1、4.1.1冷塑性變形機理 多晶體的塑性變形包括晶內變形和晶界變形晶間變形兩種。在冷態(tài)條件下，由于晶界強度高于晶內，多晶體的塑性變形主要是晶內變形，晶間變形只起次要作用，而且需求有其它變形機制相協(xié)調。 4-1金屬冷態(tài)下的塑性變形 晶內變形方式有滑移和孿生。由于滑移所需臨界切應力小于孿生所需臨界切應力，故多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形，孿生變形是次要的，普通僅起調理作用。對于密排六方金屬，孿生變形起著重要作用。 圖4-1 晶體滑移時的應力分析 晶體的滑移過程，本質上是位錯的挪動和增殖的過程。由于在這個過程中位錯的交互作用，位錯反響和相互交割加劇，產(chǎn)生固定割階、位錯纏結等妨礙，使位錯難以越過這些

2、妨礙。要使金屬繼續(xù)變形，就需求不斷添加外力，便產(chǎn)生了加工硬化。 圖4-2 刃型位錯運動呵斥晶體滑移變形的表示圖4-3 螺型位錯運動呵斥晶體滑移變形的表示圖4-4 面心立方晶體孿生變形表示 冷塑性變形時，多晶體主要是晶內滑移變形;本質上是位錯的挪動和增殖的過程;由于位錯的交互作用,塑性變形時 產(chǎn)生了加工硬化。 4.1.2 冷塑性變形特點1各晶粒變形的不同時性 塑性變形首先在位向有利的晶粒內發(fā)生,位錯源開動,但其中的位錯卻無法移出此晶粒,而是在晶界處塞積。位錯塞積產(chǎn)生的應力場越過晶界作用到相鄰晶粒上,使其得到附加應力。隨外加應力的增大,最終使相鄰位向不利的晶粒中滑移系的剪應力分量到達臨界值而開動起

3、來,同時也使原來的位錯塞積得到釋放,位錯運動移出晶粒。如此繼續(xù)運作,使更多晶粒參與變形。2各晶粒變形的相互協(xié)調性 晶粒的變形需求相互協(xié)調配合，如此才干堅持晶粒之間的延續(xù)性，即變形不是孤立和恣意的。3變形的不均勻性 軟位向的晶粒先變形，硬位向的晶粒后變形，其結果必然是各晶粒變形量的差別，這是由多晶體的構造特點所決議的。4.1.3 冷塑性變形對組織與性能的影響1對金屬組織的影響1在晶粒內部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶等組織銅多晶試樣拉伸后構成的滑移帶,x173倍(采自C.Brady,美國國家規(guī)范局) 多晶銅拉伸后，各個晶?；茙У墓鈱W顯微鏡照片。銅是FCC晶體，滑移系是111/，有12種組合。由圖看出，每個

4、晶粒有兩個以上的滑移面產(chǎn)生了滑移。由于晶粒取向不同，滑移帶的方向也不同。 2構成了纖維組織 冷加工變形后，金屬晶粒外形發(fā)生了變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變形一致。軋制變形時，原等軸晶粒沿變形方向伸長。變形程度大時，晶粒呈現(xiàn)為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當有夾雜或第二相質點時，那么它們會沿變形方向拉長成細帶狀或粉碎成鏈狀。 工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(150X)a)變形程度20% b)變形程度50% c)變形程度70%3變形織構 多晶體塑性變形時伴隨著晶粒的轉動，當變形量很大時，多晶體中原為恣意取向的各個晶粒，會逐漸伐整其取向而彼此趨于一致，這種由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為“

5、變形織構。 絲織 構表示圖a拉拔前 b拉拔后板織構表示a) 軋制前 b軋制后因板織構所呵斥的“制耳a) 無制耳 b) 有制耳4晶粒內產(chǎn)生胞狀亞構造 塑性變形主要是借位錯的運動而進展的。經(jīng)大變形后，位錯密度可從退火形狀的106107cm-2添加到10111012cm-2。位錯運動及交互作用結果，其分布是不均勻的。它們先是比較紛亂地糾纏成群，構成“位錯纏結。假設變形量增大，就構成胞狀亞構造。 金屬經(jīng)變形后的亞構造2對金屬性能的影響 隨著變形程度的添加，金屬強度、硬度添加，而塑性、韌性降低。 金屬的性能將顯示各向異性 。45號鋼力學性能與變形程度的關系曲線青銅的加工硬化青銅的加工硬化非常嚴重，在冷拉

6、拔時需反復退火以改善其塑性。因加工硬化嚴重，塑性下降，青銅在拉拔時發(fā)生脆斷。 4-2金屬熱態(tài)下的塑性變形4.2.1熱塑性變形時軟化過程1動態(tài)回復 動態(tài)回復是在熱變形過程中發(fā)生的回復，金屬即使在遠高于靜態(tài)再結晶溫度下塑性變形時普通也只發(fā)生動態(tài)回復。2動態(tài)再結晶 動態(tài)再結晶是在熱變形過程中發(fā)生的再結晶，與靜態(tài)再結晶一樣，也是經(jīng)過形核和生長來完成的。它容易發(fā)生在層錯能較低且有較大熱變形程度的金屬上。3靜態(tài)回復 在較低的溫度下、或在較早階段發(fā)生轉變的過程成為靜態(tài)回復。它是變形后的金屬自發(fā)地向自在能降低的方向轉變的過程。4靜態(tài)再結晶 在再結晶溫度以上，金屬原子有更大的活動才干，會在原變形金屬中重新構成新

