形变强化-4
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在变形过程中稳定（不长大）
实际产业化应用有一定难度。
目前强度最高的商用结构材料，强度可达4.8GPa， 已有100多年的使用历史。 0.8~1.0%C，组织结构为极细珠光体。加工工艺为 Patenting process：奥氏体化＋快冷至细珠光体转 变区（铅浴淬火） 冷拉 ＋ Patenting process ＋ 冷拉……
5.2 塑性变形加工及强化
宏观残余应力（第一类残余应力）：大范围 微观残余应力（第二类残余应力）：晶粒间 点阵畸变（第三类残余应力）：点阵缺陷（占金属 变形储存能的80－90％，总变形储存能又占塑性变 形能的约10％，其余为热量散发）。 热力学不稳定状态，是变形金属回复与再结晶的驱 动力。
5 形变强化的应用
5.1 冷拉高强度钢丝
= 0 ＋ Gb 1/2
1 交滑移产生 使位错运动 阻力减小； 2 位错缠结所 形成的位错 胞减小的位 错运动自由 程，使位错 运动阻力增 大。 切应变
3.2 多晶体的加工硬化
拉 应 力 晶粒尺寸 0.11mm
0.53mm
切应变
无单系滑移阶段，且与晶粒尺寸有很大关系。
4 塑性变形后的残余应力和点阵畸变
各晶粒变形的协调性（各晶粒至少在5个独立滑移
系上滑移，才能避免产生空隙而导致材料破坏）。
3 塑性变形后金属性能的变化
强度、硬度提高，塑性、韧性下降 导电性、导磁性下降，化学活性增加（能量 增高）、腐蚀速度加快（应力腐蚀）。
3.1 单晶体的加工硬化
切 应 力 易滑移（单 系滑移）阶 段，仅取向 有利的滑移 系开动。故 加工硬化率 低。 屈服点 单系滑移发 展到晶体转 动，多个滑 移系开动， 固定位错、 位错割阶产 生，位错运 动阻力加大， 故加工硬化 率急剧增加。
A：铝合金板材：轧制硬化＋固溶软化
B：铜合金管材：挤压硬化＋退火软化
C：高合金电阻丝：拉丝＋中间退火
D：高温塑性变形：动态回复与动态再结晶
E：应变时效：应变导致沉淀析出 F：应变诱发马氏体：耐磨高锰钢、奥氏体不锈 钢、无磁高锰钢 G：喷丸（沙）表面强化
6 超塑性
材料延伸率大于100％的特性。必须满足以下条件： A：在Tm 大于0.5Tm 的高温下出现 B：要求变形速度小（形变速率小于0.001/s） C：微观组织为细小等轴晶（10微米以下），且晶 粒
交滑移（螺位错）、位错的交截（割阶）、固定位错
、位错的塞积
1.3 孪生：
当晶体难以进行滑移时所采用的一种变形方式， 常发生在hcp结构金属Zn、Mg、Cd等或低温下 变形的金属中。
1.4 晶体的扭折 当晶体不能进行滑移或孪生变形时，所作的不均 匀局部塑性变形。
2 多晶体塑性变形特点
各晶粒变形的不同时性（与各晶粒的位向有关）；
形变强化
《材料强度学》课程内容之四
2008年5月25日
1 单晶体塑性变形基础
1.1 外力应力作用下的滑移现象： 滑移面（密排面）、滑移方向（密排方向）、滑移系 滑移线、滑移带； 滑移的临界分切应力： = (cos cos) F/A cos cos－Schmid 取向因子
滑移时晶面的转动、多滑移（由于晶面转动）
1.2 滑移的位错机制： 位错运动的点阵阻力派－纳力（Peierls－Nabarro） ＝ 2G/(1- )exp[-2a/(1- )b] = 2G/(1- )exp[-2W/(1- )b] W= a/(1- ), 称为位错宽度，a－滑移面间距 可以看出密排面和密排方向的阻力最小。
