金屬材料的強化理論之形變強化

變（biàn）形（xíng）強化現象

經過軋（zhá）製（zhì）、衝壓、彎（wān）曲等冷變形後，金屬的強（qiáng）度和硬度增加，塑性降低。

單（dān）晶的（de）塑（sù）性變形（xíng）2

1.單晶滑（huá）移塑（sù）性變形的基本模式（shì）

2.滑移係

滑動麵（miàn）和該麵上的滑動方（fāng）向構成滑動係統。

一般（bān）來說，滑移麵通常是原子的密排麵，滑移方向是原子排列最緊密的方向。金屬中（zhōng）的滑移係越多，其（qí）塑性就越好。

3.滑動時晶體的旋轉

當晶體在拉力F的作用下滑移時，如果不受夾頭的限製，滑移麵和方向不變，拉伸時取向（xiàng）不變。當（dāng）存在（zài）卡（kǎ）盤限製時（shí），為了保持拉伸軸（zhóu）的方向不（bú）變，單晶的取向必（bì）須相對（duì）旋轉，即滑移麵（miàn）和滑（huá）移方向發生變化。

4.多重滑移

當隻有一個滑移係開始時(單滑移係)，通常發生在密排六方結構的金屬中，滑移係（xì）很少。對於具（jù）有許多滑移係的晶體，初始滑移首先在最有利取向的滑移係中進行。而晶體旋轉的（de）結果是，其他滑移係中的切削應力可（kě）能達到一個足（zú）以（yǐ）引起滑移的臨界值，所以滑（huá）移過程會在兩個或多個滑移係中同時或交替進行。

3滑移的位錯機製

1.位錯運動和晶體滑移

銅的理論計算強度為1500MPa，而實測強度僅（jǐn）為0.98MPa，這說明實際的晶體滑移並（bìng）不是晶體的一部分相對（duì）於另一部分的剛性運動，而（ér）是位錯在剪切應力作用（yòng）下逐漸沿滑移麵移（yí）動的結果。

當位錯（cuò）線移動到晶體表麵時，在表麵留（liú）下原子間距的滑移變形。

2.滑動的機理。

將滑移視為剛性整體滑移所需的理論臨界剪應力比實際測量（liàng）的臨界剪應力大3-4個數量級。滑移（yí）是通過（guò）滑（huá）移麵上的位（wèi）錯運動實現的。

刃位錯的運動

3.位錯增殖

晶體塑性變（biàn）形時，產生大（dà）量的滑移帶，需（xū）要大量的位錯。實際上，晶體中的位錯數量沒有減少，而是增加了（le），表明存在位錯增殖機製。

4.位錯的輸（shū）送和堵塞

多（duō）係統滑移時，不同滑移麵（miàn）上的（de）位錯相遇形成切割台階(新的位錯線)，一方麵增加了位錯線的長度，另一方麵（miàn）可能形成（chéng）難以移動的固定切割台階，成為後續位錯運動的障礙。

位錯在剪切應力下運動時，如果遇（yù）到固定位錯、雜質顆（kē）粒、晶（jīng）界等障礙。，前導位錯會在障礙物前停止，後續位錯會被堵塞，形成位錯平（píng）麵（miàn）堵塞群，在障礙物（wù）前（qián）端形成高應力（lì）集中。

5.剪切和（hé）孿晶（jīng）

它是孿（luán）晶的一部分相對於另一部分沿某一晶麵(稱為孿晶麵)產生一定角度的均勻剪切過程（chéng）。孿晶界兩側的晶體（tǐ）是鏡像對稱的。

孿晶也（yě）是一種塑性（xìng）變形模式。要改變孿晶的取向，需要剪切應力遠大於滑移，變形速度接近（jìn）音速，相鄰原（yuán）子平麵的（de）相對位移小於一個原子距離（lí）。

密（mì）排六方晶格金屬幾乎沒（méi）有滑移係，通常以孿生方式變形。立方晶格金屬的孿晶變形隻在低溫或衝擊下發生。麵心立方晶格（gé）金屬一般沒有孿晶（jīng）變形（xíng），但經常發現孿晶，這（zhè）是相變過程中原子的位錯造成的，稱為（wéi）退火孿晶。

