8.金属塑性变形和加工硬化

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1、8.金属的塑性变形和加工硬化1．加工硬化：金属在冷塑性变形过程中，随着变形程度增加，其强度和硬度提高而塑性（延伸率、面缩率）则降低，这种现象称为加工硬化。2．面心立方金属单晶体的应力-应变曲线。ⅰ硬化系数θ较小，一般认为在此阶段只有一个滑移系统起作用，强化作用不大，称位易滑移阶段。ⅱ硬化系数θ最大且大体上是常数，对于各种面心立方金属具有相同的数量级，故称为线性硬化阶段。ⅲ硬化系数θ随变形量的增加而逐渐减小，故称为抛物线强化阶段。3．对应力-应变曲线影响的主要因素。4．面心立方金属形变单晶体的表面现象。ⅰ除了照明特别好（暗

2、场），用光学显微镜一般看不到滑移线。ⅱ光学显微镜在暗场下可以看到滑移线，线长随应变的增加而递减，电镜观察到的单个滑移线比第一阶段粗而短。ⅲ出现滑移带，带中包括许多靠的很近的滑移线，应变增加，带间不在增加新的线，形变集中在原来的带中，滑移带端出现了碎化现象。5．面心立方金属单晶体的加工硬化理论。6．多晶体是通过晶界把取向不同，形状大小不同，成分结构不同的晶粒结合在一起的集合体。晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。ⅰ障碍强化作用ⅱ多系滑

3、强化作用ⅲ多晶体变形的不均匀性7．金属多晶体应力-应变曲线ⅰ点阵类型和金属种类的影响ⅱ变形温度于应变速率的影响a.随温度升高可能开动新的滑移系统。b.随温度升高可在变形过程中出现回复和再结晶现象，引起金属软化，减弱加工硬化。c.随温度升高可能出现新的塑性变形机理，使加工硬化减弱。1．细化晶粒对金属材料的力学性能有何影响？有哪些途径可以细化晶粒？细化晶粒可以提高韧性，有助于防止脆性断裂发生，可以降低脆性转化温度，提高材料使用范围，在低强度钢中，利用细化晶粒来提高屈服强度有明显效果。细化途径：（1）改变结晶过程中的凝固条件，

4、尽量增加冷却速度，另一方面调节合金成分以提高液体金属过冷能力，使形核率增加，进而获得细化的初生晶粒。（2）进行塑性变形时严格控制随后的回复和再结晶过程以获得细小的晶粒组织。（3）利用固溶体的过饱和分解或粉末烧结等方法，在合金中产生弥散分布的第二相以控制基体组织的晶粒长大。（4）通过同素异形转变的多次反复快速加热冷却的热循环处理来细化晶粒。2．固溶强化机理：固溶强化机理即溶质原子与位错的相互作用，有四种主要类型。（1）溶质原子与位错的弹性相互作用：溶质原子对位错的钉扎形成气团；由于溶质原子的溶入而导致合金弹性模量的变化；因

5、为溶质原子与溶剂原子尺寸差异而引起的弹性应力场阻碍了位错运动。（2）溶质原子与位错的化学相互作用：铃木钉扎。（3）溶质原子与位错的电学相互作用（4）几何相互作用。3．由于溶质原子对位错的钉扎，对于处在低温变形或较高温度变形后的体心立方金属的应力—应变曲线，变形材料的外观、性能将产生什么样的影响？为什么？应力—应变曲线上出现上、下屈服点和屈服延伸区，出现屈服效应现象，当温度从室温上升时，出现动态形变时效，上下屈服点反复出现，变形材料的外观出现吕德斯带缺陷，变形材料引起金属软化，使加工硬化减弱4．解释什么是屈服效应现象？这种

6、效应在变形金属表层上会产生什么缺陷？原因是什么？如何消除？在拉伸曲线上出现上屈服点、下屈服点和屈服延伸区的现象称为屈服效应。这种效应在变形金属表面上会产生吕德斯带缺陷，因为在外应力作用下，某些地方位错钉扎不牢，它们首先摆脱溶质原子的气团开始运动位错源开动。位错向前运动时，在晶界前受阻堆积，产生很大的应力集中，再迭加上外应力就会使相邻的晶粒内的位错源开动，位错得以继续传播下去，这一过程进行的很快，所以就形成了不均匀的变形区，在金属外观上反映是一种带状的表面粗糙的缺陷。在钢中加入少量的Al,Ti等强氮、碳化物形成元素，它们同

7、C、N结合称化合物把C、N固定住了，使之不能有效的钉扎住位错，因而消除屈服效应现象；或在钢板冲压前进行小量的预变形，使被溶质原子钉扎的位错大部分基本摆脱气团包围，然后加工则不会出现吕德斯带了。5．形变时效：把屈服效应显著德金属材料拉伸到超过屈服延伸区德变形程度后，去掉载荷，又立即重新加载时，刚开始塑性变形的应力仍等于卸载前的应力，若卸载后经过长时间的停留再重新加载时，则开始塑性变形时的应力要高于卸载时的应力，并且重新出现了屈服效应现象。这即是形变时效现象。1．形变时效现象的原因：预先加载时产生塑性变形使位错摆脱溶质原子气

8、团的钉扎，如果卸载时间过长，溶质原子有时间通过扩散重新包围位错形成新的气团，钉扎住位错，所以再重新加载时又会出现屈服效应。温度足够高时，在变形过程中就可能产生时效称动态形变时效。2．聚合型两相合金中有一相为硬脆相时，请分析硬脆相的存在及其形状对合金的力学性能有哪些影响？(1)渗碳体以片层状分布于塑性较好的铁素体中，铁