Chapter 6 金屬及合金的塑性變形與斷裂

本章目的1闡明金屬塑性變形的主要特點(diǎn)及本質(zhì)2指出塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響3揭示加工硬化的本質(zhì)與意義4了解斷裂韌度及其應(yīng)用第六章金屬及合金的塑性變形與斷裂1拉伸曲線及其所反映的常規(guī)機(jī)械性能指標(biāo)2塑性變形的宏觀變形規(guī)律與微觀機(jī)制3加工硬化的本質(zhì)及實(shí)際意義4塑性變形對(duì)金屬與合金組織、性能的影響5金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制6斷裂韌度及其應(yīng)用本章重點(diǎn)第六章金屬及合金的塑性變形與斷裂為什么研究塑性變形？塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響.了解塑性變形的本質(zhì),塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝.§6-1金屬的變形特性金屬在外力作用下的變形過程分為彈性變形、彈塑性變形和斷裂三個(gè)連續(xù)的階段。一、工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線工程應(yīng)力：工程應(yīng)變L0－試樣的原始標(biāo)距長(zhǎng)度；L－變形后的長(zhǎng)度1：退火低碳鋼2：正火中碳鋼3：高碳鋼彈性模量基本相同1：有機(jī)玻璃硬而脆2：纖維增強(qiáng)熱固塑料硬而強(qiáng)3：尼龍硬而韌4：聚四氟乙烯軟而韌σ-ε形式與材料塑性有關(guān)變形指標(biāo)：彈性極限(σe)：材料保持最大彈性變形的最大應(yīng)力值。屈服極限(σs或σ0.2)：材料發(fā)生塑性變形的最小應(yīng)力值。強(qiáng)度極限(σb)：材料發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力值。斷裂極限(σK)：表示材料對(duì)塑性變性的極限抗力。延伸率（δ）：表示殘余總變形量△LK為原始長(zhǎng)度L0之比。斷面收縮率（ψ）：表示試樣橫截面積A0與斷裂時(shí)的橫截面積AK之差于A0之比。σe、σS、σb、σK為強(qiáng)度指標(biāo)，δ、ψ為塑性指標(biāo)。二、真應(yīng)力－應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力：真實(shí)應(yīng)變：真應(yīng)力－應(yīng)變曲線與工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線的區(qū)別是：工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線中“頸縮”現(xiàn)象掩蓋了“加工硬化”在真應(yīng)力－應(yīng)變曲線的均勻塑性變形階段稱為流變曲線。真應(yīng)力-真應(yīng)變關(guān)系σT－真應(yīng)力；εT－真應(yīng)變；n-形變強(qiáng)化指數(shù)；K－常數(shù)表征金屬均勻變形階段的強(qiáng)化能力，n值越大，變形時(shí)的強(qiáng)化效果越顯著。fcc結(jié)構(gòu)的金屬n值較大;bcc結(jié)構(gòu)較小，hcp結(jié)構(gòu)最小。三、金屬的彈性變形晶體發(fā)生彈性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系、去掉外力后，應(yīng)變完全消失，晶體恢復(fù)到未變形狀態(tài)。彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變服從虎克定律：正應(yīng)力切應(yīng)力σ

=Eε

τ

＝Gυσ－正應(yīng)力；τ－切應(yīng)力；ε－正應(yīng)變；υ－切應(yīng)變；E－彈性模量G－切變模量彈性模量與剛度σ=E·ε；τ=G·γ；E為抵抗正應(yīng)變的彈性模量，G為抵抗切應(yīng)變的彈性模量，兩者的關(guān)系為：G＝E／2(1+),其中為泊松(Poisson)比。意義：⑴拉伸曲線上，斜率；⑵彈性變形難易；⑶組織不敏感：取決于原子間結(jié)合力材料種類；晶格常數(shù)；原子間距剛度：構(gòu)件剛度：A·E——彈性變形難易材料剛度：E§6-2單晶體的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片應(yīng)力超過彈性極限，金屬將產(chǎn)生塑性變形。一、滑移（一）滑移及滑移帶滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

