1、金屬塑性變形理論theory of metal plastic deformation，第三節(jié)課Lesson Three，張桂潔tele-mail:department of metal變形大的時候，每個顆粒都不能再明確區(qū)分，表示纖維，所以被稱為纖維組織。纖維組織的形成過程，冷軋前后晶粒形狀的變化，a)變形前退火狀態(tài)組織，b)變形后冷軋變形組織，3 . 1 . 1 . 1組織的變化，亞結(jié)構(gòu)在變形量大、層間誤差高的金屬中前衛(wèi)分布不均。雜亂的電位交織在一起，形成電位纏結(jié)的高誤差密度區(qū)域(比平均位密度約高5倍)，分離位密度較低的部分?？雌饋硐褚粋€顆粒內(nèi)部又出現(xiàn)了很多“小顆

2、?！?，但它們的味道并不大(從幾度到幾分鐘)。這種結(jié)構(gòu)稱為褒獎亞結(jié)構(gòu)。多晶Fe冷軋后的葡萄胎結(jié)構(gòu)，x 6850 (a)變形量16；(B)變形量70，在銅的變形子結(jié)構(gòu)圖中，白色部分是低誤差密度的子結(jié)晶，黑色區(qū)域是高誤差密度的子晶系，3.1.1微觀組織的變化，變形組織多晶塑性變形，每個粒子滑動時，晶體方向伴隨著相對于外力的規(guī)則旋轉(zhuǎn)過程。由于與晶界的連接，這種旋轉(zhuǎn)受到一定的限制，但是變形量大的話，任意方向的各決定也將逐步調(diào)整，多晶體的晶粒方位可能出現(xiàn)一定的有序性。這種多晶體在原來取向混亂排列的顆粒中，各晶種取向大體一致的過程稱為“右翼取向”。傾向于理想的決定組織稱為“變形組織”。蠶絲組織蠶絲組織是在拉

3、拔和擠壓加工中形成的。牙齒加工在軸對稱狀態(tài)下變形，主變形圖是始終拉伸的雙向壓縮。變形后晶粒有與最大主變形方向平行的共同結(jié)晶方向。用牙齒晶體一直表示絲綢組織。實驗表明，對以面為中心的立方金屬(如金、銀、銅、鋁、鎳等)經(jīng)過比較大的變形程度后得到的絲綢結(jié)構(gòu)是總和。對棉芯立方金屬而言，絲結(jié)構(gòu)與金屬的堆積層奧納基有關(guān)。層錯的話，能量高的金屬111絲綢結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。對于體芯立方金屬，無論成分如何，其絲組織都是相同的。印后的鐵、銅、鎢等金屬都有110絲組織。，其特征是每個粒子的一個晶體方向傾向于與軋制方向平行，一個晶面傾向于與軋制平面平行。因此，板塊組織以其晶面和晶面共同表達(dá)。，需要注意的是，將變形金屬的每個晶

4、粒轉(zhuǎn)移到上述組織的結(jié)晶方向和晶面上，只是理想情況。實際上變形金屬的晶粒方向只能朝向這種組織，一般而言，隨著變形程度的增加，朝向這種方向的顆粒越多，這種組織就越完整。組織可以用x光衍射的方法測量。，3.1.2金屬性能的變化，機(jī)械性能的變化1)加工硬化2)各向異性物理化學(xué)性能的變化1)金屬密度的變化2)導(dǎo)電性能的變化3)導(dǎo)熱性能的變化4)導(dǎo)熱減少5)磁變化，加工硬化，金屬材料冷加工變形后的強(qiáng)度(加工硬化是金屬材料的重要特性，可以用作加強(qiáng)金屬的手段特別是一些不能通過熱處理加強(qiáng)的材料純金屬、奧氏體不銹鋼等合金，主要通過冷加工加強(qiáng)。單晶的切向應(yīng)力應(yīng)變曲線顯示塑性變形的三個階段，階段容易滑動。當(dāng)t達(dá)到晶體

