第11章 金属的塑性变形和强化
第11章-1 金属塑性变形的物理基础-冷变形
（二）晶间变形
晶粒相互滑动和转动
在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要 集中在晶内。晶间变形只起次要作用。而且 需要其他变形机制的协调。这主要是由于晶 界强度高于晶内，其变形比晶内困难。而且 多晶体各晶粒间犬牙交错，造成晶界滑移困 难，如晶界发生变形，必将引起裂纹，故晶 界变形量是很小的。
2.塑性变形特点
（一）晶内变形
（1）滑移 滑移:晶体一部分沿一定晶面（滑移面） 和晶向（滑移方向）相对另一部分发生 相对移动和切变。产生宏观的塑性变形。 滑移面：原子排列密度最大的晶面。 滑移方向：原子排列密度最大的方向。 滑移系:一种滑移面及其上的一个滑移 方向构成 滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶 向发生。因为原子密度最大的晶面，原 子间距小，原子间结合力强；而其晶面 间的距离则较大，晶面与晶面之间的结 合力较弱，滑移阻力较小。
1.冷态下塑性变形机理
单晶体的塑性变形 滑移和孪生 多晶体的塑性变形 晶内变形和晶界变形
多晶体的晶内变形可以看做是一个单晶的塑性变形
（一滑移 和孪生。其中滑移变形是主要的；而孪生 变形是次要的，一般仅起调节作用。但在 体心立方金属，特别是密排六方金属中， 孪生变形也是主要的。
临界切应力：要使滑移能够发生，需要沿 滑移面的滑移方向上作用一定大小的切应 力。 临界切应力的大小取决于金属的类型、纯 度、晶体结构的完整度、变形温度、应变 速率和预先变形程度等。
（一）晶内变形
2.孪生
孪生方向
孪生区域
孪生面
孪生面 孪生方向
面心立方晶体孪生变形示意
a) 孪生面和孪生方向 b) 孪生变形时原子的移动
※ 产生 残余应力 变形、开裂、耐蚀性下降。利用好可提高表面疲劳强度
第十一章 应力和应变理论
量，可用张量符号σij表示，即
每一分量称为应力张量之分量。 根据张量的基本性质，应力张量可以叠加和分解、存在三个主轴(主方向) 和三个主值(主应力)以及三个独立的应力张量不变量。
四、主应力、应力张量不变量和应力椭球面
1、主应力 由上节分析可知，如果表示一点 的应力状态的九个应力分量为已知，则过该 点的斜微分面上的正应力σ和切应力τ都将随 法线N 的方向余弦l,m, n 而改变。特殊情况 下，斜微分面上的全应力S 和正应力σ 重合， 而切应力τ= 0 。这种切应力为零的微分面称 为主平面，主平面上的正应力叫做主应力。
整理得：
用角标符号简记为 显然，全应力
图11-3任意斜切微分面上的应力
二、直角坐标系中一点的应力状态
斜微分面上的正应力σ 为全应力S 在法线N 方向的投影，它等于S x , S y, S z在
N 方向上的投影之和，即：
斜切微分面上的切应力为：
所以，已知过一点的三个正交微分面上9 个应力分量，可以求出过该点任 意方向微分面上的应力，也就是说，这9 个应力分量可以全面表示该点应 力状况，亦即可以确定该点的应力状态。 如果质点处于受力物体的边界上，则斜切微分面ABC 即为变形体的外表面， 其上的表面力（外力）T 沿三坐标轴的分量为Tx 、Ty 件。
三、张量和应力张量
1 角标符号和求和约定 成组的符号和数组用一个带下角标的符号表示， 这种符号叫角标符号。用角标符号表示物理量在坐标系中的分量，可以 使冗长繁杂的公式在形式上变得简洁明了。如直角坐标系的三根轴x、y、 z，可写成x1、x2、x3，用角标符号简记为xi (i＝1,2,3)；空间直线的方向 余弦l、m、n 可写成lx 、ly、lz，简记为li (i＝x、y、z)。如果一个坐标系 带有m 个角标，每个角标取n 个值，则该角标符号代表着 个元素，例 如σij (i,j = x,y,z) 就包含有9 个元素,即9 个应力分量。 在运算中，常遇到n 个数组各元素乘积求和的形式，例如：
金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响
金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响一、金属的塑性变形金属受力时，其原子的相对位置发生改变，宏观上表现为形状、尺寸的变化，此种现象称为变形。
金属变形按其性质分为弹性变形和塑性变形。
当受力不大时，去除外力后原子立即恢复到原来的平衡位置，变形立即消失，这种变形称为弹性变形。
当应力超过一定值时（≥бs），金属在弹性变形的同时还会产生塑性变形。
1、单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形，主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，滑动后原子处于新的稳定位置，不再回到原来位置。
研究表明，滑移总是优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生，晶体中能够发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。
滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。