（一）滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。

（二）滑移系滑移是沿著一定的晶面和該面上一定的晶向進(jìn)行的，此晶面稱為滑移面，此晶向稱為滑移方向。一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。其他條件相同時(shí)，金屬晶體中的滑移系越多，則滑移時(shí)可供采取的空間取向便越多，金屬的塑性就越好?；葡导捌涠嗌僦饕徒饘倬w結(jié)構(gòu)有關(guān)?；泼婧突品较蛲ǔ６际窃优帕凶蠲艿木婧途?。這是因?yàn)榫w中原子密度最大的晶面上，原子間的結(jié)合力最強(qiáng)，而面與面之間的距離最大，所以這些面之間的結(jié)合力最弱，最容易相對(duì)滑動(dòng)。同理，沿原子密度最大的晶向滑動(dòng)時(shí)阻力也最小。不絕對(duì)，隨著成分、溫度等條件的改變，其他晶面也可能成為滑移面。每一種晶格類型的金屬都具有特定的滑移系。面心立方金屬(如Al、Cu)的滑移系由{111}，<110>組成。4×3＝1212個(gè)滑移系。體心立方金屬(如α-Fe、Mo)的滑移系由{110}，<111>組成。6×2＝12組12個(gè)滑移系?；剖窃趲捉M較密排的面上進(jìn)行，但滑移方向總是<111>,故滑移系的數(shù)目可能很多。密排六方金屬的滑移系即為{0001}<1120>，1×3＝3組三個(gè)。三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的滑移系滑移系數(shù)目的實(shí)際意義——判斷塑性變形能力①滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好②滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較好塑性排序：f.c.c>b.c.c>h.c.p（三）滑移的臨界分切應(yīng)力滑移是在切應(yīng)力作用下發(fā)生的，當(dāng)晶體受外力時(shí)，晶體中的某個(gè)滑移系是否發(fā)生滑移，取決于在此滑移系上的分切應(yīng)力的大小，當(dāng)分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，滑移才能開始，通常把開始滑移所需的最小分切應(yīng)力，稱為臨界分切應(yīng)力（τc）。其數(shù)值與金屬的本性、變形溫度和加載速度等因素有關(guān)，而與外力相對(duì)于滑移系的取向無關(guān)。（三）滑移時(shí)的臨界分切應(yīng)力（τK）設(shè)對(duì)一圓柱試樣進(jìn)行拉伸，已知截面積為A,外力為F；滑移面面積為A’,滑移面的法向?yàn)镹，F(xiàn)與N夾角為φ，滑移方向?yàn)棣樱优cF夾角為λ.為在滑移面上沿滑移方向的分切應(yīng)力式中σ為拉伸方向上的正應(yīng)力，cosφcosλ為取向因子（orientationfactor），F(xiàn)當(dāng)外力F增加，使拉應(yīng)力F/A達(dá)到屈服極限σs時(shí)，這時(shí)該滑移系中的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值τc，晶體就在該滑移系上開始滑移，臨界分切應(yīng)力為：當(dāng)外力軸與滑移面法線方向、滑移方向夾角φ=45o時(shí)，cosφcosλ=0.5，此取向最有利于滑移，即以最小的拉應(yīng)力就能達(dá)到滑移所需的分切應(yīng)力，稱此取向?yàn)檐浫∠颉．?dāng)外力與滑移面平行或垂直時(shí)(φ=90o或φ=0o），則σs→∞，晶體無法滑移，稱此取向?yàn)橛踩∠颉Ｈ∠蛞蜃觕osφcosλ對(duì)σs的影響在只有一組滑移面的密排六方結(jié)構(gòu)中尤為明顯。

τc取決于晶體中原子間的結(jié)合力，即與晶體的類型、純度（雜質(zhì)）、溫度以及變形速度有關(guān)，與外力無關(guān)。（四）滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)晶體滑移滑移面上發(fā)生相對(duì)位移晶體轉(zhuǎn)動(dòng)（空間取向發(fā)生變化）在拉伸時(shí)使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸平行在壓縮時(shí)使滑移面和滑移方向逐漸轉(zhuǎn)到與應(yīng)力軸垂直

