1 形變強化現(xiàn)象

金屬經(jīng)軋制、沖壓、彎曲等冷加工變形后，其強度、硬度上升，塑性降低的現(xiàn)象。

2 單晶體的塑性變形

1.單晶體塑性變形基本方式——滑移

2.滑移系

一個滑移面和在此面上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。

一般來說，滑移面通常是原子密排面，滑移方向是原子排列最緊密的方向金屬中滑移系越多，其塑性越好。

3. 滑移時晶體的轉(zhuǎn)動

當(dāng)晶體在拉伸力F作用下發(fā)生滑移時，假如不受夾頭對滑移的限制，滑移面和滑移方向保持不變，拉伸時的取向不變化。當(dāng)有夾頭限制時，為了保持抗拉伸軸的方向固定不變，單晶體的取向必須相對轉(zhuǎn)動，即滑移面和滑移方向發(fā)生變化。

4. 多系滑移

只有一個滑移系開動的情況（單系滑移）一般發(fā)生在滑移系較少的密排六方結(jié)構(gòu)的金屬中。對于滑移系較多的晶體來說，起始滑移首先在取向最有利的滑移系中進行，但由于晶體轉(zhuǎn)動的結(jié)果，其他滑移系中的分切應(yīng)力有可能達到足以引起滑移的臨界值，于是滑移過程將在兩個或多個滑移系中同時或交替進行。

3 滑移的位錯機制

1.位錯運動與晶體滑移

銅晶體的理論計算強度為1500MPa，而其實測強度僅有0.98MPa。這說明實際晶體的滑移不是晶體的一部分相對于另一部分做整體的剛性移動，而是通過位錯在切應(yīng)力作用下沿滑移面逐步移動的結(jié)果。

當(dāng)一條位錯線移到晶體表面時，便在表面留下一個原子間距的滑移變形。

2.滑移的機理

把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應(yīng)力值比實際測量臨界切應(yīng)力值大3-4個數(shù)量級。滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的。

刃位錯的運動

3. 位錯增殖

晶體塑性變形時產(chǎn)生大量滑移帶，為此需要極多的位錯。實際晶體在變形時位錯數(shù)目非但不減少，反而增加，說明存在位錯增殖機制。

4. 位錯的交割和塞積

在多系滑移時，不同滑移面上的位錯相遇，形成割階（一段新的位錯線），一方面增加了位錯線的長度，另一方面還可能形成難以運動的固定割階，成為后續(xù)位錯運動的障礙。

位錯在切應(yīng)力作用下運動過程中，如果遇到固定位錯、雜質(zhì)粒子、晶界等障礙物，領(lǐng)先的位錯在障礙物前被阻止，后續(xù)位錯被塞積起來，形成位錯平面塞積群，并在障礙物前端形成高度應(yīng)力集中。

5. 切變與孿生

孿生是晶體的一部分相對另一部分沿一定晶面（稱為孿生面）產(chǎn)生一定角度的均勻切變過程。孿晶界兩側(cè)晶體呈鏡面對稱分布。

孿生也是一種塑性變形方式。孿生使晶格位向發(fā)生改變，所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度接近聲速，相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。

密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。

4 多晶體塑性變形特點

1.不同時性

在多晶體變形時，只有處在有利取向（取向因子最大）晶粒的滑移系才能首先開動。

2.協(xié)調(diào)性

多晶體變形時，一個晶粒的變形必須與臨近晶粒的變形相互協(xié)調(diào)，以免晶粒間產(chǎn)生斷裂。多晶體的塑性變形是通過各晶粒的多系滑移來保證相互協(xié)調(diào)的。

3.不均勻性

多晶體變形時，各晶粒變形量不同，而且由于晶界強度高于晶粒內(nèi)部，使得每個晶粒內(nèi)部的變形也是不均勻的。

5 塑性變形對金屬組織

和性能影響

1.塑性變形對金屬組織的影響

1）形成纖維組織

金屬塑性變形時，晶粒沿著變形方向被拉長，當(dāng)變形量很大時，變成纖維狀條紋。

2）形成形變織構(gòu)

隨著變形的發(fā)生，還伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動。在形變量很大時，各晶粒的取向會趨于一致。這種由于變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織叫做形變織構(gòu)。

3）亞結(jié)構(gòu)細化

冷變形會增加晶粒中的位錯密度，隨著變形量的增加，位錯交織纏結(jié)，在晶粒內(nèi)部形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。

4）點陣嚴重畸變

2.塑性變形對金屬性能的影響

1）塑性變形對金屬力學(xué)性能的影響

由于形成了纖維組織和形變織構(gòu)，導(dǎo)致金屬明顯的各向異性。

由于位錯密度升高，位錯運動時相互交割加劇，產(chǎn)生位錯塞積群、割階、纏結(jié)網(wǎng)等障礙，阻礙位錯的進一步運動，引起形變抗力增加，提高了金屬的強度。

2）塑性變形對金屬物理-化學(xué)性能的影響

隨著塑性變形的增加，金屬的導(dǎo)電性、電阻溫度系數(shù)和導(dǎo)熱性下降，導(dǎo)磁率、磁飽和度下降，矯頑力增加，內(nèi)能、化學(xué)活力增加，耐蝕性下降。

6 冷變形金屬的回復(fù)和再結(jié)晶

1.冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化

金屬經(jīng)冷變形后, 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時間維持。加熱可使原子擴散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。

2.回復(fù)

經(jīng)冷塑性變形的金屬加熱時，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前（即再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能之間的變化過程叫做回復(fù)。

在回復(fù)階段金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。

由于位錯運動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы纾@一過程稱多邊形化。

在回復(fù)過程中，晶粒仍然保持纖維狀，金屬的力學(xué)性能（硬度、強度等）變化不大，塑性略有提高，宏觀內(nèi)應(yīng)力基本消除，但某些物理、化學(xué)性能發(fā)生明顯變化，如導(dǎo)電率升高、應(yīng)力腐蝕抗力上升。

3.再結(jié)晶

當(dāng)冷變形金屬的加熱溫度較高時，在變形組織的基體上產(chǎn)生新的無畸變晶核，并迅速長大成等軸晶粒。

再結(jié)晶是晶核形成和長大的過程，但沒有新相形成，再結(jié)晶在一個溫度區(qū)間內(nèi)進行。再結(jié)晶后，冷變形金屬的強度和硬度下降，塑性和韌性升高，微觀內(nèi)應(yīng)力完全消除，金屬性能基本上恢復(fù)到冷變形前的水平。

4.晶粒長大

再結(jié)晶完成時，一般得到細小的等軸晶粒組織。如果繼續(xù)提高加熱溫度，或延長保溫時間，晶粒將進一步長大。

黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片

審核編輯 ：李倩