第2章_金屬塑性變形的物理基礎

1、v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎主要內容主要內容： 第一節(jié)第一節(jié) 金屬冷態(tài)下的塑性變形金屬冷態(tài)下的塑性變形 第二節(jié)第二節(jié) 金屬熱態(tài)下的塑性變形金屬熱態(tài)下的塑性變形 第三節(jié)第三節(jié) 金屬的超塑性金屬的超塑性 第四節(jié)第四節(jié) 金屬在塑性加工過程中的塑性行為金屬在塑性加工過程中的塑性行為v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎v晶體晶體：固體物質中原子呈周期性有規(guī)則的固體物質中原子呈周期性有規(guī)則的排列的物質排列的物質v空間點陣空間點陣：原子在晶體所占的空間內按照原子在晶體所占的空間內按照一定的幾何規(guī)律作周期性的排列一定的幾何規(guī)律作周期性的排列v晶格晶格：為了描

2、述晶體內原子排列的狀況，為了描述晶體內原子排列的狀況，常以一些直線將晶體中各原子的中心連接常以一些直線將晶體中各原子的中心連接起來使之構成一空間格子起來使之構成一空間格子v晶胞晶胞：從晶格中選取一個能反映晶格特征從晶格中選取一個能反映晶格特征的最小幾何單元來分析晶體中的原子排列的最小幾何單元來分析晶體中的原子排列規(guī)律，這一最小的幾何單元稱為晶胞規(guī)律，這一最小的幾何單元稱為晶胞v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎典型的晶胞結構典型的晶胞結構面心立方面心立方 典型金屬典型金屬AlAl、CuCu、AgAg、NiNi、-Fe-Fev第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的

3、物理基礎體心立方體心立方 典型金屬典型金屬-Fe-Fe、-Ti-Ti、CrCr、WW、V V 、MoMo典型的晶胞結構典型的晶胞結構v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎密排六方密排六方 典型金屬典型金屬-Ti-Ti、-Co-Co、BeBe、MgMg、ZnZn典型的晶胞結構典型的晶胞結構v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎三種晶胞的晶體結構三種晶胞的晶體結構v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎實際金屬的晶體結構實際金屬的晶體結構v單晶體單晶體: :各方向上的原子密度不同各方向上的原子密度不同各向各向異性異性v多晶體多晶體: :晶粒

4、方向性互相抵消晶粒方向性互相抵消各向同性各向同性v塑性成形所用的金屬材料絕大多數(shù)為多晶塑性成形所用的金屬材料絕大多數(shù)為多晶體，其變形過程比單晶體復雜的多。體，其變形過程比單晶體復雜的多。一一 塑性變形機理塑性變形機理v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎多晶體的塑性變形方式多晶體的塑性變形方式晶內變形晶內變形晶間變形晶間變形滑移滑移孿生孿生滑動滑動轉動轉動以晶內變形為主，晶間變形對晶內變形起協(xié)調作用。以晶內變形為主，晶間變形對晶內變形起協(xié)調作用。多晶體塑性變形的分類多晶體塑性變形的分類v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎主要方式主要方式：滑移：滑移：晶

5、體在力的作用下，晶體的一部分沿一晶體在力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于晶體的另一部分發(fā)生的相定的晶面和晶向相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對移動或切變對移動或切變孿生：孿生：晶體在切應力作用下，晶體的一部分沿晶體在切應力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面（著一定的晶面（孿生面孿生面）和一定的晶向（）和一定的晶向（孿孿生方向生方向）發(fā)生均勻切變）發(fā)生均勻切變1. 1. 晶內變形晶內變形v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎滑移面示意圖滑移面示意圖v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎 所謂滑移，所謂滑移，是指晶體（單晶體或構成多晶體是指晶體（單

6、晶體或構成多晶體中的一個晶粒）在力的作用下，晶體的一部中的一個晶粒）在力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向，相對于晶體的另一分沿一定的晶面和晶向，相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對移動或切變部分發(fā)生的相對移動或切變。 這些晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向。這些晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向。 滑移面和滑移方向的組合稱為滑移系（滑移滑移面和滑移方向的組合稱為滑移系（滑移系的存在只說明金屬晶體長生滑移的可能性系的存在只說明金屬晶體長生滑移的可能性）滑移的定義滑移的定義v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎滑移面、滑移方向和滑移系滑移面、滑移方向和滑移系v第第2章章 金屬

7、塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎 一般地說，滑移總是沿著原子密度最大一般地說，滑移總是沿著原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生，沿原子排列最密集的晶面和晶向發(fā)生，沿原子排列最密集的方向滑移阻力最小，最容易成為滑移的方向滑移阻力最小，最容易成為滑移方向。方向。 滑移系多的金屬要比滑移系少的金屬，滑移系多的金屬要比滑移系少的金屬，變形協(xié)調性好、塑性高。變形協(xié)調性好、塑性高。 滑移面對溫度具有敏感性：滑移面對溫度具有敏感性：溫度升高，溫度升高，金屬出現(xiàn)新的滑移系，塑性相應的提高金屬出現(xiàn)新的滑移系，塑性相應的提高。滑移面、滑移方向滑移面、滑移方向v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基

8、礎晶體進入塑性時，在滑晶體進入塑性時，在滑移面上，移面上，沿滑移方向的沿滑移方向的切應力切應力稱為臨界切應力稱為臨界切應力滑移時的滑移時的臨界切應力臨界切應力v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎 臨界切應力的大小，取決于臨界切應力的大小，取決于金屬的類型、金屬的類型、純度、晶體結構的完整性、變形溫度、純度、晶體結構的完整性、變形溫度、應變速率、和預先變形程度應變速率、和預先變形程度等因素。等因素。 滑移系上所受的切應力分量取決于取向滑移系上所受的切應力分量取決于取向因子因子臨界切應力臨界切應力v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎 令令=coscosc

