热变形和动态回复再结晶ppt课件.ppt
第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.5.4 4 热变形和动态回复再结晶热变形和动态回复再结晶 压压力力加加工工是是利利用用塑塑性性变变形形的的方方法法使使金金属属成成形形并并改改性性的的工工艺艺方方法法。由由于于在在常常温温下下进进行行塑塑性性变变形形会会引引起起金金属属的的加加工工硬硬化化，即即出出现现变变形形抗抗力力增增大大、塑塑性性下下降降，这这使使得得对对某某些些尺尺寸寸较较大大或或塑塑性性低低的的金金属属在在常常温温下下难难以以进进行行塑塑性性变变形形。生生产产上上通通常常采采用用在在加加热热条条件件下进行塑性变形。下进行塑性变形。热热变变形形或或热热加加工工指指金金属属材材料料在在再再结结晶晶温温度度以以上上的的加加工工变变形形。工工业业生生产产个个，高高温温进进行行的的锻锻造造，轧轧制制等等压压力力加加工工属属热热加加工工。热热加加工工过过程程中中，在在金金属属内内部部同同时时进进行行着着加加工工硬硬化化与与回回复复再再结结晶晶软软化化两两个个相相反反的的过程。过程。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 1.1.热加工与冷加工热加工与冷加工 从从从从金金金金属属属属学学学学的的的的角角角角度度度度，将将将将再再再再结结结结晶晶晶晶温温温温度度度度以以以以上上上上进进进进行行行行的的的的压压压压力力力力加加加加工工工工称称为为热热加加工工，发发生生硬硬化化、回回复复、再再结结晶晶。而而将将将将再再再再结结结结晶晶晶晶温温温温度度度度以以以以下下下下进进进进行行行行的的的的压压压压力力力力加加加加工工工工称称称称为为为为冷冷加加工工，发发生生加加工工硬硬化化。例例如如钨钨的的再再结结晶晶温温度度约约为为12001200，因此，即使在，因此，即使在10001000进行变形加工也属于冷加工。进行变形加工也属于冷加工。热加工温度：热加工温度：热加工温度：热加工温度：T T T T再再再再TTTT热加工热加工热加工热加工TTTT固固固固100100100100200200200200 2.2.热加工特点热加工特点 在热加工过程中，金属同时在热加工过程中，金属同时进行着两个过程：形变强化和进行着两个过程：形变强化和再结晶软化再结晶软化(如下图如下图)。塑性变。塑性变形使金属产生形变强化，而同形使金属产生形变强化，而同时发生的再结晶时发生的再结晶(称为动态再结称为动态再结晶晶)过程又将形变强化现象予以过程又将形变强化现象予以消除。因此，热加工时一般不消除。因此，热加工时一般不产生明显加工硬化现象。产生明显加工硬化现象。热加工过程中的动态再结晶示意图热加工过程中的动态再结晶示意图热加工过程中的动态再结晶示意图热加工过程中的动态再结晶示意图第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按其特征不同，可分为下述五种形式：其特征不同，可分为下述五种形式：(1)(1)动态回复动态回复 (2)(2)动态再结晶动态再结晶 （1 1）、（）、（2 2）是在温度和负荷联合作用下发生的。）是在温度和负荷联合作用下发生的。(3)(3)亚动态再结晶亚动态再结晶 (4)(4)静态再结晶静态再结晶 (5)(5)静态回复静态回复 （3 3）、（）、（4 4）、（）、（5 5）是在变形停止之后，即在无负）是在变形停止之后，即在无负荷作用下发生的。荷作用下发生的。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.4.1 5.4.1 动态回复和动态再结晶动态回复和动态再结晶 在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复静态回复和和静态再结晶静态再结晶。若提高金属变形的温度。若提高金属变形的温度,使金属在较高的温度下使金属在较高的温度下形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与形变时，金属在热变形的同时也发生回复和再结晶，这种与金属热变形同时发生的回复和再结晶称为金属热变形同时发生的回复和再结晶称为动态回复动态回复(dynamic(dynamic recovery)recovery)和和动态再结晶动态再结晶(dynamic recrystallization)(dynamic recrystallization)。