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塑性變形后組織與性能的變化

嘉峪檢測網(wǎng) 2023-08-19 09:11

1、組織的變化

① 晶粒沿變形方向被拉長，晶界甚至拉長呈纖維狀（纖維組織）；

② 硬質(zhì)顆?；驃A雜物沿變形方向呈帶狀分布；

③ 性能呈各向異性，沿變形方向，強硬度上升，橫向則強硬度較低。

圖1 不同變形量下的組織形貌

2、亞結(jié)構(gòu)的變化

① 空位、位錯密度大幅增加：亞晶粒邊界上聚集大量位錯，而內(nèi)部的位錯密度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細。整個晶粒內(nèi)部位錯密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。

② 位錯組態(tài)發(fā)生變化：位錯運動；位錯發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯纏結(jié)成位錯胞；晶粒碎化成許多取向不同的亞晶粒，亞晶界上聚集大量位錯，而內(nèi)部的位錯密度相對較低。

圖2

3、性能的變化

材料在塑性變形后，其力學(xué)性能和理化性能均發(fā)生明顯變化。

力學(xué)性能的變化：產(chǎn)生加工硬化（位錯強化、形變強化）。在金屬屈服后，欲使之繼續(xù)變形必須增加應(yīng)力的現(xiàn)象。表現(xiàn)為強度顯著提高、塑性明顯下降。

強化機制：隨著塑形變形量的加大，位錯密度不斷增加，位錯的復(fù)雜交互作用使位錯運動的阻力增加，進一步變形不易，故強度上升。

特點：

① 加工硬化是強化材料的重要手段（尤其是不可熱處理強化的材料）

② 加工硬化有利于金屬進行均勻變形

③ 加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難（不利影響）

圖3

單晶體的加工硬化曲線：

圖4

Ⅰ 階段：易滑移階段：當τ達到晶體的τc后，滑移首先從一個滑移系開始，位錯運動受到的阻礙較小，硬化效應(yīng)也較低。此段曲線接近于直線，其斜率θⅠ，加工硬化率低，一般θⅠ很小。

Ⅱ 階段：線性硬化階段，滑移可以在幾組相交的滑移面中發(fā)生，由于運動位錯之間的交互作用及其所形成的不利于滑移的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，（有可能在相交滑移面上形成割階與纏結(jié)，使得位錯運動變得十分困難，）隨著應(yīng)變量增加，應(yīng)力線性增長，此段也呈直線，且斜率較大，加工硬化十分顯著。

Ⅲ階段：拋物線型硬化階段，應(yīng)力進一步增高的條件下，已產(chǎn)生的滑移障礙逐漸被克服，通過交滑移方式繼續(xù)進行變形。隨應(yīng)變增加，應(yīng)力上升緩慢，呈拋物線型，θⅢ逐漸下降。

多晶體的加工硬化曲線：

多晶體的塑性變形由于晶界的阻礙作用和晶粒之間的協(xié)調(diào)配合要求，各晶粒不可能以單一滑移系動作而必然有多組滑移系同時作用，因此多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不會出現(xiàn)單晶曲線的第Ⅰ階段，而且其硬化曲線通常更陡，加工硬化率高，細晶粒多晶體在變形開始階段尤為明顯。要使處于硬取向的滑移系啟動，必須增大外力。

圖5

物理、化學(xué)性能的變化：

① 密度下降：體缺陷，裂紋、孔洞

② 導(dǎo)電性下降：缺陷增多 → 點陣畸變 → 電阻上升

③ 導(dǎo)磁性下降：減少抗磁性，降低順磁金屬的磁化敏感性

④ 導(dǎo)熱性下降：晶體缺陷

⑤ 耐蝕性下降：點陣畸變、內(nèi)應(yīng)力 → 化學(xué)活性增加（化學(xué)穩(wěn)定性下降）

4、形變織構(gòu)

在外加應(yīng)力的作用下，晶體發(fā)生大量變形，各晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，使每個晶粒的某個取向都轉(zhuǎn)動到力軸方向上來，形成擇優(yōu)取向。具有擇優(yōu)取向的組織稱為織構(gòu)，這使金屬材料的性能呈明顯的各向異性?？棙?gòu)分板織構(gòu)和絲織構(gòu)。

① 絲織構(gòu)（拔絲）：拉拔時各晶粒中的某一方向都趨于平行拉拔方向，如圖6所示。用平行于拉拔軸的晶向指數(shù)[uvw]表示。