1、1,合金的塑性变形与纯金属的变形基本一致，只是由于合金元素的加入而使金属晶体结构发生了变化,从而改变了基体金属的变形拉力，使材料机械性能发生了显著变化。这对工程上的塑性加工和强化金属有重大意义。 合金元素在金属基体中的存在形式有两种 一是形成固溶体； 二是形成第二相，与基体组成机械混合物。,11-5 合金的塑性变形,2,由于异类原子（溶质原子）的存在，使合金塑性变形抗力大大提高，表现为强度、硬度增加，塑性、韧性下降，这种现象称为固溶强化。,3,(b) 溶质原子小于溶剂的置换固溶体溶质原子,(a) 溶质原子大于溶剂的置换固溶体原子,(c) 间隙固溶体原子在位错附近的分布,4,固溶强化的实质是溶质
2、原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。 溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小畸变，使系统更加稳定，此即称为柯氏(cotrell)气团。 柯氏气团对位错有“钉扎”作用。为了使位错挣脱气团而运动，必须施加更大的外力。 因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯金属。,5,利用位错与溶质原子的弹性交互作用，可以解释某些固溶体合金中的上、下屈服点现象和应变时效现象。,在低碳钢的应力应变曲线中出现了明显的屈服点（称为上屈服点）后，应力突然下降到一个较低的值（下屈服点），此后试样继续伸长，而应力保持不变，即发生屈服伸长。,6,当第二相比基体硬，但塑性较好时，合金的变形行
3、为和性能与两个相的体积分数有关。 如H62黄铜的组织。如下图。,多相合金的塑性变形,H62的铸态组织 H62变形和退火后的组织,7,当第二相比较脆时，合金性能除与相的相对量有关外，主要还取决于脆性相的形状、分布等。 如下图中灰口铸铁的组织。,片状石墨（灰口铸铁） 球状石墨（球墨铸铁）,多相合金的塑性变形,8,又如钢中的渗碳体，当它呈连续网状分布在珠光体边界上时，使钢的脆性增大， 若以片层状分布在珠光体中时，使钢的强度增大。,含碳1.2的钢缓冷后的组织 珠光体组织形态,多相合金的塑性变形,9,当第二相颗粒非常细小，弥散地分布在基体相中时，合金的变形抗力很大，强度将显著提高。通常,当第二相粒子的尺
4、寸达到某一临界值时，强化作用最大；而尺寸过大或过小，合金的强度均有所下降。 强化机制有两种：位错绕过机制及位错切过机制,黄铜中围绕着Al2O3粒子的位错环（透射电镜像）,在Ni-Cr-Al合金中位错切过Ni3Al粒子（透射电镜像）,多相合金的塑性变形,10,11-6 冷塑性变形金属加热时的组织变化与储藏能,塑性变形后的金属发生组织改变、产生了大量晶体缺陷，同时，变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变能，因此冷加工金属的组织和性能处于亚稳定状态 室温下，原子扩散能力低，这种亚稳状态可一直维持下去,如果把冷变形金属进行加热，就会发生组织结构和性能的变化 储藏能是促使冷变形金属发生变化的驱动力 根据冷
5、变形金属加热时加热温度的不同，从储能释放及组织结构和性能的变化来分析，将发生回复、再结晶及晶粒长大过程 经塑性变形后的金属再进行加热的过程称之为“退火”,11,一、 冷变形金属退火时的组织变化,再结晶阶段先出现新的无畸变的核心，然后长大，直到完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒,回复阶段组织几乎没有变化，晶粒仍是冷变形后的纤维状,晶粒长大阶段新晶粒互相吞并而长大,12,H68黄铜退火组织,冷轧后退火，组织完全恢复，120x,6.9mm轧到1.0mm，83，轧制后晶粒拉长，破坏，出现大量滑移带， 形成纤维组织，120x,13,二、 储藏能,金属在塑性变形时所消耗的大量能量，除绝大部分转化为热以外，
