對於另（lìng）一部分的剛性運動，而是位錯（cuò）在剪（jiǎn）切應力作用下逐漸沿滑移麵移動（dòng）的結果。

當位錯線移動到晶體表麵時（shí），在表麵留下原子間距的滑移（yí）變（biàn）形。

2.滑動的機理。

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

3.位錯增殖

晶體塑性變形時，產生（shēng）大量的滑移（yí）帶（dài），需要大量的位錯。實（shí）際上，晶體中的位錯數量沒（méi）有減少，而是增加了（le），表明存（cún）在位錯增殖機製。

4.位錯的輸送和堵塞

多係統滑移時，不同滑移（yí）麵上的位（wèi）錯相遇形成切割（gē）台（tái）階(新的位錯線)，一方麵增加了位錯線的（de）長度，另一方麵可能形（xíng）成難以移動的固定切割台（tái）階，成為後續（xù）位錯運動的障礙。

位錯在剪切應力（lì）下運動（dòng）時，如果遇到固定位錯（cuò）、雜質顆粒、晶界等障礙。，前導位錯將被阻擋在障礙物前（qián）方，後續位錯將（jiāng）被堵塞，形成位錯平麵堵塞群（qún），在障礙物前端形（xíng）成高應力集中。

4.剪切和孿晶

它是孿晶的一部分相對於另一部分沿某一晶麵(稱（chēng）為（wéi）孿晶麵)產生（shēng）一定角度（dù）的均勻剪切過程。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（gǎi）變孿晶的取向（xiàng）；

所需剪應力（lì）遠大於滑移，變形速度接近音速。

相鄰原子平麵的相對位移（yí）小於一個原子距離。

密排六方（fāng）晶格金（jīn）屬幾乎沒有滑移係，通常以孿生方（fāng）式變形。

立方晶格金屬的孿（luán）晶變形（xíng）隻在低溫或衝擊下發生。

麵心立（lì）方晶（jīng）格金屬一般不發（fā）生孿晶變形，但經常（cháng）發現孿（luán）晶，這是相變過程中原子（zǐ）的位錯造成的，稱為退火孿晶（jīng）。

04

多晶體塑性變形的特征

一

非同步（bù）性

多晶體變形時，隻有具有（yǒu）有（yǒu）利取向（xiàng）(取向因子最大)的晶粒的滑移係才能首先開始。

2

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

三

異質性

多（duō）晶體變形時，各晶粒的變形量不同，晶界強度高於各（gè）晶粒內部，使（shǐ）得各晶粒內部變形不均勻。

05

塑性變形對金屬組織和性能的影響

一個

塑性變形對金屬結構的影響

1)形成纖維組織

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

2)形成變形織構（gòu）

隨著變形，晶體（tǐ）旋轉。當（dāng）變形較大時，每個晶粒的取向（xiàng）將（jiāng）是一致的。這種因變形而使晶粒具有擇優取向的織構稱為變形織構。

3)子結構細化

冷變（biàn）形會增加晶粒中的位錯密度。隨著（zhe）變形（xíng）量的增加，位錯相互纏繞，在晶粒中形成胞狀亞結構。

4)晶格嚴（yán）重扭曲。

2

塑（sù）性變形對（duì）金屬（shǔ）性能的影響

1)塑性變形（xíng）對金（jīn）屬機械性能的影響（xiǎng）

由於纖維結構和形變織構的（de）形成，金屬具有明顯的各（gè）向異性。

隨著位錯密度的增加，位錯（cuò）運動過程（chéng）中的相（xiàng）互傳遞（dì）加劇，產生位錯塞積群（qún）、切割台階和纏結網等障礙，阻礙（ài）位錯的進（jìn）一步運動（dòng），增加變形抗力，提高金屬的強度。

2)塑性變形（xíng）對金屬物理化學性質的影響

隨著塑性變形量（liàng）的增加，金屬的電（diàn）導率、電阻溫度係數和熱導率降低，磁導率和飽和（hé）度降低，矯頑力增加，內能和化學活性（xìng）增加，耐蝕性降（jiàng）低。

06

變形金屬的恢複和再結（jié）晶

一（yī）

冷（lěng）變形金屬在加熱過程（chéng）中組織和性能的變化

冷變形後，金屬的（de）顯（xiǎn）微組織處於不穩定狀態，往往會自發恢複（fù）到（dào）穩定狀態。但在室溫下，原子擴散能力小，不穩定狀態可（kě）以維持很長時間（jiān）。加熱可以增加原子擴散能力，金屬會依次恢複、再結晶、長大。

2

回答（dá）

當受到冷（lěng）塑性變形的金（jīn）屬被加熱時，在光學顯微組織發生變化之前(即再結晶（jīng）晶粒形成之（zhī）前)某些亞結（jié）構和性能之間的變化過程稱（chēng）為回複。

回複階段點缺陷和位（wèi）錯遷（qiān）移引起的一些晶內變化。比如空位與其他缺陷合並，同一滑移麵上不同符號（hào）的位錯相遇合並（bìng），減少了缺陷的數量。

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

在（zài）回收過程中，顆粒（lì）保持纖維狀，機械性能(硬度、強度等。)變化不大，塑（sù）性略有提（tí）高（gāo），宏觀內應力基（jī）本消除，但某些物理化學性能（néng）變化明顯，如電導率和抗應力腐蝕能力提高。

三

再結晶

當冷變形金屬的（de）加熱溫度（dù）較高時，變形組織（zhī）的基體上產生新的未畸變（biàn）的（de）晶核，並迅（xùn）速長大為等軸晶粒。

再結晶是成（chéng）核和生長的過程，但沒有新相形成。重結晶發生在一個溫度範（fàn）圍內。

再結晶後，冷（lěng）變形金屬的強度和硬度降低，塑性和韌性提高，微觀內應力完全消除，金屬性能基本恢複（fù）到（dào）冷變形前（qián）的水平。

四

晶粒生（shēng）長

當再結晶完成時（shí），通常獲得細小的等軸晶粒結構。如（rú）果加熱溫（wēn）度持續升高（gāo）或保溫時間延長，晶粒將進一步長（zhǎng）大。