动态回复动态回复：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的回复的现象。强化的同时发生的回复的现象。动态再结晶动态再结晶：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形：在热加工过程中，塑性变形使金属产生形变强化的同时发生的再结晶的现象。变强化的同时发生的再结晶的现象。这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。成的软化同时发生。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 一、动态回复一、动态回复一、动态回复一、动态回复 1.1.1.1.动态回复时的真实应力真实应变曲线动态回复时的真实应力真实应变曲线动态回复时的真实应力真实应变曲线动态回复时的真实应力真实应变曲线,分为三段分为三段 第第阶阶段段微微应应变变阶阶段段:应应力力增增加加很很快快,但但应应变变量量不不大大(小小于于1%),1%),加加工工硬硬化开始出现。化开始出现。第第阶阶段段均均匀匀变变形形阶阶段段:曲曲线线的的斜斜率率逐逐渐渐下下降降，金金属属材材料料开开始始均均匀匀塑塑性性变变形形，即即开开始始流流变变，并并发发生生加加工工硬硬化化，且且随随加加工工硬硬化化作作用用的的加加强强,开开始始出出现现动动态态回回复复并并逐逐渐渐加加强强,其其造造成成的的软软化化逐逐渐渐抵抵消消加加工工硬硬化化作作用用,使使曲曲线线的的斜斜率率下降并趋于水平，加工硬化率为零，进入第三阶段。下降并趋于水平，加工硬化率为零，进入第三阶段。第第阶阶段段稳稳态态流流变变阶阶段段:在在达达到到第第三三阶阶段段后后，即即可可实实现现持持续续形形变变。表表现现为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化为由变形产生的加工硬化与动态回复产生的软化 达达到到动动态态平平衡衡,流流变变应应力力不不再再随随应应变变的的增增加加而而增增大大,曲曲线线保保持持水水平平状状态态。达达到到稳稳态态流流变变时时应应力力值值与与变变形形温温度度和和应应变变速速率率有有关关,增增高高变变形形温温度度或或降降低低应应变变速率速率,都将使稳态流变应力降低。都将使稳态流变应力降低。这一特性已用于钢材，如在这一特性已用于钢材，如在750750以下的热加工。以下的热加工。注意：当应变速率增大时：曲线整体移向上方，注意：当应变速率增大时：曲线整体移向上方，即稳态流变应力增大；温度升高时：曲线下移，即稳态流变应力增大；温度升高时：曲线下移，稳态流变应力减小。稳态流变应力减小。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.2.2.2.动态回复机制动态回复机制动态回复机制动态回复机制 第第第第 阶阶阶阶 段段段段,金金 属属 中中 的的 位位 错错 密密 度度 由由 退退 火火 态态 的的10101011m-2增增至至10111012m-2。第第第第阶阶阶阶段段段段位位错错密密度度继继续续升升高高,但但因因动动态态回回复复的的出出现现,位位错错消消失失率率也也增增大大。第第第第阶阶阶阶段段段段，位位错错的的增增殖殖率率和和消消失失率率达达到到平平衡衡，位位错错密密度度维维持持在在10141015m-2。和和冷冷形形变变时时相相同同，随随着着位位错错密密度度的的增增大大，金金属属中中形形成成位位错错缠缠结结和和位位错错胞胞。位位错错密密度度的的增增大大导导致致了了回回复复过过程程的的发发生生，位位错错消消失失的的速速率率随随应应变变的的增增大大不不断断增增大大，最最后后终终于于使使位位错错增增殖殖与与位位错错消消失失达达到到平平衡，不再发生加工硬化的稳态流变阶段。衡，不再发生加工硬化的稳态流变阶段。动态回复机制动态回复机制动态回复机制动态回复机制是位错的攀移和交滑移，攀移在动是位错的攀移和交滑移，攀移在动态回复中起主要的作用。层错能的高低是决定动态回态回复中起主要的作用。层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素。动态回复易在层错能高复进行充分与否的关键因素。动态回复易在层错能高的金属，如铝及铝合金中发生。的金属，如铝及铝合金中发生。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.3.3.3.