9、oscos，稱為取向因子。，稱為取向因子。 若若=45=45，則，則=maxmax=0.5=0.5，=maxmax=/2=/2。此意味著該滑移系處于最。此意味著該滑移系處于最佳取向，其上的切應力分量最有利于優(yōu)先達佳取向，其上的切應力分量最有利于優(yōu)先達到臨界值而發(fā)生滑移，這種取向稱為軟取向；到臨界值而發(fā)生滑移，這種取向稱為軟取向； 而當而當=90=90，=0=0或或=0=0，=90=90時，時，=0=0此時無論此時無論多大，滑多大，滑移的驅動力恒等于零，處于此取向的滑移系移的驅動力恒等于零，處于此取向的滑移系不能發(fā)生滑移，這種取向稱為硬取向。不能發(fā)生滑移，這種取向稱為硬取向?；茣r晶體的取向滑移

10、時晶體的取向v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎 晶體在滑移過程中，由于受到外界晶體在滑移過程中，由于受到外界的約束作用會發(fā)生轉動的約束作用會發(fā)生轉動 就單晶體拉伸變形來說，滑移面會就單晶體拉伸變形來說，滑移面會力圖向拉力方向轉動而滑移方向則力圖向拉力方向轉動而滑移方向則力圖向最大切應力分量方向轉動力圖向最大切應力分量方向轉動 對于多晶體，晶粒被拉長的同時，對于多晶體，晶粒被拉長的同時，滑移面和滑移方向也朝一定方向轉滑移面和滑移方向也朝一定方向轉動，各晶粒調整其方位而趨于一致動，各晶粒調整其方位而趨于一致滑移時晶體的轉動滑移時晶體的轉動v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎

11、金屬塑性變形的物理基礎v19261926，弗蘭克爾，估算了晶體的剪切強度：，弗蘭克爾，估算了晶體的剪切強度：v假設：理想晶體兩排原子相距為假設：理想晶體兩排原子相距為a a，同排原子間，同排原子間距為距為b b。原子在平衡位置時，能量處于最低的位。原子在平衡位置時，能量處于最低的位置。在外力置。在外力 作用下，原子偏離平衡位置時，能量作用下，原子偏離平衡位置時，能量上升，原子能量隨位置的變化為一余弦函數(shù)。上升，原子能量隨位置的變化為一余弦函數(shù)。v通過計算晶體的臨界剪切應力，并與實際的臨界通過計算晶體的臨界剪切應力，并與實際的臨界剪切應力進行比較，人們發(fā)現(xiàn)，理論計算的剪切剪切應力進行比較，人們發(fā)

12、現(xiàn)，理論計算的剪切強度比實驗所得到的剪切強度要高一千倍以上。強度比實驗所得到的剪切強度要高一千倍以上。位錯理論位錯理論v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯理論位錯理論v為了解釋這種理論值和實際值的差別，為了解釋這種理論值和實際值的差別，19341934年泰年泰勒（勒（G.I.TaylorG.I.Taylor）、奧羅萬（）、奧羅萬（E.OrowanE.Orowan）、和波蘭）、和波蘭伊（伊（M.PolanyiM.Polanyi）幾乎在同一時間內，分別提出了）幾乎在同一時間內，分別提出了位錯假設。他們認為在晶體內存在著一種線缺陷，位錯假設。他們認為在晶體內存在著一種線缺陷

13、，它在剪切應力下更容易滑移，并引起塑性變形。它在剪切應力下更容易滑移，并引起塑性變形。隨著實驗手段的不斷發(fā)展，越來越多的事實證明隨著實驗手段的不斷發(fā)展，越來越多的事實證明了位錯的存在，形成了一種位錯理論。在隨后的了位錯的存在，形成了一種位錯理論。在隨后的幾十年中，這種位錯理論在金屬塑性變形的微觀幾十年中，這種位錯理論在金屬塑性變形的微觀研究上獲得了很大發(fā)展。研究上獲得了很大發(fā)展。v位錯理論的發(fā)展也促進了晶界理論、晶體缺陷等位錯理論的發(fā)展也促進了晶界理論、晶體缺陷等理論的發(fā)展。理論的發(fā)展。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯的運動示意位錯的運動示意位錯的運動就像毛蟲爬行

14、一樣，是局部區(qū)域先滑移，位錯的運動就像毛蟲爬行一樣，是局部區(qū)域先滑移，并逐步擴大，而不是理想的剛性滑動并逐步擴大，而不是理想的剛性滑動v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯運動的演示位錯運動的演示v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎柏氏矢量柏氏矢量（聯(lián)系（聯(lián)系材料科學基礎材料科學基礎）刃形位錯的柏氏矢量與位錯線垂直刃形位錯的柏氏矢量與位錯線垂直螺形位錯的柏氏矢量與位錯線平行螺形位錯的柏氏矢量與位錯線平行v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎刃形位錯的柏氏矢量刃形位錯的柏氏矢量v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理

15、基礎位錯的運動位錯的運動 滑移滑移 攀移：攀移：正攀移、負攀移正攀移、負攀移刃形位錯刃形位錯螺形位錯螺形位錯v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯的滑移位錯的滑移-刃形位錯刃形位錯一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體時，一個刃型位錯沿滑移面滑過整個晶體時，就會在晶體表面產(chǎn)生寬度為一個柏氏矢就會在晶體表面產(chǎn)生寬度為一個柏氏矢量的臺階量的臺階v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯的滑移位錯的滑移-刃形位錯刃形位錯 刃型位錯的移動方向與位錯線相互刃型位錯的移動方向與位錯線相互垂直垂直 位錯滑移的結果是位錯滑移的結果是在晶體表面形成在晶體表面形成一個寬度為柏

16、氏矢量的臺階一個寬度為柏氏矢量的臺階v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯的滑移位錯的滑移-刃形位錯刃形位錯 螺型位錯滑移過整個晶體后，也在晶體螺型位錯滑移過整個晶體后，也在晶體表面形成一個寬度為表面形成一個寬度為柏氏矢量的臺階柏氏矢量的臺階。 位錯移動的方向與柏氏矢量垂直，即位錯移動的方向與柏氏矢量垂直，即與與位錯線垂直位錯線垂直v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯的攀移位錯的攀移 螺型位錯無攀移螺型位錯無攀移 正攀移正攀移正刃型位錯位錯線上移正刃型位錯位錯線上移 負刃型位錯位錯線下移負刃型位錯位錯線下移v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金