幾何軟化：當(dāng)φ角由90o轉(zhuǎn)向45o角時(shí)，σs↓，滑移系由硬取向轉(zhuǎn)向軟取向,使滑移易于進(jìn)行。幾何硬化：當(dāng)φ角由45o轉(zhuǎn)向90o角或Oo時(shí)σS↑，滑移系由軟取向轉(zhuǎn)向硬取向,使滑移難于進(jìn)行。實(shí)際金屬由多晶體構(gòu)成，通過晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，原來取向有利的晶粒(單晶體)經(jīng)過一定量塑性變形后取向不利，停止塑性變形；原來取向不利的晶粒經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)取向變?yōu)橛欣?，開始塑性變形——循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻晶體轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的意義（五）多系滑移外力下，滑移首先發(fā)生在分切應(yīng)力最大，且τ≥τc的滑移系-原始滑移系上。但由于伴隨晶體轉(zhuǎn)動(dòng)→空間位向變化→另一組取向不利（硬取向）滑移系逐漸轉(zhuǎn)向比較有利的取向（軟取向），從而開始滑移，形成兩組（或多組）滑移系同時(shí)進(jìn)行或交替進(jìn)行，稱為多系滑移。晶體在τ作用下兩組或多組滑移系在不同滑移面上同時(shí)或交替地沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移，稱為交滑移只有螺型位錯(cuò)才可以進(jìn)行交滑移。多滑移和交滑移多滑移意義：滑移的本質(zhì)是借助位錯(cuò)線的逐步運(yùn)動(dòng)。多滑移時(shí)不同方向的位錯(cuò)線相交割，互為阻礙→難滑移，促進(jìn)加工硬化交滑移的意義：當(dāng)位錯(cuò)沿一個(gè)滑移面的移動(dòng)受阻時(shí)，可通過攀移，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)面繼續(xù)滑移→易滑移→使滑移方向靈活，可降低脆性不同合金加工硬化效果不同單系滑移

多系滑移

交滑移多系滑移2滑移特點(diǎn)⑴滑移變形是不均勻的切變⑵發(fā)生在最密排晶面，滑移方向?yàn)樽蠲芘啪颌侵辉谇袘?yīng)力下發(fā)生，存在臨界分切應(yīng)力⑷滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致⑸伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)(6)隨滑移加劇，存在多滑移和交滑移現(xiàn)象例如銅，τ理=1500MPa但τ實(shí)=0.98MPa，兩者相差1500倍——?jiǎng)傂砸苿?dòng)模型失敗，應(yīng)有更省力方式——位錯(cuò)學(xué)說的產(chǎn)生晶體的滑移是位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下沿著滑移面逐步移動(dòng)的結(jié)果。根據(jù)原子剛性移動(dòng)模型,依據(jù)虎克定律（六）滑移的位錯(cuò)機(jī)制1.位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與晶體的滑移（1）位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)滑移臺(tái)階完整晶體有缺陷晶體——位錯(cuò)學(xué)說的產(chǎn)生位錯(cuò)學(xué)說①晶體內(nèi)部存在某類缺陷——位錯(cuò)②塑性變形依靠位錯(cuò)的逐步運(yùn)動(dòng)。非單個(gè)位錯(cuò)原子列作原子間距的完整跳躍，而是位錯(cuò)中心附近少數(shù)原子作遠(yuǎn)小于原子間距的彈性偏移實(shí)現(xiàn)——滑移的本質(zhì)——τ實(shí)〈〈τ理的原因——實(shí)際金屬強(qiáng)度遠(yuǎn)小于理想結(jié)構(gòu)金屬強(qiáng)度

（2）晶體的滑移2.位錯(cuò)增殖形成一條滑移線需要上千個(gè)位錯(cuò)，塑性變形產(chǎn)生的大量滑移帶需要極多的位錯(cuò)。（1）位錯(cuò)增殖理論產(chǎn)生的背景退火態(tài)ρ位錯(cuò)≈1010m-2塑性變形中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)并最終消失于晶體表面，故冷變形后位錯(cuò)密度應(yīng)極大降低實(shí)際冷變形后：ρ位錯(cuò)≈1015~1016m-2——位錯(cuò)增殖學(xué)說弓出蜷曲DD′τ位錯(cuò)源弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源增殖機(jī)制位錯(cuò)環(huán)DD′位錯(cuò)源