动态回复时的组织变化动态回复时的组织变化动态回复时的组织变化动态回复时的组织变化 动动态态回回复复过过程程随随变变形形的的进进行行金金属属中中的的晶晶粒粒延延伸伸成成纤纤维维状状，而而通通过过多多边边化化或或位位错错胞胞规规整整化化形形成成大大量量的的亚亚晶晶粒粒组组织织始始终终保保持持等等轴轴状状，即即使使形形变变量量很很大大也也是是如如此此。这这被被解解释释为为动动态态回回复复过过程程中中亚亚晶晶界界的的迁迁移移和和多多边边化化的的结结果果。亚亚晶晶的的尺尺寸寸及及相相互互间间位位向向差差取取决于金属类型、形变温度和应变速率。决于金属类型、形变温度和应变速率。亚晶平均直径亚晶平均直径d与与T、的关系如下：的关系如下：1/1/d=a+blogexpd=a+blogexp（Q/RTQ/RT）a、b为常数为常数 动动态态回回复复所所获获得得的的亚亚稳稳组组织织可可通通过过热热变变形形后后的的迅迅速速冷冷却却而而保保留留下下来来，其其强强度度远远远远高高于于再再结结晶晶组组织织的的强强度度。但但若若从从高高温温缓缓冷冷下来，则将发生静态再结晶。下来，则将发生静态再结晶。对于给定金属材料，动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形对于给定金属材料，动态回复亚晶粒的大小受形变温度和形变速率的影响：形变温度越高或形变速率越低，亚晶粒越大。变速率的影响：形变温度越高或形变速率越低，亚晶粒越大。动态回复组织已成功地应用于提高建筑合金挤压型材的强度动态回复组织已成功地应用于提高建筑合金挤压型材的强度方面。方面。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（二）动态再结晶（二）动态再结晶（二）动态再结晶（二）动态再结晶 1.1.动态再结晶的应力动态再结晶的应力 金金属属在在一一定定温温度度下下以以不不同同应应变变速速率率变变形形并并发发生生动动态态再再结结晶时的晶时的sese曲线分成三个阶段：曲线分成三个阶段：第第一一阶阶段段加加工工硬硬化化阶阶段段：应应力力随随应应变变上上升升很很快快，金金属属出现加工硬化（出现加工硬化（0000maxmax时时，动动态态再再结结晶晶的的软软化化作作用用超超过过加加工工硬硬化化，应应力随应变增加而下降（力随应变增加而下降（c c c c ssss）。）。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 在在高高应应变变速速率率下下，随随变变形形量量增增加加位位错错密密度度不不断断增增高高，使使动动态态再再结结晶晶加加快快，软软化化作作用用逐逐渐渐增增强强，当当软软化化作作用用开开始始大大于于加加工工硬硬化化作作用用时时曲曲线线开开始始下下降降。当当变变形形造造成成的的硬硬化化与与再再结结晶晶造造成成的软化达到动态平衡时，曲线进入稳定阶段。的软化达到动态平衡时，曲线进入稳定阶段。在在低低应应变变速速率率下下，与与其其对对应应的的稳稳定定态态阶阶段段的的曲曲线线呈呈波波浪浪形形变变化化，这这是是由由于于位位错错增增殖殖速速度度小小，在在发发生生动动态态再再结结晶晶软软化化后后，继继续续进进行行再再结结晶晶的的驱驱动动力力减减小小，再再结结晶晶软软化化作作用用减减弱弱，以以致致不不能能与与新新的的加加工工硬硬化化平平衡衡，从从而而重重新新发发生生硬硬化化，曲曲线线重重新新上上升升。等等到到位位错错再再度度积积累累到到一一定定程程度度，使使再再结结晶晶又又占占上上风风时时，曲曲线线又又重重新新下下降降。这这种种反反复复变变化化的的过过程程将将不不断断进进行行下下去去，变变化化周周期期大大致致不不变变，但但振振幅幅逐逐渐渐衰衰减减。因因此此这这种种情情况况下下，动动态态再再结结品品与与加加工工硬硬化化交交替替进进行行：使使曲曲线线呈呈波波浪浪式式。层层错错能能偏偏低低的的材材料料如如铜铜及及其其合合金金，奥奥氏氏体体钢钢等等易易出出现现动动态态再再结结晶晶。故故动动态态再再结结晶晶是是低低的的层错能金属材料热交形的主要软化机制。层错能金属材料热交形的主要软化机制。2.2.动态再结晶的机制动态再结晶的机制第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.3.动态再结晶组织动态再结晶组织 动态再结晶在动态再结晶在应变速率较低应变速率较低时通晶界弓出形核，这是由于晶时通晶界弓出形核，这是由于晶界局部被缠结位错构成的亚晶界钉扎，同时弓出段两侧存在着界局部被缠结位错构成的亚晶界钉扎，同时弓出段两侧存在着较大的应变能差；在较大的应变能差；在应变速率较高应变速率较高时以亚晶合并长大方式形核，时以亚晶合并长大方式形核，这是由于位错缠结形成较多的亚晶粒，使晶界被钉扎点间的距这是由于位错缠结形成较多的亚晶粒，使晶界被钉扎点间的距离缩小，可弓出段长度太小，以致弓出形核难以实现。