晶体的滑移是借助于位错的移动来实现的。
大量的位错移出晶体表面，就产生了宏观的塑性变形。
2、多晶体的塑性变形常用金属材料都是多晶体。
每个晶粒内的塑性变形主要仍以滑移方式进行。
但多晶体中各相邻晶粒的位向不同，各晶粒之间有一晶界相连接，因此，具有下列特点：（1）晶粒位向的影响由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，有的晶粒处于有利于滑移的位置，有的晶粒处于不利位置。
产生滑移的晶粒必然会受到周围位向不同晶粒的阻碍，使滑移阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。
所以多晶体的塑性变形是逐步扩展和不均匀的，其结果之一便是产生内应力。
（2）晶界的作用晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。
试样在晶界附近不易发生变形，出现所谓“竹节”现象。
这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移的缘故。
很显然，晶界越多，多晶体的塑性变形抗力越大。
（3）晶粒大小的影响在一定体积的晶体内晶粒数目越多，晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多。
因而塑性变形抗力也就越大，表现出较好的塑性和韧性。
故生产中都尽一切努力细化晶粒。
二、金属的冷塑性变形对性能的影响冷塑性变形对金属性能的主要影响是造成加工硬化，即随着变形度的增加，金属强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。
合金的塑性变形
位错运动遇到细小弥散分布的第二相质点 时，无论是绕过去或切过去，都要受到很大的
柯氏气团对位错有“钉扎”作用，为使位错 挣脱气团的“钉扎”而运动或拖着气团运动，
必须施加更大的外力。
因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯
金属，即强度提高了。
屈服和应变时效
现象：低碳钢拉伸时 有上、下屈服点和屈服 延伸现象。 试样在上屈服点出现 明显塑性变形，同时应 力突然下降到下屈服点。
在下屈服点发生连续 变形，而应力并不升高 或出现微小波动，即出 现屈服平台。
合金的塑性变形
提高材料强度的另一种方法是合金化。
合金元素在基体中有两种存在方式：
与基体金属形成固溶体；
形成第二相。
合金塑性变形的基本方式仍然是滑移和 孪生，但由于组织、结构的变化，其塑性变 形各有特点。
一、固溶体的塑性变形
固溶强化：溶质原子溶入基体后，使其强度、硬度提高， 塑性、韧性下降的现象。 溶质原子的加入，提高屈服应力-应变水平，曲线上移。
应变时效 应变时效：经过预变形 的金属放置一段时间后， 屈服应力提高的现象。 若在拉伸前，对试样先 进行少量的预塑性变形， 则屈服点可暂时不出现。 试样放置一段较长时间 或经200℃左右短时加热， 再拉伸，则屈服点又重新 出现，且屈服应力提高。
现象的解释：
屈服点的出现通常与金属中溶有微量的杂质(或溶质)原 子有关。如将低碳钢经700℃湿氢处理，去除N、C原子后 拉伸，屈服点不出现，去N、C原子的试样稍许渗入些C原 子再拉伸，屈服现象又出现。 原因：微量溶质原子集聚在位错周围，形成的柯垂尔气 团，对位错有“钉扎”作用。 位错脱钉所需的应力——上屈服点； 已脱钉的位错继续运动所需应力——下屈服点。 已经屈服的试样，卸载后立即重新拉伸，位错已脱钉， 不出现屈服点； 但卸载后放置较长时间或稍加热后再拉伸，溶质原子已 经通过扩散又重新集聚到位错线周围形成了气团，故屈服 现象又重新出现。
塑性变形对金属组织和性能的影响
塑性变形对金属组织和性能的影响1. 塑性变形对金属组织结构的影响（1）晶粒发生变形金属发生塑性变形后,晶粒沿形变方向被拉长或压扁。
当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图（2）亚结构形成金属经大的塑性变形时, 由于位错的密度增大和发生交互作用, 大量位错堆积在局部地区, 并相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 而在晶粒内产生亚晶粒。
金属经变形后的亚结构（3）形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致, 形成特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。
形变织构一般分两种：一种是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 称为丝织构, 例如低碳钢经高度冷拔后, 其<100>平行于拔丝方向; 另一种是各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向, 称为板织构, 低碳钢的板织构为{001}<110>。
形变织构示意图2. 塑性变形对金属性能的影响（1）形变强化金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。
