材料制備與加工復(fù)習(xí)

煉鋼原料：鐵水、廢鋼、生鐵、鐵合金、造渣材料、氧化劑型材精整（較為突出為矯直）難度大的原因：1、在冷卻過程中，由于斷面不對稱和溫度不均勻造成的彎曲大，2、型材的斷面系數(shù)大，需要矯直力大。材料加工的目的就是兩個：一是改變材料的形狀，另一個是改善其性能金屬塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶間變形；晶內(nèi)變形：各種位錯運動而實現(xiàn)晶內(nèi)的一部分相對于另一部分的剪切運動剪切運動有不同的機理，其中在常溫下最基本的形式是：滑移、孿生。晶間變形：在T≥0.5Tm（Tm：熔化溫度）點陣阻力：派一納力當(dāng)位錯從一個低能的穩(wěn)定位置過渡到另一個低能的穩(wěn)定位置，必須越過一個能量最大值的位置，就需要對位錯施加足夠的力以克服這一能壘所需要的能量，這個能壘就成為派爾斯壘，克服這個能壘所需要的力就是派一納力。孿生：晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶體學(xué)平面和方向產(chǎn)生的切變。晶體切變后結(jié)構(gòu)沒有變化，但是取向發(fā)生了變化相對切變是沿孿生面逐層連續(xù)依次進(jìn)行的，而不像滑移那樣集中在一些滑移面上進(jìn)行密排六方金屬，由于滑夠系統(tǒng)少，各滑移系相對于外力的取向都不利時，也可能在形變一開始就形成孿晶擴散塑性變形機理包括:擴散-位錯機理；溶質(zhì)原子定向溶解機理；定向空位流機理；晶間滑動機理。材料的屈服強度是指材料抵抗塑性變形的抗力。定量地講，屈服強度是指材料發(fā)生塑性變形時的臨界應(yīng)力。理論屈服強度：滑移是一部分晶體在滑移面上，沿著滑移方向，相對于另一部分晶體的剛性整體式地切變。實際屈服強度：開動位錯源所需的應(yīng)力和位錯在運動過程中遇到的各種阻力構(gòu)成了材料的實際屈服強度實際晶體中存在著各種晶體缺陷，特別是存在著位錯，位錯很容易運動，因而不能充分發(fā)揮出原子間結(jié)合力的作用，所以金屬的實際屈服強度遠(yuǎn)低于理論值（原因）實際位錯運動克服的阻力：開動位錯源所必須克服的阻力、點陣阻力、位錯應(yīng)力場對運動位錯的阻力、位錯切割穿過其滑移面的位錯林所引起的阻力、割階運動所引起的阻力加工硬化:金屬在冷塑性變形過程中，隨著變形程度增加，其強度和硬度提高而塑性（延伸率、面縮率）則降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（應(yīng)變硬化、應(yīng)變強化）硬化特點的三個階段：第一階段：形變硬化程度較小(單系滑移)第二階段：呈線性特點，多系滑移，顯著特點為硬化系數(shù)最大，滑移線變短（多系滑移）第三階段：硬化系數(shù)隨著應(yīng)變的增加而降低，晶體表面出現(xiàn)滑移帶和帶端碎化現(xiàn)象（交滑移）晶界對塑性變形過程的影響：晶界的障礙強化作用、多系滑移強化作用、多晶體變形的不均勻性多晶體應(yīng)力—應(yīng)變曲線：=1\*GB2⑴體心立方金屬:鈮、鉬、α-Fe的硬化速率大體相同;=2\*GB2⑵面心立方晶體的金屬，其硬化速率差別卻比較大，圖中斜率最高的是銀，最平穩(wěn)的是鋁=3\*GB2⑶六方結(jié)構(gòu)的鈦的硬化率類似于鋁.原因：體心立方金屬滑移系統(tǒng)較多，易于產(chǎn)生交滑移，是其硬化速率較低的主要原因之一;面心立方晶體由于其層錯能不同,表現(xiàn)出來的硬化速率差別較大.體心立方金屬的明顯屈服效應(yīng)、動態(tài)形變時效現(xiàn)象：體心立方金屬中，晶界附近容易偏析雜質(zhì)原子;溶質(zhì)原子特別是間隙原子與位錯的相互作用強烈，產(chǎn)生柯垂?fàn)枤鈭F,對位錯的釘扎很牢，出現(xiàn)屈服效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)溫度從室溫上升時，上下屈服點反復(fù)出現(xiàn)，出現(xiàn)動態(tài)形變時效。晶粒細(xì)化在工程上有重要的應(yīng)用：=1\*GB2⑴在高強度的鋼種中，細(xì)化晶?？梢蕴岣咂漤g性；有助于防止脆性斷裂發(fā)生，可降低脆性轉(zhuǎn)化溫度，提高材料使用范圍。=2\*GB2⑵在低強度鋼中（如低碳結(jié)構(gòu)鋼），利用細(xì)化晶粒來提高屈服強度有明顯效果。尤其是超細(xì)晶組織對提高強度和韌性作用更突出。=3\*GB2⑶在超塑性變形時，細(xì)化晶?？梢缘玫嚼硐氲某苄宰冃?。因為超塑性變形的控制機理為晶間滑動機理，等軸細(xì)小晶粒更有利于晶間滑動變形。塑性:金屬或合金具有在外力作用下，能發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。材料的塑性指標(biāo)：延伸率、斷面收縮率、相對壓縮率、扭轉(zhuǎn)數(shù)n、沖擊韌性（J）影響材料塑性的主要因素：組織結(jié)構(gòu)對塑性的影響、化學(xué)成分對塑性的影響、變形溫度對塑性的影響、應(yīng)變速率對塑性的影響、應(yīng)力狀態(tài)對塑性的影響、不均勻變形對塑性的影響、其他因素對塑性的影響金屬組織結(jié)構(gòu)的變化：（1）單晶體塑性變形:隨著變形量增加，位錯密度增加，引起加工硬化。