17、屬塑性變形的物理基礎位錯的交割位錯的交割 兩根刃型位錯線都在各自的滑移面上移動，兩根刃型位錯線都在各自的滑移面上移動，則在相遇后交截分別形成各界，形成割階則在相遇后交截分別形成各界，形成割階后仍分別在各自的平面內運動。后仍分別在各自的平面內運動。 刃型位錯和螺型位錯交割時，在各自的位刃型位錯和螺型位錯交割時，在各自的位錯線上形成刃型割階，位錯線也能繼續(xù)滑錯線上形成刃型割階，位錯線也能繼續(xù)滑移。移。 螺型位錯和螺型位錯交割時，相交后形成螺型位錯和螺型位錯交割時，相交后形成的兩個割階被釘住而不能移動，只能通過的兩個割階被釘住而不能移動，只能通過攀移才能使割階移動。攀移才能使割階移動。v第第2章章

18、金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎交滑移交滑移 對于螺型位錯，所有包含位錯線的晶面都對于螺型位錯，所有包含位錯線的晶面都可能成為滑移面。可能成為滑移面。 交滑移交滑移：螺形位錯的柏氏矢量具有一定的：螺形位錯的柏氏矢量具有一定的靈活性，當滑移受阻是，可離開原滑移面靈活性，當滑移受阻是，可離開原滑移面而沿另一晶面繼續(xù)移動而沿另一晶面繼續(xù)移動 雙交滑移雙交滑移：發(fā)生交滑移的位錯，滑移再次：發(fā)生交滑移的位錯，滑移再次受阻，而轉到與第一次的滑移面平行的的受阻，而轉到與第一次的滑移面平行的的晶面繼續(xù)滑移晶面繼續(xù)滑移 刃型位錯不可能產(chǎn)生交滑移刃型位錯不可能產(chǎn)生交滑移v第第2章章 金屬塑性變形的物理

19、基礎金屬塑性變形的物理基礎位錯塞積位錯塞積 當運動位錯遇上障礙物時，若外加應力不當運動位錯遇上障礙物時，若外加應力不夠大，就被阻止在障礙物前，構成位錯塞夠大，就被阻止在障礙物前，構成位錯塞積積 要使塞積位錯群越過障礙物繼續(xù)滑移，必要使塞積位錯群越過障礙物繼續(xù)滑移，必須增大外應力，這是加工硬化的原因之一。須增大外應力，這是加工硬化的原因之一。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎孿生孿生 孿生孿生是單晶體是單晶體塑性變形的另塑性變形的另一種方式。孿一種方式。孿生是以晶體中生是以晶體中的一定的晶面的一定的晶面（稱為孿晶面）（稱為孿晶面）沿著一定的晶沿著一定的晶向（孿生方向）向（

20、孿生方向）移動而發(fā)生的。移動而發(fā)生的。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎孿生孿生 在常溫下，大多數(shù)體心立方金屬滑移的在常溫下，大多數(shù)體心立方金屬滑移的臨界切應力小于孿生，故滑移是優(yōu)先的臨界切應力小于孿生，故滑移是優(yōu)先的變形方式；在變形方式；在很低的溫度下很低的溫度下則相反，孿則相反，孿生才能發(fā)生生才能發(fā)生 對于面心立方金屬，孿生的臨界切應力對于面心立方金屬，孿生的臨界切應力比滑移大，一般不發(fā)生孿生比滑移大，一般不發(fā)生孿生;在極低的溫在極低的溫度下或高速沖擊載荷下，孿生才有可能度下或高速沖擊載荷下，孿生才有可能發(fā)生發(fā)生 密排六方金屬由于滑移系少，滑移難以密排六方金屬由于滑

21、移系少，滑移難以進行，進行，主要靠孿生方式變形主要靠孿生方式變形滑移與孿生滑移與孿生有什么異同有什么異同點？點？v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎2、晶間變形、晶間變形晶間變形的主要方式是晶間變形的主要方式是晶粒之間的相互滑動和轉動晶粒之間的相互滑動和轉動晶粒之間的滑動和轉動晶粒之間的滑動和轉動v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎晶間變形晶間變形 晶間變形不能簡單的看成是經(jīng)接觸的相晶間變形不能簡單的看成是經(jīng)接觸的相對機械滑動，而是對機械滑動，而是晶界附近具有一定厚晶界附近具有一定厚度的區(qū)域內發(fā)生應變的結果度的區(qū)域內發(fā)生應變的結果。 在冷態(tài)變形條件下

22、，多晶體的塑性變形在冷態(tài)變形條件下，多晶體的塑性變形主要是晶內變形，晶間變形知其次要的主要是晶內變形，晶間變形知其次要的作用，而且需要其他的機制相協(xié)調。作用，而且需要其他的機制相協(xié)調。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎二、塑性成形的特點二、塑性成形的特點v受晶界和晶粒位向的影響較大受晶界和晶粒位向的影響較大 多晶體塑性變形的抗力比單晶體高；多晶體塑性變形的抗力比單晶體高； 多晶體內晶粒越細，晶界總面積就越大，金屬強度越高，多晶體內晶粒越細，晶界總面積就越大，金屬強度越高，塑性越好。塑性越好。v多晶體變形不均勻性多晶體變形不均勻性 晶粒受位向和晶界的約束，變形先后不一致，

23、導致變形晶粒受位向和晶界的約束，變形先后不一致，導致變形不均勻。不均勻。 由于變形不均勻，晶粒內部和晶粒之間存在不同的內應由于變形不均勻，晶粒內部和晶粒之間存在不同的內應力，變形結束后不會消失，構成殘余應力。力，變形結束后不會消失，構成殘余應力。v綜上，綜上，即塑性變形具有不同時性，相互協(xié)調性以及不均即塑性變形具有不同時性，相互協(xié)調性以及不均勻勻 性。性。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影響響 晶粒越細小，金屬屈服強度越大晶粒越細小，金屬屈服強度越大 晶粒越小，金屬塑性越好晶粒越小，金屬塑性越好 晶粒細化對

24、提高塑性成形件的表面質量晶粒細化對提高塑性成形件的表面質量有利有利v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎三、合金的塑性變形三、合金的塑性變形v合金的相結構有兩大類：合金的相結構有兩大類：固溶體固溶體（如鋼中（如鋼中的鐵素體、銅鋅合金中的的鐵素體、銅鋅合金中的 相相）和）和化合物化合物（如鋼中的（如鋼中的FeFe3 3C C、銅鋅合金中的、銅鋅合金中的 相相）v常見的合金組織：常見的合金組織：單相固溶體合金、兩相單相固溶體合金、兩相或多相合金或多相合金v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 固溶強化固溶強化：