5、的C時，如果應(yīng)力沒有增加太多，就會發(fā)生相當(dāng)大的變形。牙齒段接近直線，斜率低。也就是說，加工硬化率較低，通常為10-4G數(shù)量級(G是材料的剪切系數(shù))。階段線性硬化階段：隨著變量的增加，應(yīng)力線性增加，牙齒段也是直線，斜率大，加工硬化非常明顯，接近G/300牙齒常數(shù)。階段拋物線硬化階段：隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力上升緩慢，變成拋物線，逐漸下降。在三個茄子典型的晶體結(jié)構(gòu)金屬單晶的固化曲線中，面心立方體和體心立方體晶體顯示出典型的三個階段，六邊形金屬單晶的第一階段通常很長，比其他結(jié)構(gòu)的晶體長得多。所以第一階段還沒有充分發(fā)展的時候，詩篇就已經(jīng)斷了。單晶體和多晶應(yīng)力應(yīng)變曲線比較(室溫)(a)Al (b)Cu，多晶

6、的塑性變形由于晶界的干擾作用和晶粒之間的曹征要求，每個晶界不能同時作為單個滑動系統(tǒng)運動進(jìn)行工作，因此多晶度的應(yīng)力應(yīng)變曲線不會出現(xiàn)在單晶曲線的第一階段I尤其是不能用一般的熱處理手段加強(qiáng)的不變金屬材料，變形硬化是更重要的強(qiáng)化手段。加工硬化也有不利的一面。例如，在冷軋、冷拔等冷加工過程中，變形阻力的上升和塑性的下降會給繼續(xù)加工帶來困難，因此，在工藝過程中，必須增加退火工藝。各向異性、金屬材料經(jīng)過塑性變形后，出現(xiàn)不同類型的組織，具體取決于加工方法。由于組織的存在，根據(jù)產(chǎn)品的方向，性能的差異會產(chǎn)生各向異性。各向同性金屬板，拉深后，杯邊通常比較平坦。有織物的板材沖壓杯的邊緣出現(xiàn)高低起伏的波紋。波浪形的凸起

7、部分稱為“制作耳朵”。因組織而產(chǎn)生的耳朵制作現(xiàn)象稱為“耳朵制作效果”。沖壓后產(chǎn)品用耳朵制作，必須去掉。這樣不僅增加了金屬的損失和邊緣切割工藝，而且由于各向異性，沖壓零件的壁厚不均勻，會影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，要避免生產(chǎn)上“造耳效果”的發(fā)生。深打孔的耳制，金屬密度的變化，冷變形后晶體內(nèi)或晶體間出現(xiàn)微小的裂紋、裂紋、孔等缺陷，金屬的密度必須降低。如圖所示，青銅退化后密度為8.915g厘米3。該銅的密度從8.905g厘米3下降到8.89g厘米3。變形度與密度的關(guān)系(1)青銅(2)銅，導(dǎo)電度的變化，一般金屬隨著冷變形程度的增加，比特密度增大，點陣畸變發(fā)生時電阻上升。例如，冷變形量達(dá)82的銅絲比電

8、阻增加2。冷變形99鎢絲，比電阻增加50，但有時隨著冷變形程度的增加，電阻也不會上升，大幅減少。例如，冷軋鋼絲。這是因為偏振態(tài)珠光體朝鋼絲的軸方向。這是因為方向性引起的電阻減少超過了氣體冷卻加工引起的電阻上漲。冷變形還可以破壞結(jié)晶間物質(zhì)，使粒子徐璐接觸，減少電阻增加的導(dǎo)電性。因此，應(yīng)綜合考慮冷變形對導(dǎo)電性的影響。耐蝕性能的變化，冷變形后金屬的殘余應(yīng)力和內(nèi)部能量增加，化學(xué)不穩(wěn)定性增加，抗蝕性能降低。例如，冷變形的純鐵溶于酸的速度比退火狀態(tài)快。冷變形引起的內(nèi)部應(yīng)力是金屬腐蝕(“應(yīng)力腐蝕”)的重要原因，在實際應(yīng)用中是相當(dāng)普遍和嚴(yán)重的問題。例如，冷加工的黃銅由于內(nèi)部應(yīng)力，可能牙齒在氨、銨鹽、汞蒸汽和海

9、水中發(fā)生嚴(yán)重腐蝕破裂(也稱為“季節(jié)性疾病”)。高壓鍋爐，鉚釘?shù)母g破裂等。防止應(yīng)力腐蝕的主要方法是消除內(nèi)應(yīng)力的退火。熱傳導(dǎo)和磁變化、冷變形還可以降低金屬的導(dǎo)熱系數(shù)。銅冷變形后，導(dǎo)熱系數(shù)降低到78%。冷變形也能改變磁性。冷變形后可以減少磁性，例如鋅和銅。經(jīng)過高度的冷加工后，銅可以成為順磁性金屬。順磁性金屬的冷變形可以降低磁化敏感性等。3.2熱加工變形中組織性能的變化，熱加工變形的特性金屬組織的變化金屬性能的變化，熱加工變形的特性，金屬熱加工與冷加工相比具有以下優(yōu)點：熱加工時金屬塑性好，斷裂傾向小，可使用大變形量。因為變形溫度的提高，完全再結(jié)晶消除了加工硬化，在破裂和愈合過程中，加速了愈合，為具有

