第19讲 金属及合金的塑性变形与断裂Ⅲ
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⑴ 合金中两相的性能相近 ⑵ 合金中两相的性能相差很大
8/4/2020
返回 8
⑴ 合金中两相的性能相近
合金中两相的含量相差不大，且两相的变形性能相 近，则合金的变形性能为两相的平均值。即
σ =ψaσa＋ψbσb （线性关系） σa和σb ：强度极限，ψa和ψb：体积分数。
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返回 9
⑵ 合金中两相的性能相差很大
单相固溶体塑性变形与纯金属多晶体塑性变形相似， 区别在于溶质原子的存在，引起晶格畸变，产生应 力场，对位错运动产生额外阻力。 溶质原子在位错线附近的偏聚，形成柯氏气团。
溶质原子大于溶剂原子 溶质原子小于溶剂原子
间隙固溶体
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图6-14 溶质原子在位错附近的分布
5
置换固溶体中小原子溶质存在于刃型位错受挤压 部位，大原子及间隙原子往往扩散到位错受拉应 力部位，这样，偏聚于位错周围的原子好象形成 了一个溶质原子的气团，称为“柯氏气团”，
此类情况通常是固溶体与化合物的混合物 。化合物一般 硬而脆，它的性能、数量、大小、形态、分布对合金的 变形和性能影响很大。
① 硬而脆的第二相以连续网状分布在基体的晶界上 ② 脆性相以层片状均匀分布在固溶体基体内 ③ 脆性相以粒状分布在固溶体基体上
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返回 10
① 硬而脆的第二相以连续网状分布在基体的晶界上
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返回 13
§6-5 塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形在明显改变金属外形的同时，也深刻地影 响金属的内部结构和宏观性能，主要表现在以下三 方面：
一、金属组织和结构的变化 二、加工硬化 三、残余内应力
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返回 14
一、金属组织和结构的变化
1. 晶粒变形 2. 亚结构形成 3. 织构
低位错密 度亚晶粒
8/4/2020
高位错密 度亚晶界
图6-17 金属经变形后的亚结构
返回 17
3. 织构
金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒 发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的 择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。 丝织构：各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，称为丝 织构，例如低碳钢经高度冷拔后，其〈110轧制方向， 称为板织构，低碳钢的板织构为｛001｝〈110〉。
柯氏气团的形成，减小了晶格畸变能，降低了位 错的易动性，对位错起了钉扎作用，位错运动阻 力增加，强度、硬度增加，而塑性韧性降低—— 固溶强化。
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合金元素形成固溶体时，固溶强化的规律如下：
⑴ 在溶解度范围内，合金元素的质量分数越大， 其强化作用也越大；
⑵ 溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，强化效 果越大；
这种分布情况最恶劣。因为脆性相割裂了基体相， 使基体的变形能力无从发挥，当位错在晶界塞积 造成的应力集中时，易导致裂纹的产生。因而使 塑性韧性显著降低，强度也下降。 如钢中的二次渗碳体在晶界呈网状析出。
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返回 11
② 脆性相以层片状均匀分布在固溶体基体内
变形主要在基体中进行，第二相起阻止位错运动 的作用（类似晶界的作用，可应用霍尔-配奇公 式 进行描述），因而起强化作用，但脆化不明 显。变形大时，第二相也被切断破碎，但因不连 续不会导致裂纹迅速扩展。 如钢中的珠光体组织。
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§6-4 合金的塑性变形
合金的基本相是固溶体和金属化合物，因此合金可 能是：单相固溶体、多相固溶体的混合物、固溶体 与化合物的混合物（以固溶体为基体，化合物量少 作为第二相）。
1. 单相固溶体的塑性变形 2. 多相合金的塑性变形
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1. 单相固溶体的塑性变形
8图/4/20620-15 变形前后晶粒形状变化示意图 图6-16 铜的纤维组16 织
2. 亚结构形成
金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发 生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠 结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略 有不同的小晶决，而在晶粒内产生亚晶粒。
示意图
铜经大变形后的电子显微组织
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图6-18 形变织构示意图
