材料制备与加工复习

炼钢原料：铁水、废钢、生铁、铁合金、造渣材料、氧化剂型材精整（较为突出为矫直）难度大的原因：1、在冷却过程中，由于断面不对称和温度不均匀造成的弯曲大，2、型材的断面系数大，需要矫直力大。材料加工的目的就是两个：一是改变材料的形状，另一个是改善其性能金属塑性变形包括晶内变形和晶间变形；晶内变形：各种位错运动而实现晶内的一部分相对于另一部分的剪切运动剪切运动有不同的机理，其中在常温下最基本的形式是：滑移、孪生。晶间变形：在T≥0.5Tm（Tm：熔化温度）点阵阻力：派一纳力当位错从一个低能的稳定位置过渡到另一个低能的稳定位置，必须越过一个能量最大值的位置，就需要对位错施加足够的力以克服这一能垒所需要的能量，这个能垒就成为派尔斯垒，克服这个能垒所需要的力就是派一纳力。孪生：晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶体学平面和方向产生的切变。晶体切变后结构没有变化，但是取向发生了变化相对切变是沿孪生面逐层连续依次进行的，而不像滑移那样集中在一些滑移面上进行密排六方金属，由于滑够系统少，各滑移系相对于外力的取向都不利时，也可能在形变一开始就形成孪晶扩散塑性变形机理包括:扩散-位错机理；溶质原子定向溶解机理；定向空位流机理；晶间滑动机理。材料的屈服强度是指材料抵抗塑性变形的抗力。定量地讲，屈服强度是指材料发生塑性变形时的临界应力。理论屈服强度：滑移是一部分晶体在滑移面上，沿着滑移方向，相对于另一部分晶体的刚性整体式地切变。实际屈服强度：开动位错源所需的应力和位错在运动过程中遇到的各种阻力构成了材料的实际屈服强度实际晶体中存在着各种晶体缺陷，特别是存在着位错，位错很容易运动，因而不能充分发挥出原子间结合力的作用，所以金属的实际屈服强度远低于理论值（原因）实际位错运动克服的阻力：开动位错源所必须克服的阻力、点阵阻力、位错应力场对运动位错的阻力、位错切割穿过其滑移面的位错林所引起的阻力、割阶运动所引起的阻力加工硬化:金属在冷塑性变形过程中，随着变形程度增加，其强度和硬度提高而塑性（延伸率、面缩率）则降低，这种现象称为加工硬化（应变硬化、应变强化）硬化特点的三个阶段：第一阶段：形变硬化程度较小(单系滑移)第二阶段：呈线性特点，多系滑移，显著特点为硬化系数最大，滑移线变短（多系滑移）第三阶段：硬化系数随着应变的增加而降低，晶体表面出现滑移带和带端碎化现象（交滑移）晶界对塑性变形过程的影响：晶界的障碍强化作用、多系滑移强化作用、多晶体变形的不均匀性多晶体应力—应变曲线：=1\*GB2⑴体心立方金属:铌、钼、α-Fe的硬化速率大体相同;=2\*GB2⑵面心立方晶体的金属，其硬化速率差别却比较大，图中斜率最高的是银，最平稳的是铝=3\*GB2⑶六方结构的钛的硬化率类似于铝.原因：体心立方金属滑移系统较多，易于产生交滑移，是其硬化速率较低的主要原因之一;面心立方晶体由于其层错能不同,表现出来的硬化速率差别较大.体心立方金属的明显屈服效应、动态形变时效现象：体心立方金属中，晶界附近容易偏析杂质原子;溶质原子特别是间隙原子与位错的相互作用强烈，产生柯垂尔气团,对位错的钉扎很牢，出现屈服效应现象。当温度从室温上升时，上下屈服点反复出现，出现动态形变时效。晶粒细化在工程上有重要的应用：=1\*GB2⑴在高强度的钢种中，细化晶粒可以提高其韧性；有助于防止脆性断裂发生，可降低脆性转化温度，提高材料使用范围。=2\*GB2⑵在低强度钢中（如低碳结构钢），利用细化晶粒来提高屈服强度有明显效果。尤其是超细晶组织对提高强度和韧性作用更突出。=3\*GB2⑶在超塑性变形时，细化晶粒可以得到理想的超塑性变形。因为超塑性变形的控制机理为晶间滑动机理，等轴细小晶粒更有利于晶间滑动变形。塑性:金属或合金具有在外力作用下，能发生永久变形而不破坏其完整性的能力。