在变形过程中稳定（不长大）
实际产业化应用有一定难度。
目前强度最高的商用结构材料，强度可达4.8GPa， 已有100多年的使用历史。 0.8~1.0%C，组织结构为极细珠光体。加工工艺为 Patenting process：奥氏体化＋快冷至细珠光体转 变区（铅浴淬火） 冷拉 ＋ Patenting process ＋ 冷拉……
5.2 塑性变形加工及强化
宏观残余应力（第一类残余应力）：大范围 微观残余应力（第二类残余应力）：晶粒间 点阵畸变（第三类残余应力）：点阵缺陷（占金属 变形储存能的80－90％，总变形储存能又占塑性变 形能的约10％，其余为热量散发）。 热力学不稳定状态，是变形金属回复与再结晶的驱 动力。
5 形变强化的应用
5.1 冷拉高强度钢丝
= 0 ＋ Gb 1/2
1 交滑移产生 使位错运动 阻力减小； 2 位错缠结所 形成的位错 胞减小的位 错运动自由 程，使位错 运动阻力增 大。 切应变
3.2 多晶体的加工硬化
拉 应 力 晶粒尺寸 0.11mm
0.53mm
切应变
无单系滑移阶段，且与晶粒尺寸有很大关系。
4 塑性变形后的残余应力和点阵畸变
各晶粒变形的协调性（各晶粒至少在5个独立滑移
系上滑移，才能避免产生空隙而导致材料破坏）。
3 塑性变形后金属性能的变化
强度、硬度提高，塑性、韧性下降 导电性、导磁性下降，化学活性增加（能量 增高）、腐蚀速度加快（应力腐蚀）。
3.1 单晶体的加工硬化
切 应 力 易滑移（单 系滑移）阶 段，仅取向 有利的滑移 系开动。故 加工硬化率 低。 屈服点 单系滑移发 展到晶体转 动，多个滑 移系开动， 固定位错、 位错割阶产 生，位错运 动阻力加大， 故加工硬化 率急剧增加。
A：铝合金板材：轧制硬化＋固溶软化
B：铜合金管材：挤压硬化＋退火软化
C：高合金电阻丝：拉丝＋中间退火
D：高温塑性变形：动态回复与动态再结晶
E：应变时效：应变导致沉淀析出 F：应变诱发马氏体：耐磨高锰钢、奥氏体不锈 钢、无磁高锰钢 G：喷丸（沙）表面强化
6 超塑性
材料延伸率大于100％的特性。必须满足以下条件： A：在Tm 大于0.5Tm 的高温下出现 B：要求变形速度小（形变速率小于0.001/s） C：微观组织为细小等轴晶（10微米以下），且晶 粒
交滑移（螺位错）、位错的交截（割阶）、固定位错
、位错的塞积
1.3 孪生：
当晶体难以进行滑移时所采用的一种变形方式， 常发生在hcp结构金属Zn、Mg、Cd等或低温下 变形的金属中。
1.4 晶体的扭折 当晶体不能进行滑移或孪生变形时，所作的不均 匀局部塑性变形。
2 多晶体塑性变形特点
各晶粒变形的不同时性（与各晶粒的位向有关）；
形变强化
《材料强度学》课程内容之四
2008年5月25日
1 单晶体塑性变形基础
1.1 外力应力作用下的滑移现象： 滑移面（密排面）、滑移方向（密排方向）、滑移系 滑移线、滑移带； 滑移的临界分切应力： = (cos cos) F/A cos cos－Schmid 取向因子
滑移时晶面的转动、多滑移（由于晶面转动）
1.2 滑移的位错机制： 位错运动的点阵阻力派－纳力（Peierls－Nabarro） ＝ 2G/(1- )exp[-2a/(1- )b] = 2G/(1- )exp[-2W/(1- )b] W= a/(1- ), 称为位错宽度，a－滑移面间距 可以看出密排面和密排方向的阻力最小。