离缩小，可弓出段长度太小，以致弓出形核难以实现。其长大其长大是通过新形成的大角度晶界及随后移动的方式进行是通过新形成的大角度晶界及随后移动的方式进行 其特点其特点：反复形核、有限长大，晶粒较细。动态再结晶的：反复形核、有限长大，晶粒较细。动态再结晶的晶粒为等轴晶粒组织，晶粒较为细小，大小不均匀，晶界呈锯晶粒为等轴晶粒组织，晶粒较为细小，大小不均匀，晶界呈锯齿状，等轴的等轴晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒，其齿状，等轴的等轴晶内存在被缠结位错所分割成的亚晶粒，其尺寸取决于应变速率和变形温度。由于具有较高的位错密度和尺寸取决于应变速率和变形温度。由于具有较高的位错密度和位错缠结存在，这种组织比静态再结晶组织具有较高的强度和位错缠结存在，这种组织比静态再结晶组织具有较高的强度和硬度。硬度。应用应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可获得细小晶粒。却速度可获得细小晶粒。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益动态再结晶组织动态再结晶组织第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4.4.形变诱发析出与动态再结晶形变诱发析出与动态再结晶 发生塑性变形时，合金中的固溶体内可能析出第发生塑性变形时，合金中的固溶体内可能析出第二相。这种过程叫作二相。这种过程叫作形变诱发析出形变诱发析出。合金在高温下形。合金在高温下形变时，形变诱发析出现象尤为普遍。析出的第二相颗变时，形变诱发析出现象尤为普遍。析出的第二相颗粒对动态再结晶有一定阻碍作用。这种阻碍作用的强粒对动态再结晶有一定阻碍作用。这种阻碍作用的强弱决定于第二相颗粒的数量与尺寸。应变速率很高时，弱决定于第二相颗粒的数量与尺寸。应变速率很高时，由于受原子扩散速度的限制，第二相来不及析出。应由于受原子扩散速度的限制，第二相来不及析出。应变速率低时，第二相颗粒粗化，对动态再结晶的阻碍变速率低时，第二相颗粒粗化，对动态再结晶的阻碍作用不大。只有在中等应变速率形变时，应变诱发析作用不大。只有在中等应变速率形变时，应变诱发析出的第二相既有一定数量，颗粒又比较细小，它们对出的第二相既有一定数量，颗粒又比较细小，它们对动态再结晶有较大的阻碍作用。动态再结晶有较大的阻碍作用。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 金属热变形的组织和性能金属热变形的组织和性能金属热变形的组织和性能金属热变形的组织和性能 1.1.改善铸造状态的组织缺陷，提高材料的致密性和力学改善铸造状态的组织缺陷，提高材料的致密性和力学性能。性能。可可使使铸铸态态组组织织中中的的气气孔孔、气气泡泡、疏疏松松及及微微裂裂纹纹焊焊合合，提提高高金金属属致致密密度度，还还可可以以使使铸铸态态的的粗粗大大树树枝枝晶晶通通过过变变形形和和再再结结晶晶的的过过程程而而变变成成较较细细的的晶晶粒粒，某某些些高高合合金金钢钢中中的的莱莱氏氏体体和和大大块块初初生生碳碳化化物物可可被被打打碎碎并并使使其其分分布布均均匀匀、降降低低偏偏析析等等。这这些些组组织织缺缺陷陷的的消消除除会会使使材材料料的的性性能能得得到到明明显显改改善善。提提高高强强度度、塑性、韧性。塑性、韧性。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 2.2.热变形形成流线（纤维组织），出现各向异性热变形形成流线（纤维组织），出现各向异性。在在热热加加工工过过程程中中铸铸态态金金属属的的枝枝晶晶偏偏析析、晶晶界界杂杂质质偏偏聚聚、夹夹杂杂物物或或第第二二相相粒粒子子、晶晶界界等等逐逐渐渐沿沿变变形形方方向向延延展展，在在宏宏观观工工件件上上勾勾画画出出一一个个个个“流流线线”，即即指指动动态态再再结结晶晶形形成成等等轴轴晶晶粒粒而而夹夹杂杂物物(或或第第二二相相)仍仍沿沿变变形形方方向向呈呈流流动动状状的的纤纤维维组组织织。顺顺流流线线方方向向比比横横向向具具有有更更高高的的力力学学性性能能，特特别别是是塑塑性性和和韧韧性性提提高高明明显显。在在制制订订热热加加工工工工艺艺时时，要要尽尽可可能能使使纤纤维维流流线线方方向向与零件工作时所受的最大拉应力的方向一致与零件工作时所受的最大拉应力的方向一致(如下图如下图)。