这种现象称为加工硬化, 也叫形变强化。
产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。
另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。
在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
（2）产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
用有织构的板材冲制筒形零件时, 即由于在不同方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳”。
在某些情况下, 织构的各向异性也有好处。
制造变压器铁芯的硅钢片, 因沿[100]方向最易磁化, 采用这种织构可使铁损大大减小, 因而变压器的效率大大提高。
答案材料科学基础11
一、形变强化形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。
机理：随塑性变形的进展，位错密度不断增加，因此位错在运动时的彼此交割加重，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引发变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。
规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，依照公式Δσ=αbG ρ1/2，可知强度与位错密度〔ρ〕的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量〔b〕越大强化成效越显著。
方式：冷变形〔挤压、滚压、喷丸等〕。
形变强化的实际意义〔利与弊〕：形变强化是强化金属的有效方式，对一些不能用热处置强化的材料能够用形变强化的方式提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在利用进程中的平安性，零件的某些部位显现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停顿从而提高了平安性。
另一方面形变强化也给材料生产和利用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进展再结晶退火，增加生产本钱。
二、固溶强化随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。
强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。
所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。
固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，那么强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化成效越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，那么强化作用越大。
金属机械性能影响因素-第十一章.高温蠕变及持久试验的影响因素 高杨昌著
高温蠕变及持久试验的影响因素一，研究意义及目的在高温高压下工作的许多机器零件及构件，在承受长时间恒定静载荷作用的同时，还要受到腐蚀介质或表面活性介质的影响(例如压力容器、锅炉零件、化工和炼油设备的零部件、汽轮机和燃气输机等零件)。
特别是对于高温持久加载下长期工作的零构件，对机械性能有着很大的影响，所以研究在高温下蠕变变形及持久强度试验的影响因素具有特别重要的意义，而仅根据短时间的机械性能试验结果，不可能获得持久加载下各项性能的试验数据。
一些材料，由于组织稳定性较差，在持久加载下，特别是在高温持久加载下会出现松弛、脆化和形成裂纹等不良倾向。
人们为了详细了解金属材料在高温下的各种特性及持久、蠕变性能，制定了高温蠕变及持久试验方法。
其特点是：1.用持久静力加载试验方法测定塑性变形抗力，是指测定不同规定的塑性变形量下的蠕变极限，不同加载时间和不同试验温度下的蠕变极限；2.在持久静载荷作用下测定断裂抗力和塑性指标，把试样试验到断裂，测定金属材料在其恒定载荷下直至断裂可经历的时间和测定断裂时的最大塑性指标。
这样的试验称为持久拉断试验或叫持久强度试验，它是对蠕变试验和松弛试验的补充，正如判断强度极限σb和塑性指标δ、ψ值一样。
二，不同试验条件对蠕变试验的影响影响蠕变试验结果的因素是很多的，有内在因素的影响，如金属材料的化学成份、晶粒度大小、宏观缺陷和显微组织、材料的各种不同加工工艺 (铸造方法、冷热机械加工、热处理条件及焊接工艺)等。