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形变织构的形成，使金属呈现明显的各向异性，这 在多数情况下是不利的。
在某些情况下，织构也有好处。制造变压器铁芯的 硅钢片，因沿［l00］方向最易磁化，采用这种织 构可使铁损大大减小，变压器的效率大大提高。
第十九讲 金属及合金的塑性变形与断裂Ⅰ
8/4/2020
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上讲内容回顾
单晶体的塑性变形
重点：滑移与位错
多晶体的塑性变形
8/4/2020
2
第六章 金属及合金的塑性变形与断裂
§6-1 金属的应力-应变曲线 §6-2 单晶体的塑性变形 §6-3 多晶体的塑性变形 §6-4 合金的塑性变形 §6-5 塑性变形对金属组织和性能的影响 §6-6 金属的断裂（自学内容） 作业
⑶ 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形 成置换固溶体的元素。当两者的质量分数相同 时，前者的强化效果比后者大10～100倍；
⑷ 溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则 强化作用越大。
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2. 多相合金的塑性变形
多相合金也是多晶体，只是其中的有些晶粒是另一 相，有些界面是相界面。
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③ 脆性相以粒状分布在固溶体基体上
一是质点可变形，位错线相遇时切过质点。位错切 过第二相粒子时必须作额外的功，消耗足够大的能 量，从而提高合金的强度—沉淀强化； 二是质点不可变形，位错线相遇时绕过质点。这需 要克服位错线张力使其弯曲，增加一个附加的切应 力：使强度硬度显著提高，而塑性韧性降低较小— 弥散强化。显然第二相质点越细越多越均，强化效 果越显著。生产中应用这一机理加一定合金元素， 形成强化相，通过热处理使强化相弥散分布。
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1. 晶粒变形
金属塑性变形时，内部晶粒的形状也发生变化。通常 是晶粒沿变形方向被压扁或拉长（图6-15）。变形度 愈大，晶粒形状变化愈大。变形量很大时，晶粒变成 细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织 （图6-16），使金属的性能产生各向异性，例如沿纤 维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
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⑴ 合金中两相的性能相近
合金中两相的含量相差不大，且两相的变形性能相 近，则合金的变形性能为两相的平均值。即
σ =ψaσa＋ψbσb （线性关系） σa和σb ：强度极限，ψa和ψb：体积分数。
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⑵ 合金中两相的性能相差很大
单相固溶体塑性变形与纯金属多晶体塑性变形相似， 区别在于溶质原子的存在，引起晶格畸变，产生应 力场，对位错运动产生额外阻力。 溶质原子在位错线附近的偏聚，形成柯氏气团。
溶质原子大于溶剂原子 溶质原子小于溶剂原子
间隙固溶体
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图6-14 溶质原子在位错附近的分布
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置换固溶体中小原子溶质存在于刃型位错受挤压 部位，大原子及间隙原子往往扩散到位错受拉应 力部位，这样，偏聚于位错周围的原子好象形成 了一个溶质原子的气团，称为“柯氏气团”，
此类情况通常是固溶体与化合物的混合物 。化合物一般 硬而脆，它的性能、数量、大小、形态、分布对合金的 变形和性能影响很大。
① 硬而脆的第二相以连续网状分布在基体的晶界上 ② 脆性相以层片状均匀分布在固溶体基体内 ③ 脆性相以粒状分布在固溶体基体上
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① 硬而脆的第二相以连续网状分布在基体的晶界上
8/4/2020
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§6-5 塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形在明显改变金属外形的同时，也深刻地影 响金属的内部结构和宏观性能，主要表现在以下三 方面：
一、金属组织和结构的变化 二、加工硬化 三、残余内应力
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一、金属组织和结构的变化
1. 晶粒变形 2. 亚结构形成 3. 织构
低位错密 度亚晶粒
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高位错密 度亚晶界
图6-17 金属经变形后的亚结构
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3. 织构