拖钩的纤维组拖钩的纤维组拖钩的纤维组拖钩的纤维组织（织（织（织（a a）模锻钩模锻钩模锻钩模锻钩（合理），（合理），（合理），（合理），（b b）切削加切削加切削加切削加工钩（不合理）工钩（不合理）工钩（不合理）工钩（不合理）第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 3.3.形成带状组织形成带状组织 形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。影响：各向异性。影响：各向异性。消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高温扩散退火或正火。温扩散退火或正火。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 4.4.控制热加工工艺，以获得细小的晶粒组织。控制热加工工艺，以获得细小的晶粒组织。通通过过动动态态回回复复和和动动态态再再结结晶晶后后，在在晶晶粒粒内内部部都都形形成成了了亚亚晶晶粒粒，具具有有这这种种亚亚组组织织的的材材料料，其其强强度度、韧韧性性提提高高，为为亚亚组组织织强强化化，其其屈屈服服强强度度与与亚亚晶晶尺尺寸寸dsds之间满足之间满足Hall-PetchHall-Petch。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.4.3 5.4.3 蠕变蠕变许许多多构构件件在在高高温温下下工工作作的的，高高压压锅锅炉炉，蒸蒸气气轮轮机机，燃燃气气轮轮机机，反反应应容容器器等等，不不能能用用常常温温性性能能衡衡量量高高温温力学性能。力学性能。蠕变：在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作蠕变：在应力恒定的情况下，材料在应力的持续作用下，不断地发生变形。用下，不断地发生变形。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益一、蠕变曲线一、蠕变曲线 按按 分成分成 ：瞬态或减速蠕变阶段：瞬态或减速蠕变阶段：蠕变第一阶段，过渡蠕变阶蠕变第一阶段，过渡蠕变阶段。段。：稳稳态态(恒恒速速)蠕蠕变变阶阶段段：蠕蠕变变第第二二阶阶段段，稳稳态态蠕蠕变变阶阶段。段。：加速蠕变阶段：加速蠕变阶段：蠕变第：蠕变第三阶段，加速蠕变阶段三阶段，加速蠕变阶段。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 常常温温下下的的变变形形：可可通通过过位位错错的的滑滑动动，产产生生滑滑移移和孪晶两种变形方式。和孪晶两种变形方式。高高温温下下的的蠕蠕变变：高高温温位位错错还还可可以以通通过过攀攀移移，使使位位错错迁迁到到障障碍碍时时作作垂垂直直于于滑滑移移面面的的运运动动，继继续续变变形形软软化化过过程程。总总之之，位位错错滑滑动动和和攀攀移移交交替替进进行行的结果。的结果。蠕变变形机制两种蠕变变形机制两种：位错蠕变机制位错蠕变机制 扩展蠕变机制扩展蠕变机制 这两种蠕变机制之间没有确切的划分界限这两种蠕变机制之间没有确切的划分界限 二、蠕变的变形机制二、蠕变的变形机制第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1 1、位错蠕变机制、位错蠕变机制条件：温度较低条件：温度较低,T,T0.5Tm0.5Tm应力较高应力较高蠕变过程发生在大多数工业合金，平衡时：蠕变过程发生在大多数工业合金，平衡时：第二阶段：加工硬化率回复转化速率第二阶段：加工硬化率回复转化速率 即即第第二二阶阶段段的的蠕蠕变变速速率率由由位位错错攀攀移移速速率率所所控控。蠕蠕变方程符合变方程符合5.415.41式。式。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 条条件件：温温度度高高，应应力力较较小小。适适用用于于陶陶瓷瓷，NiNi基基超合金。超合金。扩散蠕变扩散蠕变 应力作用下晶内空应力作用下晶内空位流动模型，图位流动模型，图5.755.75 C C为一常数，为一常数，3-43-4之间；之间；Q Q为自扩散的激活能为自扩散的激活能2 2、扩散蠕变机制、扩散蠕变机制3 3、晶界滑动蠕变机制、晶界滑动蠕变机制第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.4.4 5.4.4 超塑性超塑性 有有些些合合金金(如如Ti-6Al-4VTi-6Al-4V和和Zn-23AlZn-23Al等等)经经过过特特殊殊的的热热处处理理和和加加工工后后，在在外外力力作作用用下下可可能能产产生生异异乎乎寻寻常常的的均均匀匀变变形形(某某些些材材料料在在特特定定变变形形条条件件下下呈呈现现的的特特别别大大的的延延伸伸率率，其其延延伸伸率率高高达达1000%)1000%)，这这种种行行为为称称为为超超塑塑性性。