而我们要讨论的主要是同试验方法有关的在不同试验条件下对蠕变数据的影响，例如：1.温度波动的影响2.蠕变数据自身分散性的影响3.仪器故障或中途停电对蠕变试数据的影响4.引伸计的误差及偏心度对蠕变数的影响5.加载荷重偏心度对蠕变试验的影响6.测量精度不同对蠕变数据的影响7.试验时间长短不同对蠕变试验的影响8.升温及保温时间不同对蠕变数据的影响9.试样尺寸因素的影响为了具体讨论和研究上述诸问题各种影响因果，我们做了大量的试验研究工作，分别描述如下：1.温度波动对蠕变数据的影响在较长时间的高温试验时，试验温度在一定范国内的瞬间波动是不可避免的，而波动温度的大小及持续时间的长短，除了需要精密的控温仪器外，还需要有试验人员经常检查和调试。
金属学与热处理课后习题第十一章-参考答案
第十一章参考答案11-1试述影响材料强度的因素及提高强度的方法答：（1）影响材料强度的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
以钢为例，合金元素的加入可能产生固溶强化、沉淀强化、细晶强化，对提高钢材的强度有利。
对于同一化学成分的合金而言，组织结构不同，其力学性能也不相同。
为了提高其强度，可通过改变热处理工艺或加工工艺来实现。
一般情况下，降低形变温度或提高应变速率，合金的强度会增大。
（2）提高材料强度的途径：加工硬化/形变强化、固溶强化、第二相强化（沉淀强化和弥散强化）、细晶强化/晶界强度（较低温度）。
11-2试述影响材料塑性的因素及提高塑性的方法答：（1）影响材料塑性的因素：化学成分、组织织构、加工工艺、形变温度、应变速率等。
杂质元素通常对塑性不利，合金元素的加入一般对提高材料的强度有贡献，在等强温度下，只有晶界强化可以提高强度的同时，提高其韧性，使材料获得细晶组织结构可提高其塑性。
一般而言，形变温度的降低或应变速率的提高对强度有利，而对提高塑性不利。
（2）提高材料塑性的途径：降低材料中杂质的含量、细化晶粒、加入韧化元素、加入细化晶粒元素、提高变形温度、降低应变速率。
11-4试就合金元素与碳的相互作用进行分类，指出1）哪些元素不形成碳化物2）哪些元素为弱碳化物形成元素，性能特点如何3）哪些元素为强碳化物形成元素，性能特点如何4）何谓合金渗碳体，与渗碳体相比，其性能如何答：1）非碳化物形成元素：Ni、Si、Co、Al、Cu等。
2）Mn为弱碳化物形成元素，除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外，几乎都溶于铁素体和奥氏体中。
3）Zr、Nb、V、Ti为强碳化物形成元素，与碳具有极强的亲和力，只要有足够的碳，就形成碳化物，仅在缺少碳的情况下，才以原子状态融入固溶体中。
4）合金元素溶入渗碳体中即为合金渗碳体，它是合金元素溶入渗碳体中并置换部分铁原子而形成的碳化物，合金渗碳体比一般渗碳体稳定，硬度高，可以提高耐磨性。
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温度对速率效应的影响
原因：
高温区：塑性变形机理基本是扩散机理、晶间滑 上升，扩散来不及进行，限制了起控 动机理。当 制作用的扩散机理作用，需要更高应力值的切变 机理来实现变形，提高了屈服应力。 提高 过渡区：回复和再结晶软化机理作用，但当 时，回复和再结晶来不及进行，屈服应力相对提 高值是增加的。 低温区：起控制作用的变形机理为切变机理。热 激活过程对低温下的切变机理有重要作用。
这个关系，即 τ＝τ＊＋ｋｄ－１/２
[1] Hall E O. The deformation and ageing of mild steel: III discussion of results[J]. Proceedings of the Physical Society. Section B, 1951, 64(9): 747. [2] Petch N J. The cleavage strength of polycrystals[J]. J. Iron Steel Inst., 1953, 174: 25-28. 34
第12章 金属在塑性变形中的组织结构与性能变化
冷变形后金属组织结构和性能的变化 冷变形金属的回复阶段 再结晶和晶粒长大 热变形过程中金属组织结构和性能的变化 2
单晶体的塑性变形和加工硬化 多晶体的塑性变形和强化 合金的塑性变形和强化 金属和合金的塑性 金属的超塑性
第11章 金属的塑性变形和强化
3
11.1 单晶体的塑性变形和加工硬化
变化对热激活过程有两种相反作用的影响： 上升，使热激活来不及进行，使位错运动阻力增加； 很高时，提高了形变金属的温度，降低了屈服应力。
在此区间应变速率效应相对其它温度区间最不明显
11.2.3 晶粒大小对金属流变应力的影响 （1）晶粒大小对金属流变应力的影响
霍尔-佩奇(Hall-Petch)的实验规律来描述，即流变应力与晶粒直径方根的 倒数(D-1/2)有明显的线性关系。
14
（2）多系滑移强化作用
不破坏晶界连续性，相邻的晶粒必须协调变形。 多晶体的塑性变形，一旦变形传播到相邻的晶粒，就产生 了多系滑移。位错运动遇到的障碍比单系滑移多，阻力要 增加。 在不同的晶体结构中，多系滑移强化和障碍强化所起作用 的大小是不同的。 ①体心和面心立方晶体金属中，滑移系统多，多系滑移强化 效果比障碍强化大得多； ②室温下变形的六方金属晶界的障碍强化是主要的。
σs=σi+KD-1/2
式中 σs——屈服应力； D——平均晶粒直径； σi、K——实验常数。 细化晶粒非常重要，增加了金属材料的强度，此公式应用很广。其强化机