金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒 发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的 择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。 丝织构：各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，称为丝 织构，例如低碳钢经高度冷拔后，其〈110轧制方向， 称为板织构，低碳钢的板织构为｛001｝〈110〉。
柯氏气团的形成，减小了晶格畸变能，降低了位 错的易动性，对位错起了钉扎作用，位错运动阻 力增加，强度、硬度增加，而塑性韧性降低—— 固溶强化。
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合金元素形成固溶体时，固溶强化的规律如下：
⑴ 在溶解度范围内，合金元素的质量分数越大， 其强化作用也越大；
⑵ 溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，强化效 果越大；
这种分布情况最恶劣。因为脆性相割裂了基体相， 使基体的变形能力无从发挥，当位错在晶界塞积 造成的应力集中时，易导致裂纹的产生。因而使 塑性韧性显著降低，强度也下降。 如钢中的二次渗碳体在晶界呈网状析出。
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② 脆性相以层片状均匀分布在固溶体基体内
变形主要在基体中进行，第二相起阻止位错运动 的作用（类似晶界的作用，可应用霍尔-配奇公 式 进行描述），因而起强化作用，但脆化不明 显。变形大时，第二相也被切断破碎，但因不连 续不会导致裂纹迅速扩展。 如钢中的珠光体组织。
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§6-4 合金的塑性变形
合金的基本相是固溶体和金属化合物，因此合金可 能是：单相固溶体、多相固溶体的混合物、固溶体 与化合物的混合物（以固溶体为基体，化合物量少 作为第二相）。
1. 单相固溶体的塑性变形 2. 多相合金的塑性变形
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1. 单相固溶体的塑性变形
8图/4/20620-15 变形前后晶粒形状变化示意图 图6-16 铜的纤维组16 织
2. 亚结构形成
金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发 生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠 结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略 有不同的小晶决，而在晶粒内产生亚晶粒。
示意图
铜经大变形后的电子显微组织
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图6-18 形变织构示意图
18
形变织构的形成，使金属呈现明显的各向异性，这 在多数情况下是不利的。
在某些情况下，织构也有好处。制造变压器铁芯的 硅钢片，因沿［l00］方向最易磁化，采用这种织 构可使铁损大大减小，变压器的效率大大提高。
第十九讲 金属及合金的塑性变形与断裂Ⅰ
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上讲内容回顾
单晶体的塑性变形
重点：滑移与位错
多晶体的塑性变形
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第六章 金属及合金的塑性变形与断裂
§6-1 金属的应力-应变曲线 §6-2 单晶体的塑性变形 §6-3 多晶体的塑性变形 §6-4 合金的塑性变形 §6-5 塑性变形对金属组织和性能的影响 §6-6 金属的断裂（自学内容） 作业
⑶ 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形 成置换固溶体的元素。当两者的质量分数相同 时，前者的强化效果比后者大10～100倍；
⑷ 溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则 强化作用越大。
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2. 多相合金的塑性变形
多相合金也是多晶体，只是其中的有些晶粒是另一 相，有些界面是相界面。
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③ 脆性相以粒状分布在固溶体基体上
一是质点可变形，位错线相遇时切过质点。位错切 过第二相粒子时必须作额外的功，消耗足够大的能 量，从而提高合金的强度—沉淀强化； 二是质点不可变形，位错线相遇时绕过质点。这需 要克服位错线张力使其弯曲，增加一个附加的切应 力：使强度硬度显著提高，而塑性韧性降低较小— 弥散强化。显然第二相质点越细越多越均，强化效 果越显著。生产中应用这一机理加一定合金元素， 形成强化相，通过热处理使强化相弥散分布。
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1. 晶粒变形
金属塑性变形时，内部晶粒的形状也发生变化。通常 是晶粒沿变形方向被压扁或拉长（图6-15）。变形度 愈大，晶粒形状变化愈大。变形量很大时，晶粒变成 细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织 （图6-16），使金属的性能产生各向异性，例如沿纤 维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。