（2）形成了位錯胞狀結(jié)構(gòu)，第二相指點對位錯的數(shù)量和分布以及組態(tài)也有明顯的影響（3）位錯密度：同種材料細(xì)晶粒樣品變形后的位錯密度比粗晶粒的大（4）自由能高（5）晶粒外形、夾雜物和第二相的分布（6）性能上具有方向性（7）形成形變織構(gòu)（8）晶體可能被破壞，可能產(chǎn)生微裂紋，甚至宏觀裂紋等；變形是不均勻的；存在殘余內(nèi)應(yīng)力。金屬性能的變化力學(xué)性能的變化體現(xiàn)在：強度指標(biāo)（比例極限、彈性極限、屈服極限、強度極限、硬度）增加；塑性指標(biāo)（面縮率、延伸率等）降低，韌性也降低了；隨著變形程度的增加，還可能產(chǎn)生力學(xué)性能的方向性。冷加工后，形變材料的物理、化學(xué)性能也發(fā)生明顯變化。經(jīng)冷變形的金屬，由于晶間和晶內(nèi)產(chǎn)生微觀裂紋和空隙以及點陣缺陷，因而密度降低，導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能降低。同樣，化學(xué)穩(wěn)定性降低，耐腐蝕性能降低，溶解性增強。冷塑性變形后金屬和合金的性能處于不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài)。升高溫度，使金屬中的原子獲得足夠的活動能力，則經(jīng)冷變形的金屬將自發(fā)地通過點陣缺陷的減少和重新排列而恢復(fù)到冷變形前的穩(wěn)定態(tài)。冷塑性變形后的金屬加熱時，通常是依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段的變化。回復(fù)：經(jīng)冷塑性變形的金屬在加熱時，在大角度晶界掃過變形基體從而形成無畸變的組織（即再結(jié)晶晶粒組織）前所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化階段。再結(jié)晶：經(jīng)冷變形后的金屬在加熱時，通過再結(jié)晶核心的形成及隨后的成長，直到變形基體全部被新晶粒消耗完畢，新晶?；ハ嘟佑|為止的階段。晶粒長大階段：初次再結(jié)晶階段后進(jìn)入晶粒長大階段。再結(jié)晶和晶粒長大：退火溫度升高冷變形材料將發(fā)生再結(jié)晶。再結(jié)晶是從形成無畸變的晶核開始，逐漸長大成位錯密度很低的等軸狀晶粒。再結(jié)晶是消除加工硬化的重要軟化手段，還是控制晶粒大小、形態(tài)、均勻程度、獲得或避免晶粒的擇優(yōu)取向的重要手段。影響再結(jié)晶的主要因素：加熱溫度、變形程度、微量溶質(zhì)原子、彌散相顆粒。影響再結(jié)晶后晶粒大小的主要因素：晶粒大小對材料的力學(xué)性能和加工性能都有很大的影響。決定再結(jié)晶退火后晶粒大小的最主要因素：是預(yù)先變形量、退火溫度，其次是原始晶粒度、雜質(zhì)及退火時間等。臨界變形程度:當(dāng)變形量達(dá)到一定值（如碳鋼為2～10％）時，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大，此變形程度稱為臨界變形程度。金屬組織結(jié)構(gòu)和性能的變化（熱加工變形后組織結(jié)構(gòu)的特點）是：（1）改造鑄態(tài)組織、（2）細(xì)化晶粒和破碎夾雜物、（3）熱變形中形成的纖維組織、（4）形成帶狀組織、（5）形成網(wǎng)狀組織奧氏體熱加工過程中的組織結(jié)構(gòu)變化：應(yīng)力—應(yīng)變曲線由三個階段組成：第一階段：當(dāng)塑性變形量小時，隨著變形量增加，流變應(yīng)力逐漸增大，直到達(dá)到最大值。第二階段：第一階段的動態(tài)回復(fù)抵消不了形變產(chǎn)生的加工硬化。隨著變形量的增加，金屬內(nèi)部畸變達(dá)到一定程度后，形變的奧氏體就將發(fā)生再結(jié)晶。第三階段：這一階段的應(yīng)力－應(yīng)變曲線可能出現(xiàn)兩種情況：呈穩(wěn)態(tài)變形a）；非穩(wěn)態(tài)變形b）。a）連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶的穩(wěn)態(tài)變形：連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶過程：＜b）間斷動態(tài)再結(jié)晶的非穩(wěn)態(tài)變形：＞第一輪動態(tài)再結(jié)晶完成時，晶粒的形變量尚未達(dá)到值，還不能立即發(fā)生第二輪動態(tài)再結(jié)晶。第二輪再結(jié)晶未開始前，這時動態(tài)再結(jié)晶這種軟化機理已失效，流變應(yīng)力要增加直到第二輪動態(tài)再結(jié)晶開始為止，因此應(yīng)力－應(yīng)變曲線上出現(xiàn)了波浪形，呈非穩(wěn)態(tài)變形。形變織構(gòu)：塑性變形前的金屬多晶體各晶粒的位向是隨意的，塑性變形后晶粒的某些晶向平行于一定方向，某些晶面平行于一定平面，材料性能在某種程度上變得有方向性，使材料呈現(xiàn)出各向異性。這些晶面優(yōu)先平行于某個方向或某個平面的現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向，這種結(jié)構(gòu)