25、異類原子以置換或間隙方式溶入基：異類原子以置換或間隙方式溶入基體合金，對金屬的變形行為產(chǎn)生影響，使變形體合金，對金屬的變形行為產(chǎn)生影響，使變形抗力和加工硬化率有所提高，塑性有所下降的抗力和加工硬化率有所提高，塑性有所下降的現(xiàn)象現(xiàn)象 應變時效應變時效：應變力作用下，材料的組織性能隨：應變力作用下，材料的組織性能隨時間發(fā)生變化。當退火狀態(tài)的低碳鋼試樣拉伸時間發(fā)生變化。當退火狀態(tài)的低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點發(fā)生少量塑性變形后卸載，然后到超過屈服點發(fā)生少量塑性變形后卸載，然后立即重新加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出立即重新加載拉伸，則可見其拉伸曲線不再出現(xiàn)屈服點，此時試樣不會再發(fā)生屈服現(xiàn)象。如現(xiàn)屈服點

26、，此時試樣不會再發(fā)生屈服現(xiàn)象。如果將預變性試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)果將預變性試樣在常溫下放置幾天或經(jīng)200左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復出左右短時加熱后再行拉伸，則屈服現(xiàn)象又復出現(xiàn)，且屈服應力進一步提高?，F(xiàn)，且屈服應力進一步提高。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎多相合金的塑性變形多相合金的塑性變形按照第二相粒子的尺寸大小按照第二相粒子的尺寸大小 ，可將其分為，可將其分為 聚合型兩相合金聚合型兩相合金：第二相粒子的尺寸與：第二相粒子的尺寸與基體相晶粒尺寸屬于同一數(shù)量級基體相晶粒尺寸屬于同一數(shù)量級 彌散分布型兩相合金彌散分布型兩相合金：第二相粒子十分：第二相粒子十

27、分微小，并彌散地分布在基體晶粒內微小，并彌散地分布在基體晶粒內v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎聚合型兩相合金的塑性變形聚合型兩相合金的塑性變形此類合金并非都因第二相而產(chǎn)生強化，只此類合金并非都因第二相而產(chǎn)生強化，只有第有第二相較強時，合金才能得到強化二相較強時，合金才能得到強化 滑移首先發(fā)生于較弱相中滑移首先發(fā)生于較弱相中 較強相數(shù)量很少，變形基本在較弱相中較強相數(shù)量很少，變形基本在較弱相中進行進行 較強相體積分數(shù)達到較強相體積分數(shù)達到30%，兩相以接近，兩相以接近于相等的應變發(fā)生變形于相等的應變發(fā)生變形 較強相體積分數(shù)高于較強相體積分數(shù)高于70%，該相變?yōu)榛?，該相?/p>

28、為基體相體相v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎彌散型兩相合金的塑性變形彌散型兩相合金的塑性變形當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨數(shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相體相中時，將產(chǎn)生顯著的硬化現(xiàn)象中時，將產(chǎn)生顯著的硬化現(xiàn)象沉淀強化（時效強化沉淀強化（時效強化）：第二相微粒是）：第二相微粒是通過對過飽和固溶體的時效處理而沉淀通過對過飽和固溶體的時效處理而沉淀析出并產(chǎn)生強化析出并產(chǎn)生強化彌散強化彌散強化：第二相微粒是借助粉末冶金：第二相微粒是借助粉末冶金方法加入而起強化作用方法加入而起強化作用v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎四、冷變形對金屬組織

29、和性能的四、冷變形對金屬組織和性能的影響影響（一）（一） 組織的變化組織的變化 晶粒形狀的變化晶粒形狀的變化：金屬經(jīng)冷加工變形后，其晶：金屬經(jīng)冷加工變形后，其晶粒形狀發(fā)生變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變粒形狀發(fā)生變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變形一致。形一致。 晶粒內產(chǎn)生亞晶晶粒內產(chǎn)生亞晶 晶粒位相改變晶粒位相改變（變形織構：多晶體中原為任意（變形織構：多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調整其取向而彼此趨取向的各個晶粒，會逐漸調整其取向而彼此趨于一致。這種由于塑性變形的結果而使晶粒具于一致。這種由于塑性變形的結果而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織）有擇優(yōu)取向的組織） 拉拔時產(chǎn)生絲織構，軋制時產(chǎn)生板織構

30、（變形拉拔時產(chǎn)生絲織構，軋制時產(chǎn)生板織構（變形織構經(jīng)退火后和各向異性仍然存在）織構經(jīng)退火后和各向異性仍然存在）v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎冷變形對金屬組織和性能的影冷變形對金屬組織和性能的影響響(二二) 性能的變化性能的變化 加工硬化：隨變形程度的增加工硬化：隨變形程度的增加，金屬強度、硬度增加，加，金屬強度、硬度增加，而塑性韌性降低的現(xiàn)象，稱而塑性韌性降低的現(xiàn)象，稱為加工硬化。為加工硬化。 加工硬化在金屬的塑性成形加工硬化在金屬的塑性成形加工中，會使變形力顯著增加工中，會使變形力顯著增加，對成形工件和模具都有加，對成形工件和模具都有一定的損害作用；但利用金一定的

31、損害作用；但利用金屬加工硬化的性質，對材料屬加工硬化的性質，對材料進行預處理，會使其力學性進行預處理，會使其力學性能提高能提高v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎第二節(jié)第二節(jié) 金屬熱態(tài)下的塑性變形金屬熱態(tài)下的塑性變形 熱塑性變形的定義熱塑性變形的定義：從金屬學的角度看，再結：從金屬學的角度看，再結晶溫度以上進行的塑性變形，稱為熱塑性變形晶溫度以上進行的塑性變形，稱為熱塑性變形或熱塑性加工?；驘崴苄约庸?。 在熱塑性變形過程中，回復、再結晶與加工硬化在熱塑性變形過程中，回復、再結晶與加工硬化同時發(fā)生，加工硬化不斷被回復或再結晶所抵消，同時發(fā)生，加工硬化不斷被回復或再結晶所抵消

