《金属与合金强化》第3章-细晶强化.ppt

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1、第三章细晶强韧化的理论与方法第一节多晶体塑性形变的特征一、多晶体的拉伸曲线多晶体是由许多位向、形状和大小不同的晶粒（相当于多个单晶体）组合而成的集合体。由于各个晶粒之间存在晶界，而且相邻晶粒的取向互不相同，因此多晶体的塑性变形除与单晶体有共性之外，还有其特殊性。（如室温时较高的加工硬化率，强度显著提高；应力-应变曲线只出现第(2)(3)阶段，而无第(1)阶段出现）主要表现(1)具有较高的加工硬化率。随加工硬化的增大，强度显著提高。(2)无易滑移的第(1)阶段，其拉伸曲线一般都是抛物线性的。(3)变形与强化的不均匀性。铝多晶体试样的

2、拉伸实验表明，不同部位晶体的伸长率相差很大。同一晶粒内，距晶界不同处的伸长率相差也很大。晶界附近，复滑移现象更为严重，滑移线远较晶内密集。二、多晶体的形变理论单晶体临界切应力与拉伸应力的关系=m(m为取向因子的倒数)设一个多晶体中取向在m和m+dm范围以内的晶体数是N(m)dm，无规取向m的平均值为--------------------------(1)--------------------------(2)对于多晶体，各个晶粒都可以滑移，它们的取向也不同。如果每个晶粒都使用取向有利的滑移系去滑移（？），只要求适当的平均值

3、m，就能求出多晶体的拉伸屈服应力。最简单的做法就是先求出各个晶粒无规则取向的地平均值m和，然后二者相乘。对于fcc金属中无规则取向的多晶体而言，推导m=2.338--------------------------(3)多晶体的屈服应力为--------------------------(4)又假设N(m)在形变过程中不变，相应的切应变和拉伸应变有如下关系--------------------------(5)-------------------(6)因此假定其中所有晶体的伸长一样，各晶粒的平均切应变为r，则第二节细晶强

4、化机制一、细晶强化作用1、取向差效应2、晶界本身造成的阻力（1）晶界缺陷使位错难以通过而堵塞在晶界附近，反作用力，不产生新的位错（2）位错不直接进入另一晶粒，需足够大力开动另一晶粒中的位错源二、Hall-Petch公式晶粒大小、屈服强度=i+Kd-1/2i为位错在晶内运动的摩擦力（派纳力）d平均晶粒直径1、公式2、讨论（1）适用范围：适用于上下屈服应力及整个流变范围至断裂（2）亚晶粒：=i+Kd-1（直径大于1微米）三、强化理论1、晶界位错塞积理论2、晶界位错源理论第三节细晶强化的技术途径一、形变金属在加热时的组织变化1

5、.变形组织的特点1）多晶体在塑性变形时，各个晶粒沿变形方向拉长——纤维状组织。2）当合金中存在第二相时，塑性变形使这些第二相破碎，并沿变形方向排列成带状——带状组织3）位错密度增加——胞状组织（亚晶粒组织）2.组织变化的驱动力金属在塑性变形时要消耗大量的能量，这些能量很大一部分转化成热量，只有一小部分以储能的形式被保留在金属中。储能又可分为两部分：1）与晶格缺陷相伴生的畸变能（占99%左右）2）由于变形不均匀而引起的宏观范围的弹性畸变能形变功越大，总储能就越大。但它在形变功中所占的百分比却随形变功的增加而减小。储能是促使冷变形金属

6、在加热时组织发生变化的驱动力。储能的存在标志着金属变形后的自由能比变形前有所增加，即热力学上处于不稳定状态，有自发回复到变形前状态的趋势。如果升高温度使原子能够依靠热激活来克服势垒，则可加速变形金属由不稳定状态向稳定状态的转变过程。加热时，依加热温度的高低和保温时间长短，变形金属依次发生三种组织变化现象。3.回复一般认为，回复过程是点缺陷和位错在退火时发生运动，从而改变了它们的组态分布和数量的过程。随回复温度的不同，形变金属内部的变化及其变化机制也不同。温度低温中温高温变化与机制1.点缺陷移动至晶界或位错的尾闾而消失2.点缺陷合并

7、1.缠结中的位错重新组合2.异号位错互相抵消3.亚晶粒长大1.位错攀移2.亚晶粒合并3.多边化4.再结晶再结晶过程是通过形核长大来进行的。不过，再结晶的晶粒不是新相，而是无畸变的新晶粒。其晶体结构并未改变，这是再结晶与其他固态转变不同的地方。4.1形核再结晶核心往往在变形金属中的局部高能区域（如晶界、变形带、大夹杂物周围、孪晶交点和自由表面等）优先形成。4.2形核率N式子中∆FA为母相原子跃迁的激活能。∆F*为形核功，n为母相中单位体积原子数，V为跃迁频率。为晶核与周围基体界面的表面张力系数；δF为单位体积中再结晶前后的自由能差

8、由此可以看出：形变量越大，δF就越大，形核功∆F*就越小，形核率就越大上式中，∆F*具体可由下式表示：4.3长大长大速率G可表示为G＝G0Exp(-QG/RT)式中G0为常数；QG为晶界迁移的激活能。该式表明G与温度呈指数关系。再结晶晶核形成后，它