对对具具有有超超塑塑性性的的材材料料，只只用用一一个个模模具具或或少少数数几几个个模具就可将合金成形为非常复杂的形状。模具就可将合金成形为非常复杂的形状。按产生超塑性的冶金因素不同，可将其分为两类：按产生超塑性的冶金因素不同，可将其分为两类：（1 1）微晶超塑性（组织超塑性），（）微晶超塑性（组织超塑性），（2 2）相变超塑性）相变超塑性。目前研究最多的是微晶超塑性目前研究最多的是微晶超塑性第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益为使合金具有超塑性行为，通常应满足如下条件为使合金具有超塑性行为，通常应满足如下条件：(1)(1)合金具有非常细小的等轴晶粒的两相组织合金具有非常细小的等轴晶粒的两相组织(晶粒的平均直晶粒的平均直径通常径通常10m)10m)。且在超塑性变形过程中，晶粒不显著长大。且在超塑性变形过程中，晶粒不显著长大。(2)(2)合金需要在较高温度下变形。变形温度通常接近于该合金合金需要在较高温度下变形。变形温度通常接近于该合金绝对熔点温度的绝对熔点温度的0.50.5至至0.650.65倍。此温度范围内，合金的变形主要倍。此温度范围内，合金的变形主要是是由于晶粒发生相互滑动和转动由于晶粒发生相互滑动和转动由于晶粒发生相互滑动和转动由于晶粒发生相互滑动和转动，这就要求有适当的变形温度，这就要求有适当的变形温度和非常细小的晶粒组织相配合和非常细小的晶粒组织相配合(如下图如下图)。(3)(3)通常需要较低的应变速度率。通常控制在通常需要较低的应变速度率。通常控制在10-210-21010-4-4s s-1-1范范围内。围内。超塑成形过程中晶界滑动示意图超塑成形过程中晶界滑动示意图超塑成形过程中晶界滑动示意图超塑成形过程中晶界滑动示意图第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益一、超塑性的特征一、超塑性的特征 在温度在温度T T，应变量，应变量T T一定的条件下，真应力一定的条件下，真应力与与应变速率的关系为：应变速率的关系为：=K=Km m(K:(K:常数常数)不产生缩颈和获得高延伸率是衡量材料超塑性的不产生缩颈和获得高延伸率是衡量材料超塑性的两项指标。不产生缩颈的抗缩颈能力用应变速率敏感两项指标。不产生缩颈的抗缩颈能力用应变速率敏感系数系数m m表示。表示。m m越高，越有利于获得超塑性。超塑性合越高，越有利于获得超塑性。超塑性合金，金，m0.3-0.9;m0.3-0.9;对上式求对数：对上式求对数：lg=lgK+mlglg=lgK+mlg。则则m m即即 lg-lg lg-lg 关系曲线的斜率关系曲线的斜率 经数学退到可得：经数学退到可得：第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二、超塑性的本质二、超塑性的本质 目前倾向于认为是晶目前倾向于认为是晶界滑动和晶粒回转为主，界滑动和晶粒回转为主，伴有原子的扩散。伴有原子的扩散。微晶超塑变形机制微晶超塑变形机制 （a a）晶粒转换机制的）晶粒转换机制的二维表示法二维表示法 （b b）伴随定向扩散的）伴随定向扩散的晶界滑动机制，虚线箭晶界滑动机制，虚线箭头代表体扩散方向头代表体扩散方向第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益三、超塑性变形时组织结构变化三、超塑性变形时组织结构变化 1 1超塑性变形时有明显的晶界滑动和晶超塑性变形时有明显的晶界滑动和晶粒转动，没有明显的晶内滑移，也没有位错粒转动，没有明显的晶内滑移，也没有位错密度的显著升高；看不到晶内亚结构密度的显著升高；看不到晶内亚结构;2.2.超塑性变形时尽管变形量很大，晶粒超塑性变形时尽管变形量很大，晶粒保持为等轴状，但晶粒会有所长大保持为等轴状，但晶粒会有所长大(产生粗产生粗化化)；3 3超塑性变形后原来的两相仍均匀分布；超塑性变形后原来的两相仍均匀分布；4 4不产生织构。不产生织构。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益材料的强化理论材料的强化理论 实际使用的结构材料一般是多晶体。实际使用的结构材料一般是多晶体。