§9-10 高温变形.pptVIP

* §9-10 晶体的高温变形 一. 热变形 热变形或热加工指金属材料在再结晶温度以上的加工变形。 前面讨论的回复和再结晶是在金属冷形变后的加热过程中发生的，称为静态回复和再结晶。 金属在较高的温度下形变时，回复和再结晶会在形变过程中相继发生，这种回复和再结晶称为动态回复和动态再结晶。这是在通常的热加工时发生的过程。在发生回复和再结晶时，由形变造成的加工硬化与由动态回复，动态再结晶造成的软化同时发生。 第一阶段是微应变阶段。 第二阶段表现为曲线的斜率逐渐下降，材料开始均匀塑性变形，即开始流变，并发生加工硬化。 第三阶段称为稳定流变阶段。在达到第三阶段后，即可实现持续形变。 1. 动态回复 动态回复时的真应力—应变曲线 在第一阶段，金属中的位错密度可由1010~1011m-2增至1011~1012m-2。 位错密度在第二阶段继续增大，到第3阶段可达1014~1015m-2，和冷形变时相同，随着位错密度的增大，金属中形成位错缠结和位错胞。位错密度的增大导致了回复过程的发生，位错消失的速率随应变的增大不断增大，最后终于使位错增殖与位错消失达到平衡，不再发生加工硬化的稳态流变阶段。 在这个阶段，位错构成亚晶界，形成亚晶粒。亚晶粒却始终保持等轴状。 1. 动态再结晶 动态再结晶的真应力-真应变曲线 在较高的应变速率下，再结晶曲线也可分为三个阶段，即加工硬化阶段(0εεc)、动态再结晶的初始阶段(εcεεs)稳态流变阶段(ε≥εs)。 应变速率低时，由于位错增殖速度小，在发生动态再结晶软化后，继续进行再结晶的驱动力减小，再结晶软化作用减弱，以致不能与新的加工硬化平衡，从而重新发生硬化，曲线重新上升。等到位错再度积累到一定程度，使再结晶又占上风时，曲线又重新下降。这种反复变化的过程将不断进行下去，变化周期大致不变，但振幅逐渐衰减。 3. 热加工后的组织及性能 改善铸态组织，减少缺陷．热变形可焊合铸态组织中的气孔和疏松等缺陷，增加组织致密性，井通过反复的形变和再结晶破碎粗大的铸态组织，减小偏析，改善材料的机械性能。 形成流线和带状组织使材料性能各向异性。热加工后，材料中的偏析、夹杂物、第二相、晶界等将沿金属变形方向呈断续、链状和带状延伸，形成流动状的纤维组织，称为流线。 晶粒大小的控制。 低碳钢中的带状组织 超塑性的定义 超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能（例如大的延伸率）的现象。 超塑性 二. 超塑性 超塑性的历史及发展： 超塑性现象最早的报道是在1920年，ROSENHAIN等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180度。 1934年，英国的C.P.PEARSON发现Pb-Sn共晶合金在室温低速拉伸时可以得到2000%的延伸率。 1945年前苏联的A.A.BOCHVAR等发现Zn-Al共析合金具有异常高的延伸率并提出“超塑性”这一名词。 1964年，美国的W.A.BACKOFEN对Zn-Al合金进行了系统的研究，并提出了应变速率敏感性指数-m值这个新概念，为超塑性研究奠定了基础。 超塑性的分类： ?按照实现超塑性的条件（组织、温度、应力状态等）一般分为以下几种： 恒温超塑性或第一类超塑性。根据材料的组织形态特点也称之为微细晶粒超塑性。 相变超塑性或第二类超塑性，亦称转变超塑性或变态超塑性。 其它超塑性（或第三类超塑性）：在消除应力退火过程中在应力作用下可以得到超塑性。 典型蠕变曲线 三. 蠕变 蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 按蠕变速率的变化，曲线可以分为三个阶段： 第一阶段：ab 减速蠕变阶段，又称过渡蠕变阶段 第二阶段：bc 恒速蠕变阶段，又称稳态蠕变阶段 第三阶段：cd 加速蠕变阶段 蠕变变形机理： 金属的蠕变变形主要通过位错滑移、原子扩散、晶界滑移等机理进行，与温度及应力的变化有关。 1. 位错滑移蠕变 常温下，如果滑移面上的位错运动受阻产生塞积，滑移就不能进行，只有在更大的切应力作用下位移重新运动和增殖。 但在高温下，位错可借助于外界提供的热激活能和空位扩散克服某些短程障碍，从而产生变形。 高温下的热激活过程主要是刃型位错的攀移，模型见下图： 当塞积在某种障碍前的位错通过热激活可以在新的滑移面上运动，或与异号位错相遇对消、或形成亚晶界、或被晶界吸收。 刃型位错攀移克服障碍的模型 a）越过障碍 b）异号位错抵消 c）形成小角晶界 d）消失于大角晶界 承受拉应力（A、B晶界）的晶界，空位浓度减小； 承受压应力（C、D晶界）的晶界，空位浓度增加。 这种晶体内空位从受拉晶界向受压晶界迁移，原子朝相反方向运动，使得晶体伸长的蠕变，称为扩散蠕变。 2