材料塑性变形

金属冷加工后出现一系列的性能和组织的变化，包括：产生内应力、出现加工硬化、形成 纤维组织和流线（杂质和第二相的择优分布）、择优取向（织构）、等物理化学性能变化. 塑性变形后的组织变化 冷加工过程中，由于晶粒、杂质、第二相、缺陷沿着金属的主变形方向被拉长成纤维状，故 称为纤维组织.将冷加工后的金属进行腐蚀，那么沿着纤维方向就会出现一些平行的条纹， 称为流线.流线总是平行于主变形方向，可以用来推断金属的加工过程. 在金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形会使这些区域伸长，这样在热 加工或随后的热处理过程中就会出现带状组织. 形成纤维组织后，金属纵向纤维方向的强度高于横向强度，因为在横断面上杂质、第二相 缺陷等脆性低强度组元的截面积小，而在纵断面（平行于纤维方向的断面）低强度组元的 截面面积很大.所以使纤维组织和流线与载荷的作用面垂直，可以改善零件受力. 金属变形时的亚结构变化：在塑性变形的过程中，位错在应力的作用下不断增值和运动， 随着变形度增大，位错密度不断升高，领先位错通过束集产生交滑移，因此在变形的过程 中产生的位错容易通过交互作用后缠结在一起。包围着一块位错很少的晶体形成胞状组织. 变形量越大，胞状组织数量越多，尺寸减小，跨越胞壁的平均取向差也逐渐增加. 加工硬化：流变应力随应变的增加而增加的现象就是加工硬化，一般来说金属冷变形之后， 其强度、硬度增加，塑性降低.可作为强化金属的方法，尤其是不能热处理强化的材料. 硬化行为可用硬化曲线即流变应力和应变曲线的关系表示.单晶体滑移阶段如下： Ⅰ易滑移阶段：应力较低，只在一个滑移系中发生単滑移，位错移动和增值的阻力小，位错 可以运动相当长的距离并打动晶体表面，滑移线细长、分布均匀.硬化率较低； Ⅱ线性硬化阶段：加工硬化率急剧上升，并接近于常数.产生了多滑移，运动中的位错彼此 交截，或者形成位错缠结，使位错的运动困难. Ⅲ抛物线硬化阶段：硬化速率逐渐降低.足够高的应力使螺位错可以通过交滑移而绕过障碍， 异号位错可以相互抵消，位错密度降低，硬化速率下降. 而实际上各晶体的加工硬化曲线与晶体结构类型、晶体位向、杂质含量有关： 面心立方金属：显示出典型的三阶段加工硬化特征；屈服极限低，硬化速率高，塑性好； 体心立方金属：高纯的，与fcc相似；含有杂质的，有一个特别的流动区，明显的屈服点； 密排六方金属：滑移系少，位错交截作用少，硬化率低，没有明显的三个阶段特征； 多晶体：由于晶界影响，没有易滑移阶段，加工硬化率高于单晶体；合金比纯金属硬化率更高 金属变形后的残余应力：冷加工过程中，外力所做的功，95％产热，5％以畸变能的形式 储存在晶体内部.由于内应力是在卸载后仍然保留在晶体内部的力，故又叫残余应力. 残余应力是由于变形不均匀引起的，根据不均匀区域的大小可分为： 宏观内应力（第一类）：塑性变形时工件各部分之间的宏观变形不均匀而产生的； 微观内应力（第二、三类）：晶粒甚至是晶胞范围相互平衡的拉应力和压应力. 残余应力的影响：①微观内应力是加工硬化的主要原因，所以冷加工过程需要多次退火； ②加速退火过程 ③应力腐蚀④表面预先存在的压应力对防止断裂有益.为了防止疲劳断裂， 可预先进行表面喷丸处理，由于试样和零件的断裂往往是在拉应力的作用下向里层扩展的 结果，表面压应力可以防止断裂. 织构：在多晶材料的塑性变形中，随变形度的增加，多晶体中原先任意取向的各个晶粒发 生转动，从而使取向趋于一致，形成择优取向，又称为变形织构.形变越大，择优取向越明显. 丝织构:在拉拔时形成，特征是各晶粒同一指数的晶向与拉拔方向平行或接近平行，用与 线轴平行的方向<uvw>表示； 板织构：在轧制时形成特征是各晶粒的同一指数晶面平行于轧制平面，而某一指数晶向平 行于轧制方向，用{hkl}<uvw>表示 用有织构的板材来深冲成型零件时，会因板材各方向的变形能力不同，使深冲出来的工件 边缘不齐，壁厚不均，这种现象称为制耳. 织构的应用：变压器用硅钢片沿<100>方向最易磁化，当采用具有这种织构的硅钢片制作 电机时，可以减少铁损，提高效率.
陶瓷材料的塑性变形：陶瓷晶体变形特点与金属的比较： ①弹性变形阶段结束后，立即发生脆断； ②陶瓷晶体的弹性模量比金属大得多，常高出几倍.由原子的键合特点决定的； ③陶瓷的弹性模量，与结合键及、相的种类、分布及气孔率有关，金属的弹性模量是一个组织不敏感参数； ④陶瓷的压缩强度高于拉伸轻度约一个数量级，而金属的抗拉、抗压强度一般相等. 由于陶瓷中的微裂纹，拉伸时扩展、失稳、断裂；压缩时闭合或稳态缓慢扩展. ⑤陶瓷晶体的理论屈服强度很高，但实际屈服强度很低，相差1-3个数量级-显微空隙的存在 ⑥于金属相比，陶瓷材料高温下有良好的抗蠕变性能，高温下也具有一定的塑性. 玻璃生产的过程中也利用表面产生残余应力的办法使玻璃韧化. 热塑性聚合物变形 应力--应变曲线 σ <σ L时，应力与应变成直线关系，由键长和键角的变化引起的变形； σ L<σ 时，链段发生可恢复运动，产生可恢复变形，应力-应变曲线偏离直线关系； σ y<σ 时，聚合物屈服，同时出现应变软化，即应力随应变的增加而减小，随后出现应力 平台，最后出现应变强化，导致断裂.屈服后产生的是塑性变形. 冷拉（Tb(脆化温度)-Tg(玻璃化温度)-Tm(熔点)）的形变过程： 初始阶段，试样被均匀拉伸，为弹性变形；变形量更大，开始屈服；超过屈服点以后，工件 开始局部出现缩颈；继续拉伸，缩颈沿试样扩展，直到整个工段均匀变细，然后断裂. 缩颈后然后扩展，说明缩颈处出现加工硬化，由于变形时塑料中的大分子发生了沿外力方 向的定向排列，产生应变硬化，与金属的硬化行为不同. 高聚物材料的塑性变形，在温度加热到玻璃化温度以上，形变基本上全部恢复. 热固性材料，，拉伸时表现出脆性，和陶瓷有同样的变形特性；压缩能发生大量的塑性变形
纤维状，故
来自百度文库变形之后，
力小，位错
而绕过障碍，
疲劳断裂，
织不敏感参数；
以后，工件
的塑性变形