3.位錯(cuò)的交割與塞積多滑移時(shí)，各滑移面相交，在不同滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)必然相遇，發(fā)生相互交割。①不在同一滑移面上的位錯(cuò)相遇發(fā)生交割，形成割階→位錯(cuò)線長(zhǎng)度增加帶割階的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難→加工硬化的主要原因②雜質(zhì)、晶界、固定位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)行，導(dǎo)致位錯(cuò)塞積，并在障礙物的前端形成應(yīng)力集中。孿生是發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切變過程，總是沿晶體的一定晶面(孿晶面)，沿一定方向(孿生方向)發(fā)生，變形后晶體的變形部分與末變形部分以孿晶面為分界面，構(gòu)成了鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系．金相顯微鏡下一般呈帶狀，有時(shí)為透鏡狀。二、孿生孿晶帶孿生面孿生面EBSD觀察到的鎂合金AZ31的變形孿晶鋅中的變形孿晶100×孿生的臨界分切應(yīng)力比滑移的臨界分切應(yīng)力大的多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件下才進(jìn)行孿生變形。2孿生特點(diǎn)①均勻切變②孿生前后變形部分晶體位向改變，兩部分之間以孿生面為鏡面對(duì)稱③切變區(qū)域內(nèi)與孿晶面平行的每層原子的切變量與它距孿晶面的距離呈正比，相鄰原子間的相對(duì)位移為原子間距的分?jǐn)?shù)倍④存在臨界分切應(yīng)力:τ孿>>τ滑

⑤變形速度極快，聲響，變形量小滑移與孿生切變位移量切應(yīng)力塑變量變形速度滑移不均勻整數(shù)倍小大慢孿生均勻分?jǐn)?shù)倍大小快§6-3多晶體的塑性變形除極少數(shù)場(chǎng)合，實(shí)際中金屬材料大部分為多晶體。多晶體與單晶體的區(qū)別晶粒間存在晶界；晶粒的位向不同一、多晶體的變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移有一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。多晶體變形的特點(diǎn)（1）各晶粒變形的不同時(shí)性（2）晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性多晶體各晶粒處于周圍晶粒的包圍之中,各晶粒的變形需要相互協(xié)調(diào)并相互制約,為使各晶粒協(xié)調(diào)變形,除主滑移系外周圍至少有5個(gè)獨(dú)立滑移系同時(shí)啟動(dòng),才能保持變形的連續(xù)性。fcc和bcc滑移系較多,能夠滿足此條件,因此fcc和bcc較hcp塑性好。因此,晶粒越細(xì),協(xié)調(diào)越困難,材料的強(qiáng)度越高（3）多晶體變形的不均勻性由于各晶粒的位向不同使得各晶粒不會(huì)同時(shí)屈服，從而造成各晶粒變形程度的不同，變形不均勻。（4）晶界對(duì)變形的阻礙作用1.晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則,分布有大量缺陷。2.晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,易于形成位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)極少穿過，從而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。多晶體的變形常常出現(xiàn)竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。1.細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度越高、塑性、韌性越好。2細(xì)晶強(qiáng)化及其原因：細(xì)晶強(qiáng)化－由于變質(zhì)處理、相變等使晶粒細(xì)化造成材料的強(qiáng)度、硬度高，塑性及韌性好的現(xiàn)象。屈服強(qiáng)度與晶粒直徑的關(guān)系由霍爾－配奇公式可知：

s-材料的屈服強(qiáng)度

K-晶界對(duì)強(qiáng)度影響程度的常數(shù)