多晶體的（de）塑性變形特征

1.非同時性

多晶體變形時，隻有具（jù）有有利取向(取（qǔ）向因子最大)的晶粒的滑移係才能首先開始。

2.協調（diào）

多（duō）晶體變形時（shí），一個晶粒的變形必須與相鄰晶粒的（de）變形相協調，以避免晶粒間的斷裂。多晶（jīng）體的塑（sù）性變（biàn）形是由每個晶粒的多係統滑移來協調的。

3.不均（jun1）勻（yún）性

多晶體變形時，各晶粒的（de）變形量不同，晶界強度高於各晶粒內部（bù），使得各晶粒（lì）內（nèi）部變形不均（jun1）勻。

5金屬結構（gòu）的塑性變形

和性能影響。

1.塑性變（biàn）形對金屬結構的影（yǐng）響

1)形成纖維組織

金（jīn）屬塑性變形時，晶粒（lì）沿變形方向拉長，變形量大時變成纖維狀條紋。

2)形成變形織構

隨著（zhe）變形，晶體旋轉。當變形較大時，各晶粒（lì）的取向趨於一致（zhì）。這種因變形而使晶粒具有擇優（yōu）取向的織構，稱為變形織構。

3)子結構細化

冷變形會（huì）增加晶粒中（zhōng）的位錯密度。隨著變形量的增加，位錯相互纏繞，在晶粒中形成胞狀亞結（jié）構。

4)晶格嚴（yán）重（chóng）扭曲（qǔ）。

2.塑性變（biàn）形對金（jīn）屬性能（néng）的影響

1)塑（sù）性變形對金屬機械性能的影響

由於纖維（wéi）結構和形變織構的形成，金屬具有明顯的各向異性。

隨著位錯密度的增加，位（wèi）錯運動過程中的相互傳遞加劇，產生位錯塞積群、切割台階和纏結（jié）網等障礙，阻礙位錯的進一步運動（dòng），增加變形抗力，提高（gāo）金屬的（de）強度。

2)塑（sù）性變形對金屬物理化學（xué）性質的影響

隨著塑（sù）性變形量的增加，金屬的電導率、電阻溫（wēn）度係數和熱導率降低，磁導率和飽和度降低（dī），矯（jiǎo）頑（wán）力增加，內能（néng）和化（huà）學活性增加，耐蝕性降低。

冷變形金屬的回複和再結晶

1.冷變形（xíng）金屬加熱時組織和性能的變化。

冷變形後，金屬（shǔ）的顯微（wēi）組織處於（yú）不穩定狀態，往往會自發恢複（fù）到穩定（dìng）狀態。但在室溫下，原子擴散能力（lì）小，不穩（wěn）定狀態可以維持很長時間。加熱可以增加原子擴散能力，金屬（shǔ）會依次恢複、再結晶、長大。

回複

當受到冷塑性變形的金屬被加熱時，在光學顯微組織發生變化之前(即再結晶晶粒形成之前)某些亞結構和性能之間的變化過程稱為回複。

回複階段點缺陷和位錯（cuò）遷移引起的一些晶內變（biàn）化。比如空位與其他缺陷合並，同一滑移麵上不同符號的位錯相（xiàng）遇（yù）合並，減（jiǎn）少了缺陷的數量。

由於位錯運動，它由冷塑性變形時（shí）的無序狀態變為垂直分布，形成亞晶界。這（zhè）個過程稱為多邊形形成。

在回收過程（chéng）中，顆粒保（bǎo）持纖維狀（zhuàng），機械性能(硬度、強度等（děng）。)變化不大，塑性略有提高，宏觀內應力基本消除，但某些物理化學性（xìng）能變化明顯，如電導率和抗應力腐蝕能力提高（gāo）。

3.再結（jié）晶

當冷變形金屬的加熱溫度較（jiào）高時，變形組織（zhī）的（de）基體上產生新的未畸變的晶核（hé），並迅速長大為等軸晶粒。

再（zài）結晶是成核和生（shēng）長的過程，但沒有新相形成。重結晶發生在一個溫（wēn）度範圍內。再結晶後，冷變形金屬的（de）強度和硬度降（jiàng）低，塑性和韌性提高，微觀內應力完全消除，金屬性能基本（běn）恢複到冷變形前的水平。

4.晶粒生長

當再結晶完成時，通常獲得細小的等軸晶（jīng）粒結構。如果（guǒ）加熱溫度持續升高或保溫時間延長，晶粒將進一步長大（dà）。