10、擴(kuò)散性的塑料機(jī)制的同時作用提供了條件。(David aser，Northern Exposure(美國電視電視劇)，變形時變形阻力低，可塑性高，變形達(dá)到尺寸要求時消耗的能量少。因為在高溫下，原子的運動和熱振動有所提高，擴(kuò)散過程和溶解過程加快，金屬的臨界剪切應(yīng)力降低。許多金屬的滑移系統(tǒng)數(shù)量增加，變形更加協(xié)調(diào)。加工硬化現(xiàn)象是由于再結(jié)晶完全實現(xiàn)而消除的。熱處理變形量大，不需要像冷加工一樣補(bǔ)充中間退火，因此程序短，效率高。熱加工可以加工不能在室溫下進(jìn)行塑料加工的金屬，如鈦、鎂、鉬、鎳基高溫合金等。熱加工作為毛坯，可以改善粗鑄組織，使疏松，小裂紋愈合。熱加工的金相和性能可以徐璐通過不同的熱加工溫度、變形

11、程度、變形速度、冷卻速度、軌道間隔時間等進(jìn)行控制。與冷加工相比，熱加工變形一般不容易生成組織。因為在高溫下滑動的系統(tǒng)很多，滑動面和滑動方向不斷變化。因此，熱加工工件的首選方向或方向較小。熱加工在實際生產(chǎn)中還存在以下缺陷。熱加工需要加熱。比冷加工簡單容易。熱加工產(chǎn)品的組織和性能比冷加工更均勻，更容易控制。溫度的均勻性調(diào)節(jié)差異。熱處理產(chǎn)品比冷加工產(chǎn)品尺寸精度低，表面光滑。有氧化鐵板和冷卻收縮。薄或細(xì)的加工品溫度下降快，尺寸精度差，不易采用熱加工。從提高鋼的強(qiáng)度來看，熱加工不如冷加工。因為熱處理時，溫度的作用使金屬變軟。一些金屬經(jīng)熱處理后渡邊杏。例如，如果普通鋼包含更多的FeS，或者銅包含Bi，則晶

12、界中由這些雜質(zhì)組成的低熔點共晶體將熔化，破壞晶間耦合，從而導(dǎo)致金屬破裂。熱加工和冷加工的主要區(qū)別是金屬在熱加工時硬化(加工硬化)和軟化(恢復(fù)和再結(jié)晶)的對決過程同時出現(xiàn)。在熱加工中，軟化作用可以抵消和超過硬化作用，因此沒有加工硬化效果，冷加工相反，加工硬化效果明顯。金屬組織及性能的變化、熱加工不能引起加工硬化，但會對金屬的組織和性能產(chǎn)生重大變化。熱加工變形可以視為加工硬化和再結(jié)晶過程的重疊。在牙齒過程中，由于再結(jié)晶充分進(jìn)行，變形時依賴三向壓力應(yīng)力狀態(tài)等因素，金屬可以壓縮或焊接、(1)鑄造金屬組織的收縮、松散、縫隙、氣泡等缺陷。金屬變形中加工硬化引起的不致密現(xiàn)象也隨著再結(jié)晶的進(jìn)行而恢復(fù)。(2)在熱處理變形中，可以打破晶粒細(xì)化和雜物。(3)形成纖維組織也是熱加工變形的重要特征。鑄造金屬在熱加工變形中形成的纖維組織不同于在冷加工變形中結(jié)晶拉長而形成的金屬的纖維組織。電子是由于鑄造組織晶界中不溶物質(zhì)的延長而引起的。由于纖維組織的出現(xiàn)而變形的金屬在縱向和橫向上徐璐具有不同的力學(xué)性能。在生產(chǎn)中，實際上可以利用纖維組織使金屬定向的特征，使纖維組織形成的流線在工件內(nèi)分布得更好。(威廉莎士比亞、纖維組織、纖維組織、纖維組織、纖維組織、纖維組織、纖維組織、纖維組織)見圖(a)。(a) (b)，(4)金屬在熱變形