d-晶粒的平均直徑二、晶粒大小對(duì)塑性變形的影響材料的晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度、硬度越高，原因有二：①晶粒間協(xié)調(diào)變形；d↓,不同位向晶粒個(gè)數(shù)越多，各晶粒位向不同，作用于各晶?；葡瞪系姆智袘?yīng)力相差較大，有利位向晶粒受不利位向晶粒的制約越大，因此晶粒越細(xì)，強(qiáng)度、硬度↑。②晶界阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)：晶粒越細(xì)，d↓，晶界面積越大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力越大，s↑硬度↑。塑性、韌性好晶粒越細(xì)，每一個(gè)晶粒變形較均勻，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中；晶粒越細(xì)，晶界曲折多彎，不利于裂紋擴(kuò)展，使材料在斷裂前能夠承受較大塑性變形，從而保持良好的塑性和韌性。低碳鋼的屈服強(qiáng)度與晶粒大小之間的關(guān)系銅和鋁的屈服強(qiáng)度與亞晶尺寸之間的關(guān)系三、多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體純鋅的拉伸曲線

單晶:只要外力作用在滑移面上的滑移方向的分切應(yīng)力大于或等于臨界分切應(yīng)力時(shí)，便可以屈服滑移。多晶:多晶體的各晶粒①變形的不均勻性；②不同位向的晶粒需要相互協(xié)調(diào)③晶界阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而使多晶體的變形困難，多晶體的屈服強(qiáng)度高于單晶體。§6-4合金的塑性變形合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同.珠光體奧氏體一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。即溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性交互作用的結(jié)果，如下圖所示，使溶質(zhì)原子趨于聚集在位錯(cuò)的周圍，以減小畸變，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，此即稱為柯氏(cotrell)氣團(tuán)。顯然，柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)有“釘扎”作用。為了使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)而運(yùn)動(dòng)，必須施加更大的外力。因此，固溶體合金的塑性變形抗力要高于純金屬。產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高.Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系固溶強(qiáng)化的規(guī)律①在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，溶質(zhì)原子的濃度越高，強(qiáng)化作用越大。②溶質(zhì)、溶劑原子尺寸差別越大，強(qiáng)化效果越大。③間隙固溶體強(qiáng)化效果好于置換固溶體。④溶質(zhì)與溶劑價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化越大。當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，合金的塑性變形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。+鈦合金(固溶體第二相)二、多相合金的塑性變形多相合金的組織主要分兩類：1.兩相性能接近；2.兩相性能相差很大.兩相晶粒尺寸相近，塑性相近按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算(等應(yīng)力、等應(yīng)變模型)近似公式：＝-兩相的體積分?jǐn)?shù)-兩相的強(qiáng)度極限兩相性能相近的合金其強(qiáng)度取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)bbaasjsj+sajbjasbs（一）兩相性能接近硬而脆的第二相呈連續(xù)網(wǎng)狀分布在塑性相的晶界上這種分布情況最惡劣，脆性相把塑性相分割開，阻礙其變形，使合金的塑性和韌性急劇下降，脆性相越多，合金的塑性就越差，甚至強(qiáng)度也隨之下降。軟基體＋硬脆第二相：合金的性能主要取決于脆性第二相的形狀、數(shù)量和分布。只有基體相才能發(fā)生塑性變形，脆性相限制基體的塑性變形。（二）合金中兩相的性能相差很大珠光體s-P的屈服強(qiáng)度i-F的屈服強(qiáng)度Ks-常數(shù)s0-珠光體片間距210-+=sKsisss2.脆性的第二相呈片狀或?qū)訝罘植荚谒苄韵嗷w上硬脆相呈片狀分布時(shí)為強(qiáng)化相。如珠光體中的Fe3C呈片狀為強(qiáng)化相，F(xiàn)e3C%越多，P的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性較低。45鋼的強(qiáng)度大于20鋼。由于過飽和固溶體的沉淀析出的第二相在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，如果第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。在含碳量相同時(shí)P呈粒狀比片層狀P硬度、強(qiáng)度較低而塑性、韌性好，因此具有較好的綜合性能(如粒狀P加工性能好于片狀P)。3.脆性相在塑性相中呈顆粒狀分布根據(jù)第二相顆粒是否可以變形,有兩種強(qiáng)化機(jī)制：（1）位錯(cuò)繞過機(jī)制-對(duì)于不可變形微粒位錯(cuò)彎曲并繞過粒子需要外力作功，位錯(cuò)繞過粒子以后在材料中形成位錯(cuò)環(huán)，增加了點(diǎn)陣畸變區(qū)，從而使σb↑。又稱為“奧羅萬機(jī)制”。位錯(cuò)繞過時(shí)，既要克服第二相粒子的阻礙作用，又要克服位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)源的反向應(yīng)力，位錯(cuò)繞過粒子間距為λ的第二相顆粒的切應(yīng)力τ為：G-切變模量b-柏氏矢量的大小λ-第二相粒子的間距l(xiāng)tGb=顆粒釘扎作用的電鏡照片彌散強(qiáng)化-由于過飽和固溶體的沉淀析出（析出碳化物）造成的σb↑HB↑；δ、αk較好。位錯(cuò)切割第二相粒子示意圖電鏡觀察（2）位錯(cuò)切過機(jī)制-對(duì)于可變形微粒，位錯(cuò)切過第二相粒子沉淀強(qiáng)化：位錯(cuò)切過第二相時(shí)必須作額外的功，消耗足夠大的能量，因而合金的強(qiáng)度提高的現(xiàn)象?！?-5塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響多晶體塑性變形后，除了晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿晶外，還有以下組織變化。(一）顯微組織的變化金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40% 晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織→各向異性(沿纖維方向的強(qiáng)度、塑性最大）變形10%100×變形40%100×變形80%纖維組織100×工業(yè)純鐵