32、，而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。 在實際的金屬中，并不像理想金屬晶體中那樣，在實際的金屬中，并不像理想金屬晶體中那樣，原子與原子緊密排列而是存在很多缺陷：原子與原子緊密排列而是存在很多缺陷： 包括包括點缺陷、線缺陷和面缺陷點缺陷、線缺陷和面缺陷v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎點缺陷點缺陷點缺陷包括：點缺陷包括：空位、間隙原子和異類原子空位、間隙原子和異類原子間隙原子間隙原子空位空位置換間置換間隙原子隙原子異類間隙異類間隙原子原子v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎線缺陷線缺陷位錯是晶體中的線缺

33、陷，包括：韌性位錯、位錯是晶體中的線缺陷，包括：韌性位錯、螺形位錯、混合位錯螺形位錯、混合位錯螺形位錯混合位錯v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎面缺陷面缺陷面缺陷是指二維缺陷，包括：堆垛層錯、晶界面缺陷是指二維缺陷，包括：堆垛層錯、晶界和亞晶界和亞晶界 堆垛層錯（堆垛層錯（stacking fault） 抽出型層錯抽出型層錯 插入型層錯插入型層錯如面心立方：如面心立方：ABCA（B）CABC 抽出抽出ABC（B）ABCABC 插入插入v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎晶界晶界一般分為小角度晶界（一般分為小角度晶界（101010 ）晶界上的原子平均

34、能量高于晶界上的原子平均能量高于晶內原子，高出的能量晶內原子，高出的能量稱為晶界能。稱為晶界能。小角度晶界v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎晶界晶界亞晶界亞晶界扭轉晶界扭轉晶界v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎一、熱塑性變形時的軟化過程一、熱塑性變形時的軟化過程熱塑性變形時的軟化過程比較復雜。按熱塑性變形時的軟化過程比較復雜。按其性質可分為以下幾種：動態(tài)回復，動其性質可分為以下幾種：動態(tài)回復，動態(tài)再結晶，靜態(tài)回復，靜態(tài)再結晶，亞態(tài)再結晶，靜態(tài)回復，靜態(tài)再結晶，亞動態(tài)再結晶等。動態(tài)再結晶等。動態(tài)回復和動態(tài)再結晶是在熱塑性變形動態(tài)回復和動態(tài)再結晶是在

35、熱塑性變形過程中發(fā)生的；而靜態(tài)回復、靜態(tài)再結過程中發(fā)生的；而靜態(tài)回復、靜態(tài)再結晶和亞動態(tài)再結晶則是在熱變形的間歇晶和亞動態(tài)再結晶則是在熱變形的間歇期間或熱變形后，利用金屬的高溫余熱期間或熱變形后，利用金屬的高溫余熱進行的。進行的。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎熱塑性變形時的軟化過程熱塑性變形時的軟化過程 高層錯能金屬在熱軋變形程度較小高層錯能金屬在熱軋變形程度較小(50)時，時，只發(fā)生動態(tài)回復，隨后發(fā)生靜態(tài)回復；低層錯只發(fā)生動態(tài)回復，隨后發(fā)生靜態(tài)回復；低層錯能金屬在熱軋變形程能金屬在熱軋變形程 度較小度較小(50)時，只時，只 發(fā)生動態(tài)回復，隨后發(fā)生動態(tài)回復，隨后

36、發(fā)生靜態(tài)回復和靜態(tài)發(fā)生靜態(tài)回復和靜態(tài) 再結晶再結晶v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎熱塑性變形時的軟化過程熱塑性變形時的軟化過程 高層錯能金屬在熱擠壓變形程度很大高層錯能金屬在熱擠壓變形程度很大(99)時，時，發(fā)生動態(tài)回復，出?？缀蟀l(fā)生靜態(tài)回復和靜態(tài)發(fā)生動態(tài)回復，出?？缀蟀l(fā)生靜態(tài)回復和靜態(tài)再結晶；低再結晶；低 層錯能金屬在熱擠層錯能金屬在熱擠 壓變形程度很大壓變形程度很大 (99) 時，發(fā)生動時，發(fā)生動 態(tài)再結晶，出?？讘B(tài)再結晶，出?？?后發(fā)生亞動態(tài)再結后發(fā)生亞動態(tài)再結 晶晶v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎（一）（一） 靜態(tài)回復和再結晶靜態(tài)回復

37、和再結晶 靜態(tài)回復：靜態(tài)回復：金屬在塑性變形期間所吸收金屬在塑性變形期間所吸收的機械能，大部分用來改變金屬的形狀的機械能，大部分用來改變金屬的形狀和變?yōu)闊崮芏⑹У?。大約有和變?yōu)闊崮芏⑹У簟４蠹s有110110的的能量以各種能的形式儲存在金屬中使金能量以各種能的形式儲存在金屬中使金屬的內能升高，處于熱力學上的不穩(wěn)定屬的內能升高，處于熱力學上的不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)向穩(wěn)定狀態(tài)轉變的趨勢。狀態(tài)，有自發(fā)向穩(wěn)定狀態(tài)轉變的趨勢。當溫度升高時，由于原子動能的增加，當溫度升高時，由于原子動能的增加，就產(chǎn)生向穩(wěn)定狀態(tài)的轉變，降低了儲蓄就產(chǎn)生向穩(wěn)定狀態(tài)的轉變，降低了儲蓄能。能。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金

38、屬塑性變形的物理基礎回復回復 低溫回復（低溫回復（0.10.3Tm）時，回復的主要）時，回復的主要機理是空位的移動和空位與其他缺陷的機理是空位的移動和空位與其他缺陷的結合結合 中溫回復（中溫回復（0.3 0.5Tm）時，除了上述的）時，除了上述的點缺陷運動外，還包括位錯發(fā)團內部的點缺陷運動外，還包括位錯發(fā)團內部的重新組合或調整、位錯的滑移和異號位重新組合或調整、位錯的滑移和異號位錯的互毀錯的互毀 高溫回復（大于高溫回復（大于0.5Tm小于再結晶溫度）小于再結晶溫度）時，則進而出現(xiàn)位錯的攀移、亞晶的合時，則進而出現(xiàn)位錯的攀移、亞晶的合并和多邊形化并和多邊形化v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金

