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第五章 强化机理及过程 引言 在开始研究强化金属和合金的方法时，首先应考虑 不同结构对强度的要求。 承压构建，可用砖和混凝土陶瓷材料； 承受轻载荷的物品（电话机、玩具）可用塑料； 对金属材料需根据不同的使用条件选择合适的材 料，一般条件下可用铸铁、普通热轧钢以及非铁合金。 要求高的条件下可用性能优良的材料。 在工程设计中，在不同的服役条件下，具有高的强 度一般还是需要的。 [Physical Metallurgy] §5-1 形变强化 一、冷加工 1. 冷加工的作用 ① 冷加工过程与热加工过程是根本不同的，冷加工过 程可以使晶体组织持久的变形。图10-1是黄铜的轧 制过程。 ② 在热加工过程中,再结晶和塑性变形同时发生，说明 在热加工过程中晶粒组织基本保持不受影响。 ③ 一般情况下是测定随冷加工总量的增加而增加的硬 度如图10-2，加工硬化作用的定量测定应变-加工硬 化指数的形式列在表4-2中。 [Physical Metallurgy] [Physical Metallurgy] [Physical Metallurgy] 2. 晶粒尺寸的影响 ① 确定合金在冷变形工序 中最适宜的操作时，晶 粒尺 寸常是一个重要的考虑 因素。通过对再结晶过 程的适当控制，通常能 够获得规定的晶粒尺寸。 ② 对图10-3表示对弹壳黄 铜 （70%Cu,30%Zn ）， 随着晶粒尺寸的增大， 其加工就愈方便，不仅 改善的延展性，而且流 变应力也同时降低。 [Physical Metallurgy] 另一方面，当晶 粒尺寸增大时，就 可以遇到材料表面 外观的问题，因为 这时晶粒与晶粒间 的不均匀变形将变 得很明显。图10-4 表示粗晶粒的金属 材料在承受强烈变 形时所产生的“桔皮” 表面。 [Physical Metallurgy] 晶粒尺寸的选择实际上是上述两者的折中，表10-1中 列出的数值，是在不同加工情况中推荐应用的。 在冷加工过程中的金属晶粒的择优取向 ① 金属晶粒的择优取向是在冷加工过程中发生滑移及孪 生的必然结果。例如，冷拔铝线时，原始任意取向的晶粒 因冷拔而变形，其中[111]晶体位向趋向平行于铝线的轴线。 [Physical Metallurgy] ② 有时要采取一些措施以控制合金中产生的择优取向程度。 否则会造成因方向不同，材料的性能不同，但有时要增 加择优取向程度，比如在磁性材料中。 ③ 择优取向的一个有用方面是它与织构强化有关，特别是 在高度各向异性的六方点阵金属中，如Ti、Zr、Be、 Mg等，对这些薄板的金属进行冷轧时，所造成的择优取 向（织构）使得其（0001 ）晶面优先位于薄板平面。于 是易于激活的滑移系的滑移方向也就位于薄板平面上， 结果，垂直于薄板的变形就大受限制。 二、应变硬化机理 1. 应变强化的基本特征 ① 基本特征是一个给定的位错的运动，为邻近位错造成的 “障碍物”所阻碍。障碍的本性及其相对的重要性随其晶 粒组织、晶体学及变形条件的不同而有很大的变化。 [Physical Metallurgy] ② 在单晶体的变形中有两个阶段，由于第Ⅱ阶段中，一 定的变形量引起了较大的强化作用，使得在第Ⅰ阶段 过渡到第Ⅱ阶段处，应力-应变曲线上的斜率有较大