6、尚有一小部分以储能的形式保留在金属之中 储能的主要形式是弹性应变能和点缺陷、位错 储能是回复和再结晶的驱动力，在回复和再结晶阶段全部释放出来 按材料种类的不同，储能释放曲线A、B、C三种形式,14,冷变形材料退火时储能的释放,A:纯金属 B：不纯的金属 C：合金,15,冷变形材料退火时储能的释放,纯金属，不纯的金属和合金共同特点是每一曲线都出现一高峰，这个高峰出现的位置对应于再结晶开始的温度，在此之前，只发生回复 在回复阶段，A（纯金属）型曲线储能释放少，C型曲线储能释放多，B型曲线则介乎二者之间 这种差别是由于杂质原子和合金元素阻碍再结晶的形核和长大，推迟再结晶过程，从而使不纯金属和合金中的
7、储能在再结晶开始以前能通过回复而较多地释放出来,16,影响储藏能大小的因素：,纯度： 杂质增加，杂质原子阻碍位错运动，促进位错增殖（固溶强化） 2.晶粒尺寸：尺寸大，晶界面积大，使晶界位错的交互作用大，位错密度增加 3.形变：形变量和形变速度越大，畸变大 4.温度：温度低，位错可动性小，且不利于能量的释放。,储藏能E,17,冷变形金属退火时某些性能的变化,电阻率在回复阶段已有明显下降，到再结晶开始时下降更快，最后恢复到变形前的电阻 强度与硬度在回复阶段下降不多，到再结晶开始后，硬度一般急剧下降,材料的密度随退火温度升高而逐渐增加 内应力在回复阶段也明显降低,18,一、回复过程的特征,1、回复过
8、程中组织不发生变化； 2、宏观一类应力全部消除，微观二类应力部分消除； 3、力学性能变化很小，电阻率显著降低，密度增加； 4、变形储存的能量部分释放。,二、回复过程机制,低温回复,(0.10.3)Tm,低温回复阶段主要是空位浓度明显降低。原因： 1、空位迁移到金属表面或晶界而消失； 2、空位与间隙原子结合而消失； 3、空位与位错交互作用而消失； 4、空位聚集成片，晶体崩塌而转变成位错环。,11-7 回复,19,中温回复,此阶段由于位错运动会导致异号位错合并而相互抵消，位错密度有所降低，但降幅不大。所以力学性能只有很少恢复。,高温回复,高温回复的主要机制为多边化。,由于同号刃位错的塞积而导致晶体
9、点阵弯曲，在退火过程中通过刃型位错的攀移和滑移，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界。此过程称为多边（形）化。,(0.30.5)Tm,(0.5)Tm,20,21,三、回复动力学,回复是指冷变形金属加热时，在新的无畸变晶粒出现之前，所产生的亚结构与性能变化的过程。回复动力学主要研究冷变形结束后，材料的性能向变形前回复的速率问题。,回复动力学特点,（1）回复过程没有孕育期 （2）在一定温度下，初期的回复速率很大，以后逐 渐变慢，直到最后回复速率为零 （3）每一温度的回复程度都有一极限值，退火温度愈高，这个极限值也愈高，而达到此极限值所需时间则愈短 （4）回复不能使金属性能恢复到冷
10、变形前的水平,22,回复动力学特征可以用一方程式来描述 设P为冷变形后在回复阶段发生变化的某种性能，P0为变形前该性能的值，P为冷变形产生缺陷所引起的该性能的增量 则在回复前有：P=P0 +P 设这个增量与晶体中晶体缺陷（空位、位错等）的体积浓度Cd成正比P=P0 +P= P0 +BCd ,23,在某一温度进行等温回复过程中，晶体缺陷的体积浓度将发生变化，伴随着性能P也发生变化。它们随时间的变化率为d（P-P0）/dt=BdCd/dt 缺陷的运动（变化）是一个热激活的过程，假定其激活能为Q，按照化学动力学的方法dCd/dt=-ACde（-Q/RT） 则 d（P-P0）/dt=-B ACde（-
11、Q/RT） ,24,将式代入得d（P-P0）/（P- P0 ）= - ACde（-Q/RT）dt 积分得ln（P-P0 ）=-ACde（-Q/RT）t 式中A、C为常数，此式表示回复阶段性能随时间而衰减，并遵从指数规律,25,同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服应力的回复动力学曲线,26,假若在不同温度下回复退火，让性能都达到同一P值时，所需时间显然是不同的测量出几个温度下回复到相同P值所需的时间，利用式并取对数，可得：lnt=常数+Q/RT 从lnt1/T关系可求出激活能，利用对激活能值的分析可以推断可能的回复的机制,定义为回复时残余的加工硬化分数，如式所示=（ r 0）/（ m- 0） 式中m，r ，0分别表示变形后、回复后及完全退火的屈服应力 越大，表示回复阶段性能恢复程度愈小。回复使屈服应力由m向0 衰减，其速率为时间和温度的函数。,