39、屬塑性變形的物理基礎靜態(tài)回復和再結晶靜態(tài)回復和再結晶 （靜態(tài)）再結晶：（靜態(tài)）再結晶：當變形金屬加熱至當變形金屬加熱至較高溫度時，將形較高溫度時，將形成一些位錯密度很成一些位錯密度很低的新晶粒，這些低的新晶粒，這些新晶粒不斷增加和新晶粒不斷增加和擴大，逐漸全部取擴大，逐漸全部取代己變形的高位錯代己變形的高位錯密度的晶粒的過程密度的晶粒的過程v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎靜態(tài)再結晶靜態(tài)再結晶 再結晶后，金屬強度、硬度顯著下降，再結晶后，金屬強度、硬度顯著下降，塑性、韌性提高，內應力和加工硬化塑性、韌性提高，內應力和加工硬化完全消除。完全消除。 再結晶溫度：經(jīng)過再結晶溫

40、度：經(jīng)過70以上大變形量的以上大變形量的金屬，在均勻溫度中保持一小時能完全金屬，在均勻溫度中保持一小時能完全再結晶的最低溫度。再結晶的最低溫度。 影響再結晶的因素：溫度、保溫時間、影響再結晶的因素：溫度、保溫時間、變形程度、原始晶粒尺寸和金屬的化學變形程度、原始晶粒尺寸和金屬的化學成分等成分等v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎動態(tài)回復動態(tài)回復 動態(tài)回復是在熱塑性變形過程中發(fā)生的動態(tài)回復是在熱塑性變形過程中發(fā)生的回復回復 金屬即使在遠高于靜態(tài)再結晶溫度下塑金屬即使在遠高于靜態(tài)再結晶溫度下塑性加工時，一般也只發(fā)生動態(tài)回復性加工時，一般也只發(fā)生動態(tài)回復 動態(tài)回復在熱塑性變形的

41、軟化過程中占動態(tài)回復在熱塑性變形的軟化過程中占有很重要的作用，是高層錯能金屬熱變有很重要的作用，是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機制形過程中唯一的軟化機制 動態(tài)回復主要是通過位錯的攀移、交滑動態(tài)回復主要是通過位錯的攀移、交滑移等來完成移等來完成v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎動態(tài)再結晶動態(tài)再結晶 動態(tài)再結晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生動態(tài)再結晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的結晶的結晶 動態(tài)再結晶容易發(fā)生在層錯能較低的金動態(tài)再結晶容易發(fā)生在層錯能較低的金屬，且當熱加工變形量很大時屬，且當熱加工變形量很大時 動態(tài)再結晶晶粒與同等大小的靜態(tài)再結動態(tài)再結晶晶粒與同等大小的靜態(tài)再結

42、晶晶粒相比，具有更高的強度和硬度晶晶粒相比，具有更高的強度和硬度 動態(tài)再結晶后的晶粒度與變形溫度、應動態(tài)再結晶后的晶粒度與變形溫度、應變速率和變形程度等因素有關變速率和變形程度等因素有關v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎熱變形后的軟化過程熱變形后的軟化過程 在熱變形的間歇時間或者熱變形完成之后，由在熱變形的間歇時間或者熱變形完成之后，由于金屬仍處于高溫狀態(tài)，一般會發(fā)生以下三種于金屬仍處于高溫狀態(tài)，一般會發(fā)生以下三種軟化過程：靜態(tài)回復、靜態(tài)再結晶和亞動態(tài)再軟化過程：靜態(tài)回復、靜態(tài)再結晶和亞動態(tài)再結晶。結晶。 金屬熱變形時除少數(shù)發(fā)生動態(tài)再結晶情況外，金屬熱變形時除少數(shù)發(fā)生動

43、態(tài)再結晶情況外，會形成亞晶組織，使內能提高，處于熱力學不會形成亞晶組織，使內能提高，處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，若熱變形程度不大，將會發(fā)生靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，若熱變形程度不大，將會發(fā)生靜態(tài)回復；若熱變形程度較大，且熱變形后金屬仍回復；若熱變形程度較大，且熱變形后金屬仍保持在再結晶溫度以上時，則將發(fā)生靜態(tài)再結保持在再結晶溫度以上時，則將發(fā)生靜態(tài)再結晶。晶。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎熱變形后的軟化過程熱變形后的軟化過程 對于層錯能較低在熱變形時發(fā)生動態(tài)再結晶的對于層錯能較低在熱變形時發(fā)生動態(tài)再結晶的金屬，熱變形后則迅即發(fā)生亞動態(tài)再結晶。金屬，熱變形后則迅即發(fā)生亞動態(tài)再結晶。 所

44、謂亞動態(tài)再結晶，是指熱變形過程中已經(jīng)形所謂亞動態(tài)再結晶，是指熱變形過程中已經(jīng)形成的、但尚未長大的動態(tài)再結晶晶核、以及長成的、但尚未長大的動態(tài)再結晶晶核、以及長大到中途的再結晶晶粒被遺留下來，當變形停大到中途的再結晶晶粒被遺留下來，當變形停止后而溫度又足夠高時，這些晶核和晶粒會繼止后而溫度又足夠高時，這些晶核和晶粒會繼續(xù)長大，此軟化過程即稱為亞動態(tài)再結晶。續(xù)長大，此軟化過程即稱為亞動態(tài)再結晶。 上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、上述三種軟化過程均與熱變形時的變形溫度、應變速率和變形程度，以及材料的成分和層錯應變速率和變形程度，以及材料的成分和層錯能的高低等因素有關。能的高低等因素有關。v第

45、第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎二、熱塑性變形機理二、熱塑性變形機理 金屬熱塑性變形機理主要有：晶內滑移、金屬熱塑性變形機理主要有：晶內滑移、晶內孿生、晶界滑移和擴散蠕變等。晶內孿生、晶界滑移和擴散蠕變等。 晶內滑移是最主要和常見的；晶內滑移是最主要和常見的； 孿生多在高溫高速變形時發(fā)生，但對于孿生多在高溫高速變形時發(fā)生，但對于六方晶系金屬，這種機理也起重要作用；六方晶系金屬，這種機理也起重要作用； 晶界滑移和擴散蠕變只在高溫變形時才晶界滑移和擴散蠕變只在高溫變形時才發(fā)揮作用發(fā)揮作用v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎擴散性蠕變擴散性蠕變 擴散性蠕變