7、的無畸變等軸晶，并最終取代冷變形組織，此過程稱為金屬的靜態(tài)再結晶。冷變形金屬加熱時組織和性能的變化如圖49冷變形金屬加熱時組織和性能的變化5亞動態(tài)再結晶 熱變形中曾經(jīng)構成但未長大的再結晶晶核以及長大途中遺留下的再結晶晶粒，但變形停頓后溫度足夠高時，會繼續(xù)長大，此過程稱為亞動態(tài)再結晶。它不需形核，所以進展得很快。 圖4-10為熱軋和熱擠時，動、靜態(tài)回復和再結晶的表示圖。 圖4-10 動、靜回復和再結晶表示4.2.2熱塑性變形機理 變形機理主要有：晶內滑移與孿生、晶界滑移和分散蠕變。高溫時原子間距加大，熱振動和分散速度增加，位錯滑移、攀移、交滑移及節(jié)點脫錨比低溫容易；滑移系增多，滑移靈活性提高，各

8、晶粒之間變形更加協(xié)調；晶界對位錯運動妨礙作用減弱。因此，其主要機理依然是晶內滑移。 熱塑性變形時，由于晶界強度降低，使得晶界滑動易于進展；溫度越高，原子動能和分散才干就越大，分散蠕變既直接為塑性變形作奉獻，也對晶界滑移其調理作用。 熱塑性變形的主要機理依然是晶內滑移；由于晶界滑動和分散蠕變作用的添加，再加之變形時會產(chǎn)生動態(tài)回復和再結晶。因此，熱態(tài)下金屬塑性變形才干比冷態(tài)下高，變形抗力較低。 圖4-11 分散蠕變表示a空位和原子的挪動方向 b晶內分散 c晶界分散4.2.3熱塑性變形對金屬組織和性能的影響1對組織的影響1改善晶粒組織，細化晶粒 對于鑄態(tài)金屬，粗大的樹枝狀晶經(jīng)塑性變形及再結晶而變成等

9、軸細晶粒組織；對于經(jīng)軋制、鍛造或擠壓的鋼坯或型材，在以后的熱加工中經(jīng)過塑性變形與再結晶，其晶粒組織普通也可得到改善。 擠壓+軋制對Nb棒組織影響1-2 T1-3 T1-3 W1-6 W1-6 T1-2 T1-31-6200mm600mm擠壓后下料表示圖3800mm5.5級8-10級7-9級8-10級7-9級 以下圖為TC11鈦合金鑄錠開坯后，320mm大規(guī)格棒材的高低倍組織。TC11合金320毫米棒材低倍照片原始粗大的網(wǎng)籃組織 后經(jīng)過三火加熱，8鐓8拔，鍛后水冷的改鍛工藝，低倍為模糊晶，高倍為雙態(tài)組織。GT25000艦用發(fā)動機盤餅坯直徑之半低倍照片GT25000艦用發(fā)動機盤高倍照片雙態(tài)組織2鍛

10、合內部缺陷 鑄態(tài)金屬中疏松、空隙和微裂紋等缺陷被壓實，提高金屬致密度。鍛合閱歷兩個階段：缺陷區(qū)發(fā)生塑性變形，使空隙兩壁閉合；在壓應力作用下，加上高溫，使金屬焊合成一體。沒有足夠大的變形，不能實現(xiàn)空隙閉合，很難到達宏觀缺陷焊合。足夠大三向壓應力，能實現(xiàn)微觀缺陷鍛合。 3構成纖維組織 在熱變形過程中，隨變形程度添加，鋼錠內粗大樹枝晶沿主變形方向伸長，與此同時，晶間富集的雜質和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致，構成流線。由于再結晶的結果，被拉長的晶粒變成細小的等軸晶，而流線卻很穩(wěn)定地保管下來直至室溫。性能特點：具有各向異性 a縱向平行纖維方向，韌、塑性添加 b橫向垂直于纖維方向，韌、塑性降低

11、但抗剪切才干顯著加強熱軋對晶粒組織的影響圖4-12 鋼錠鍛造過程中纖維組織構成的表示低碳鋼熱加工后的流線 吊鉤中的流線分布左正確右不正確 FWP-7甲發(fā)動機級盤970(常規(guī))鍛后空冷的低倍流線4破碎改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布 高速鋼、高鉻鋼、高碳工具鋼等，其內部含有大量的碳化物。經(jīng)過鍛造或軋制，可使這些碳化物被打碎、并均勻分布，從而改善了它們對金屬基體的減弱作用。 2對性能的影響 細化晶粒、鍛合內部缺陷、破碎并改善碳化物和非金屬夾雜在鋼中分布可提高資料的強度、硬度、塑性和韌性。 纖維組織構成，使金屬力學性能呈各向異性，沿流線方向比垂直流線方向具有較高的力學性能，其中尤以塑性、韌性目的最為顯著。 變形類型工藝方法組織變化性能變化冷變形冷軋、拉拔、冷擠壓、冷沖壓、冷鐓晶粒沿變形方向伸長，形成冷加工纖維組織；晶粒破碎，形成亞結構；位錯密度增加 ；晶