从影响强度的各种因素看，最常见的强化方从影响强度的各种因素看，最常见的强化方法有法有形变强化、固溶强化、第二相强化和细形变强化、固溶强化、第二相强化和细晶强化晶强化。材料的实际强化措施，如钢中的马。材料的实际强化措施，如钢中的马氏体强化等，往往是上述强化手段的综合。氏体强化等，往往是上述强化手段的综合。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益一一.形变强化形变强化 金属材料经塑性变形后，其强度和硬度金属材料经塑性变形后，其强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为升高，塑性和韧性下降，这种现象称为形变形变强化。强化。变形过程中，位错密度升高，导致形变变形过程中，位错密度升高，导致形变胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生巨胞的形成和不断细化，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升高，这是产生高，这是产生形变强化的主要原因形变强化的主要原因。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益二二.固溶强化固溶强化 溶质原子溶入金属基体而形成固溶体，使金属的溶质原子溶入金属基体而形成固溶体，使金属的强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降，这一现象强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降，这一现象称为称为固溶强化固溶强化。例如单相的黄铜、单相锡青铜和铝。例如单相的黄铜、单相锡青铜和铝青铜都是以固溶强化为主来提高合金强度和硬度的。青铜都是以固溶强化为主来提高合金强度和硬度的。固固溶溶体体合合金金的的曲曲线线：由由于于溶溶质质原原子子加加入入使使s s 和和整整个个曲曲线线的的水水平平提提高高，同同时时提提高高了了加加工硬化率工硬化率n n。固固溶溶强强化化的的实实质质是是由由于于溶溶质质原原子子造造成成了了点点阵阵畸畸变变，其其应应力力场场将将与与位位错错应应力力场场发发生生弹弹性性交交互互作作用用、化化学学交互作用和静电交互作用，并阻碍位错运动，交互作用和静电交互作用，并阻碍位错运动，第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益三三.第二相强化第二相强化 只通过单纯的固溶强化，其强化程度只通过单纯的固溶强化，其强化程度毕竟有限，还必须进一步以第二相或更多的毕竟有限，还必须进一步以第二相或更多的相来强化。当第二相以细小弥散的微粒均匀相来强化。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将阻碍位错运动分布于基体相中时，将阻碍位错运动,产生产生显著的强化作用。如果第二相微粒是通过过显著的强化作用。如果第二相微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化，则称为化，则称为沉淀强化或时效强化沉淀强化或时效强化；如果第二；如果第二相微粒是通过粉末冶金方法加入并起强化作相微粒是通过粉末冶金方法加入并起强化作用，则称为用，则称为弥散强化弥散强化。第五章第五章第五章第五章 材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶材料的变形与再结晶为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益（一）沉淀强化（一）沉淀强化 时效强化是个普遍现象，具有重要的实际意义，工业上广泛时效强化是个普遍现象，具有重要的实际意义，工业上广泛应用的时效硬化型合金，如铝合金、耐热合金、单相不锈钢、应用的时效硬化型合金，如铝合金、耐热合金、单相不锈钢、马氏体时效钢等，都是利用这一强化理论来调整性能的。马氏体时效钢等，都是利用这一强化理论来调整性能的。1.1.固溶处理固溶处理:具有时效强化现象合金的最基本条件是在其具有时效强化现象合金的最基本条件是在其相图上有固溶度变化，并且固溶度随温度降低而显著减小。如相图上有固溶度变化，并且固溶度随温度降低而显著减小。如图所示。当组元图所示。当组元B B含量大于含量大于B B0 0的合金加热到略低于固相线的温的合金加热到略低于固相线的温度，保温一定时间，使度，保温一定时间，使B B组元充分溶解后，取出快速冷却，则组元充分溶解后，取出快速冷却，