46、是在應力場作用下，由空位的定擴散性蠕變是在應力場作用下，由空位的定向移動所引起的。在應力場作用下，受拉應向移動所引起的。在應力場作用下，受拉應力的晶界力的晶界(特別是與拉應力相垂直的晶界特別是與拉應力相垂直的晶界)的的空位濃度高于其他部位的晶界。由于各部位空位濃度高于其他部位的晶界。由于各部位空位的化學勢能差，引起空位的定向移動，空位的化學勢能差，引起空位的定向移動，即空位從垂直于拉應力的晶界放出，而被平即空位從垂直于拉應力的晶界放出，而被平行于拉應力的晶界所吸收。行于拉應力的晶界所吸收。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎擴散性蠕變擴散性蠕變 按擴散途徑的不同，可分為晶

47、內擴散和晶界按擴散途徑的不同，可分為晶內擴散和晶界擴散。晶內擴散引起晶粒在拉應力方向上的擴散。晶內擴散引起晶粒在拉應力方向上的伸長變形，或在受壓方向上的縮短變形；而伸長變形，或在受壓方向上的縮短變形；而晶界擴散引起晶粒的晶界擴散引起晶粒的“轉動轉動”v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎三、雙相合金熱塑性變形的特三、雙相合金熱塑性變形的特點點 對于彌散型雙相合金，第二相粒子除直接對基體相的對于彌散型雙相合金，第二相粒子除直接對基體相的變形產(chǎn)生影響外，還會通過對合金的再結晶行為的影變形產(chǎn)生影響外，還會通過對合金的再結晶行為的影響而對熱塑性變形產(chǎn)生影響響而對熱塑性變形產(chǎn)生影響

48、對于聚合型的雙相合金，由于各相的性能和體積百分對于聚合型的雙相合金，由于各相的性能和體積百分數(shù)的不同，同樣會對熱變形時的再結晶行為產(chǎn)生影響數(shù)的不同，同樣會對熱變形時的再結晶行為產(chǎn)生影響 兩相合金熱變形時，在較大的變形程度條件下，可將兩相合金熱變形時，在較大的變形程度條件下，可將粗大的第二相打碎、并改變其分布狀況，使第二相粗大的第二相打碎、并改變其分布狀況，使第二相(包包括夾雜物括夾雜物)呈帶狀呈帶狀 雙相合金熱變形時，由于具備有利的原子擴散條件，雙相合金熱變形時，由于具備有利的原子擴散條件，會使第二相的形態(tài)發(fā)生改變會使第二相的形態(tài)發(fā)生改變 當?shù)诙酁榈腿埸c純金屬相或低熔點共晶體分布于晶當?shù)诙?/p>

49、為低熔點純金屬相或低熔點共晶體分布于晶界時，則熱變形時會局部熔化，造成金屬的熱脆性，界時，則熱變形時會局部熔化，造成金屬的熱脆性，在熱銀、熱軋時容易沿晶界開裂在熱銀、熱軋時容易沿晶界開裂v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎四、熱塑性變形對金后組織和性四、熱塑性變形對金后組織和性能的影響能的影響 改善晶粒組織改善晶粒組織 鍛合內部缺陷鍛合內部缺陷 破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布中的分布 形成纖維組織形成纖維組織 改善偏析改善偏析v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎第三節(jié)第三節(jié) 金屬的超塑性變形金屬的超塑性變

50、形 使金屬處于特定的條件下，如一定的化學成分、使金屬處于特定的條件下，如一定的化學成分、特定的顯微組織及轉變能力、特定的變形溫度特定的顯微組織及轉變能力、特定的變形溫度和應變速率等，則金屬會表現(xiàn)出異乎尋常的高和應變速率等，則金屬會表現(xiàn)出異乎尋常的高塑性狀態(tài)，即所謂超塑性變形狀態(tài)。塑性狀態(tài)，即所謂超塑性變形狀態(tài)。 優(yōu)越性：能極大地發(fā)揮材料塑性潛力和大大降優(yōu)越性：能極大地發(fā)揮材料塑性潛力和大大降低變形抗力，從而有利于復雜零件的精確成形。低變形抗力，從而有利于復雜零件的精確成形。 對于像欽合金、鋁合金、鎂合金、合金鋼和高對于像欽合金、鋁合金、鎂合金、合金鋼和高溫合金等較難成形的金屬材料的成形，尤其具

51、溫合金等較難成形的金屬材料的成形，尤其具有重要意義。有重要意義。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎一、超塑性的概念和種類一、超塑性的概念和種類所謂超塑性，可以理解為金屬和合金具有所謂超塑性，可以理解為金屬和合金具有超常超常的均勻變形能力，一般有以下定義方式的均勻變形能力，一般有以下定義方式 大伸長率：達到百分之幾百、甚至百分大伸長率：達到百分之幾百、甚至百分之幾千之幾千 拉伸時無頸縮拉伸時無頸縮 無流動應力無流動應力 易成形易成形 基本上無加工硬化基本上無加工硬化v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎分類分類經(jīng)常歸納為細晶超塑性和相變超塑性經(jīng)常歸納為

52、細晶超塑性和相變超塑性 細晶超塑性：材料的晶粒必須超細化和等軸化，細晶超塑性：材料的晶粒必須超細化和等軸化，并在成形期間保持穩(wěn)定，晶粒細化的程度要求并在成形期間保持穩(wěn)定，晶粒細化的程度要求小于小于10m，越小越好；恒溫條件的下限溫度，越小越好；恒溫條件的下限溫度約為約為05Tm。(Tm為絕對熔化溫度為絕對熔化溫度)，一般為，一般為0.50.7Tm；應變速率在；應變速率在10-110-5s-1范圍內范圍內.由于由于這種超塑性的特點是先使金屬經(jīng)過必要的組織這種超塑性的特點是先使金屬經(jīng)過必要的組織結構準備，又是在特定的恒溫條件下出現(xiàn)的，結構準備，又是在特定的恒溫條件下出現(xiàn)的，故又稱為結構超塑性或恒溫