不同變形度

的顯微組織金屬經(jīng)大量塑性變形后，由于位錯(cuò)密度增大和位錯(cuò)之間的交互作用，使得大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū)并相互纏結(jié)。位錯(cuò)的不均勻分布使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊，從而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。（二）亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化亞晶粒示意圖銅形變亞晶組織(變形度68%)（三）形變織構(gòu)（強(qiáng)烈變形80%~90%）多晶體塑性變形時(shí)也伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)過程，變形量很大時(shí)，多晶體各個(gè)晶粒由任意取向逐漸彼此趨于一致，即擇優(yōu)取向現(xiàn)象，由于金屬塑性變形使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織稱為形變織構(gòu)。形變織構(gòu)分為：形變板織構(gòu)和形變絲織構(gòu)。絲織構(gòu)示意圖絲織構(gòu)：<vvw>與軋向相平行的晶向。（1）絲織構(gòu)拉拔時(shí)形成，特征為各晶粒的某一晶向與拉拔方向平行或接近平行。（2）板織構(gòu)板織構(gòu)示意圖板織構(gòu)：{hkl}與軋面相平行的晶面；<vvw>與軋向相平行的晶向。如：硅鋼片，大變形量在（110）[100]形成織構(gòu)，以提高導(dǎo)磁率各向異性----制耳現(xiàn)象軋制時(shí)形成，特征為各個(gè)晶粒的某一晶面平行于軋制平面，而某一晶向平行于軋制方向?！爸贫爆F(xiàn)象金屬中形變織構(gòu)的形成會(huì)使各種性能出現(xiàn)明顯的各向異性，這在大多情況下都是不利的。例如：在應(yīng)用具有織構(gòu)的銅板去沖制杯狀工件時(shí)，深沖以后便會(huì)使杯形邊緣不齊，而出現(xiàn)所謂“制耳”現(xiàn)象。

擇優(yōu)取向（織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生）各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無2.提高導(dǎo)磁率如制作變壓器鐵芯的硅鋼片，沿〈100〉晶向最易磁化;如果能夠采用具有〈100〉織構(gòu)的硅鋼片制作，并在制作中能注意使其〈100〉晶向平行于磁場(chǎng)方向，便可使變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率顯著增大，磁滯損耗大大減小，顯著提高變壓器的效率?？棙?gòu)形成后很難消除，工業(yè)生產(chǎn)中為了避免形變織構(gòu)，零件較大的變形量往往分幾次變形來完成，并進(jìn)行中間退火。二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響（一）加工硬化⑴定義：隨變形程度的增加，金屬的強(qiáng)硬度顯著