材料的塑性指标：延伸率、断面收缩率、相对压缩率、扭转数n、冲击韧性（J）影响材料塑性的主要因素：组织结构对塑性的影响、化学成分对塑性的影响、变形温度对塑性的影响、应变速率对塑性的影响、应力状态对塑性的影响、不均匀变形对塑性的影响、其他因素对塑性的影响金属组织结构的变化：（1）单晶体塑性变形:随着变形量增加，位错密度增加，引起加工硬化。（2）形成了位错胞状结构，第二相指点对位错的数量和分布以及组态也有明显的影响（3）位错密度：同种材料细晶粒样品变形后的位错密度比粗晶粒的大（4）自由能高（5）晶粒外形、夹杂物和第二相的分布（6）性能上具有方向性（7）形成形变织构（8）晶体可能被破坏，可能产生微裂纹，甚至宏观裂纹等；变形是不均匀的；存在残余内应力。金属性能的变化力学性能的变化体现在：强度指标（比例极限、弹性极限、屈服极限、强度极限、硬度）增加；塑性指标（面缩率、延伸率等）降低，韧性也降低了；随着变形程度的增加，还可能产生力学性能的方向性。冷加工后，形变材料的物理、化学性能也发生明显变化。经冷变形的金属，由于晶间和晶内产生微观裂纹和空隙以及点阵缺陷，因而密度降低，导热、导电、导磁性能降低。同样，化学稳定性降低，耐腐蚀性能降低，溶解性增强。冷塑性变形后金属和合金的性能处于不稳定的亚稳状态。升高温度，使金属中的原子获得足够的活动能力，则经冷变形的金属将自发地通过点阵缺陷的减少和重新排列而恢复到冷变形前的稳定态。冷塑性变形后的金属加热时，通常是依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。回复：经冷塑性变形的金属在加热时，在大角度晶界扫过变形基体从而形成无畸变的组织（即再结晶晶粒组织）前所产生的某些亚结构和性能的变化阶段。再结晶：经冷变形后的金属在加热时，通过再结晶核心的形成及随后的成长，直到变形基体全部被新晶粒消耗完毕，新晶粒互相接触为止的阶段。晶粒长大阶段：初次再结晶阶段后进入晶粒长大阶段。再结晶和晶粒长大：退火温度升高冷变形材料将发生再结晶。再结晶是从形成无畸变的晶核开始，逐渐长大成位错密度很低的等轴状晶粒。再结晶是消除加工硬化的重要软化手段，还是控制晶粒大小、形态、均匀程度、获得或避免晶粒的择优取向的重要手段。影响再结晶的主要因素：加热温度、变形程度、微量溶质原子、弥散相颗粒。影响再结晶后晶粒大小的主要因素：晶粒大小对材料的力学性能和加工性能都有很大的影响。决定再结晶退火后晶粒大小的最主要因素：是预先变形量、退火温度，其次是原始晶粒度、杂质及退火时间等。临界变形程度:当变形量达到一定值（如碳钢为2～10％）时，再结晶后的晶粒特别粗大，此变形程度称为临界变形程度。金属组织结构和性能的变化（热加工变形后组织结构的特点）是：（1）改造铸态组织、（2）细化晶粒和破碎夹杂物、（3）热变形中形成的纤维组织、（4）形成带状组织、（5）形成网状组织奥氏体热加工过程中的组织结构变化：应力—应变曲线由三个阶段组成：第一阶段：当塑性变形量小时，随着变形量增加，流变应力逐渐增大，直到达到最大值。第二阶段：第一阶段的动态回复抵消不了形变产生的加工硬化。随着变形量的增加，金属内部畸变达到一定程度后，形变的奥氏体就将发生再结晶。第三阶段：这一阶段的应力－应变曲线可能出现两种情况：呈稳态变形a）；非稳态变形b）。a）连续动态再结晶的稳态变形：连续动态再结晶过程：＜b）间断动态再结晶的非稳态变形：＞第一轮动态再结晶完成时，晶粒的形变量尚未达到值，还不能立即发生第二轮动态再结晶。第二轮再结晶未开始前，这时动态再结晶这种软化机理已失效，流变应力要增加直到第二轮动态再结晶开始为止，因此应力－应变曲线上出现了波浪形，呈非稳态变形。形变织构：塑性变形前的金属多晶体各晶粒的位向是随意的，塑性变形后晶粒的某些晶向平行于一定方向，某些晶面平行于一定平面，材料性能在某种程度上变得有方向性，使材料呈现出各向异性。这些晶面优先平行于某个方向或某个平面的现象称为择优取向，这种结构