53、超塑性故又稱為結構超塑性或恒溫超塑性v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎分類分類 動態(tài)超塑性（相變超塑性）動態(tài)超塑性（相變超塑性） 在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復加熱和冷卻，使其充分相變或同素度附近反復加熱和冷卻，使其充分相變或同素異構轉變，而獲得很大的伸長率異構轉變，而獲得很大的伸長率兩種超塑性的比較：兩種超塑性的比較： 相變超塑性相變超塑性它不要求材料進行晶粒的超細化、它不要求材料進行晶粒的超細化、等軸化和穩(wěn)定化的預先處理，這是其有利的一等軸化和穩(wěn)定化的預先處理，這是其有利的一面面 但是相變超塑性必須給予動態(tài)

54、熱循環(huán)作用，這但是相變超塑性必須給予動態(tài)熱循環(huán)作用，這就構成操作上的一大缺點，較難應用于超塑性就構成操作上的一大缺點，較難應用于超塑性成形加工成形加工v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎二、細晶超塑性變形力學特征二、細晶超塑性變形力學特征1 由于沒有加工硬化其應力由于沒有加工硬化其應力-應變曲線變?yōu)閼兦€變?yōu)槿缦氯缦? 流動應力對變形速率極其敏感流動應力對變形速率極其敏感Y為真實應力為真實應力K實驗條件常數(shù)實驗條件常數(shù)m應變速率敏感系數(shù)應變速率敏感系數(shù) 為應變速率為應變速率v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎三、影響細晶超塑性的主要因三、影響細晶超

55、塑性的主要因素素細晶超塑性材料對影響因素的影響相當敏細晶超塑性材料對影響因素的影響相當敏感，感，只在嚴格要求的條件下才表現(xiàn)出超塑性只在嚴格要求的條件下才表現(xiàn)出超塑性 應變速率應變速率 變形溫度變形溫度 組織影響組織影響v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎四、超塑性時組織的變化和對力四、超塑性時組織的變化和對力學性能的影響學性能的影響（一）組織變化（一）組織變化 晶粒會發(fā)生長大，但等軸度基本不變晶粒會發(fā)生長大，但等軸度基本不變 在最佳超塑性應變速率范圍內，不形成在最佳超塑性應變速率范圍內，不形成亞結構，也未發(fā)現(xiàn)位錯亞結構，也未發(fā)現(xiàn)位錯 許多合金會產(chǎn)生空洞許多合金會產(chǎn)生空洞v

56、第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎超塑性時組織的變化和對力學性超塑性時組織的變化和對力學性能的影響能的影響（二）對力學性能的影響（二）對力學性能的影響 不存在織構，不產(chǎn)生各向異性，具有較不存在織構，不產(chǎn)生各向異性，具有較高的抗應力腐蝕性能高的抗應力腐蝕性能 不存在彈性畸變能，沒有殘余應力不存在彈性畸變能，沒有殘余應力 存在加工軟化現(xiàn)象存在加工軟化現(xiàn)象 很高的疲勞強度很高的疲勞強度v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎五、超塑性變形機理五、超塑性變形機理A-V機理：機理： 由阿希貝由阿希貝(Ashby)和弗拉和弗拉爾爾(Verral)提出的晶界滑動和提出

57、的晶界滑動和擴散蠕變聯(lián)合機理擴散蠕變聯(lián)合機理(簡稱簡稱AV機理機理)被認為能較好地解釋被認為能較好地解釋超塑性變形過程，該理論認超塑性變形過程，該理論認為，在晶界滑移的同時伴隨為，在晶界滑移的同時伴隨有擴散蠕變，對晶界滑移起有擴散蠕變，對晶界滑移起調節(jié)作用的不是晶內位錯的調節(jié)作用的不是晶內位錯的運動，而是原子的擴散遷移。運動，而是原子的擴散遷移。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎第四節(jié)第四節(jié) 金屬在塑性加工過程中的金屬在塑性加工過程中的塑性行為塑性行為一、塑性的基本概念和塑性指標一、塑性的基本概念和塑性指標 塑性是指固體材料在外力作用下發(fā)生永塑性是指固體材料在外力作用下

58、發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它反久變形而不破壞其完整性的能力，它反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力。映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力。 塑性指標是為了衡量金屬塑性的高低而塑性指標是為了衡量金屬塑性的高低而確立的數(shù)量上的指標。通常用材料開始確立的數(shù)量上的指標。通常用材料開始破壞時的塑性變形量來表示。破壞時的塑性變形量來表示。v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎常用的塑性指標常用的塑性指標 伸長率伸長率（拉伸試驗）（拉伸試驗） 斷面收縮率斷面收縮率 （拉伸試驗）（拉伸試驗）式中：式中：L L0 0拉伸試樣原始標距長度；拉伸試樣原始標距長度； L Lh h拉伸試樣破斷后標距間的長度

59、；拉伸試樣破斷后標距間的長度； F F0 0拉伸試樣原始斷面積；拉伸試樣原始斷面積； F Fh h拉伸試樣破斷處的斷面積拉伸試樣破斷處的斷面積 00100%hLLL00100%hFFFv第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎常用的塑性指標常用的塑性指標 應變應變（在墩粗試驗中）（在墩粗試驗中）式中：式中： 壓下率；壓下率； H0試樣原始高度；試樣原始高度； Hh試樣壓縮后，在側表面出現(xiàn)第一條試樣壓縮后，在側表面出現(xiàn)第一條 裂紋時的裂紋時的 高度高度00100%hHHHv第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎常用的塑性指標常用的塑性指標 扭轉試驗：扭轉試驗：對

60、于一定試樣，所得總轉數(shù)越高，塑對于一定試樣，所得總轉數(shù)越高，塑性越好，可將扭轉數(shù)換作為剪切變形性越好，可將扭轉數(shù)換作為剪切變形（ ） 030nRL式中：式中：R試樣工作段的半徑；試樣工作段的半徑； L0試樣工作段的長度；試樣工作段的長度； n試樣破壞前的總轉數(shù)。試樣破壞前的總轉數(shù)。 v第第2章章 金屬塑性變形的物理基礎金屬塑性變形的物理基礎二、金屬的化學成分和組織對塑二、金屬的化學成分和組織對塑性的影響性的影響（一）化學成分的影響（一）化學成分的影響（C、P、S、N、H、O）碳碳: :碳碳塑性塑性雜質雜質: :雜質雜質塑性塑性磷磷冷脆性冷脆性硫硫熱脆性熱脆性氮氮時效脆性時效脆性氫氫氫脆現(xiàn)象，白