理一般用位错塞积模型来推出。
大量试验证实了多晶体材料的外加切应力τ与晶粒直径平方
根的倒数呈线性关系， Hall 和 Petch 首先通过实验数据归纳出
晶界的作用
晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时 晶界阻碍滑移进行引起的障碍强化作用和变形连续 性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。
（1）晶界的障碍强化作用
多晶体的塑性变形两大特点：第一是变形的传递，第二是变 形的协调。 难变形的晶界处塞积大量位错，出现竹节状，产生应力集中。
塞积群内位错的分布不均匀。在靠近障碍物一边位错密度大
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）。 • 有时产生后需要消除 • 有时相反，需要加以利用，借以有效地强化材料
4
（1）面心立方金属单晶体的应力-应变曲线
易滑移→线性硬化阶段→抛物线硬化阶段
固态成形理论基础
第11章 金属的塑性变形和强化
张朝磊
材料加工与控制工程系 材料成形理论与质量控制研究室
引言 第10章 金属塑性变形的物理本质 第11章 金属的塑性变形和强化
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5
12.1 12.2 12.3 12.4 10.1 塑性变形机理 10.2 金属的屈服强度 • 课程目的、特点、体系、内容的组成 • 为什么学？如何学好？学了有什么用？
材料的韧性(toughness)：材料受力作用直到断裂的过程所吸收的总能量
金属材料的韧性主要来自其塑性变形过程所吸收的能量塑性好，韧性高；反之韧性低
25
26
在不同温度下进行系列冲击试验，观察到有些金属材料的冲击吸收功随着温度发生 剧烈变化，低温下变脆
表达转变的特征量： 韧脆转变温度(DBTT) ( ductile-to-brittle transitiontemperature) FATT ( fracture appearance transition temperature) 根据冲击断口形貌的变化确定的 韧脆转变温度，如FATT50
晶粒取向不同，由于存在着晶界及晶粒大小有 差别，使得多晶体的塑性变形和强化有许多不 同于单晶体的特点。
11.2.1 晶界对塑性变形过程的影响
晶界:相邻的取向不同的晶粒边界区域，或者说 是周期性的点阵的取向发生突然转折的区域。 晶界分大角度，小角度:
▲小角度晶界可以用位错来描绘，刃位错垂直堆 成倾斜晶界)角度小于20度; ▲大角度晶界可以看成是原子排列混乱的区域 . 叠
温度效应：由于应变速率很高（如同绝热过程中形变
热来不及散失），塑性功转化成形变热而提高了变形物 体温度，使屈服应力降低的。－－软化作用
规律较复杂：
在不同温度区间应变率速效应是不同的
高温区（完全软化区）（ T/Tm =0.7～1.0）应变速率 效应影响最大 ；
过渡区（T/Tm =0.3～0.7） 的应变速率效应居中；
④体心立方晶体具有低温脆性 在低温下，屈服应力上升特别突出
主要原因有两条：
ⅰ. 体心立方晶体的点阵阻力对温度的依赖性更明显，而由于
体心立方晶体的位错宽度较窄，其点阵阻力对屈服强度有 重要作用。
ⅱ. 体心立方晶体中的位错与溶质原子特别是间隙原子的相互
作用强烈。
在低温下，体心立方晶体的屈服应力值很高，很容易 发生脆性断裂。
Hall-Petch关系适用的晶粒上临界尺寸：
式中：Ｇ 为切变模量，ｂ 是柏氏矢量，τｃ为位错运动的临界切应力，μ是
泊松比。 Hall-Petch关系适用的晶粒下临界尺寸：
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尽管一些材料仍呈线性关系，也不能再用位错塞积理论导出的 HallPetch关系分析。
39
（2）晶粒细化在工程上有重要的应用
各种影响金属形变强化的因素：如点阵类型、 金属种类、晶粒大小、变形温度、变形速度、 加载方式等，都将影响到应力-应变曲线的特 征和数值。
(1) 点阵类型和金属种类影响
①体心立方金属:铌、钼、 α-Fe的硬化速率大体相同; ②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; ③六方结构的钛的硬化率 类似于铝.
16
（3）多晶体变形的不均匀性
存在晶界及晶界两侧晶粒取向有差别，多晶体的塑性变 形有着很大的不均匀性。
各个晶粒变形不一样：
在单个晶粒内，晶界变形要低于晶粒中心区域； 大小不同晶粒相比，细晶粒强化作用大，由于细晶组织 中晶界占的比例要大于粗晶组织中的晶界，细晶组织的 硬度普遍高于粗晶组织的硬度。
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.
应力—应变曲线的另一特点是: 体心立方金属的明显屈服效应、动态形变时效现象.
室温 93℃ 204℃ 315℃
体心立方金属:晶界容易偏析杂质原子; 溶质原子特别是间隙原子与位错的 相互作用
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.
（2）变形温度与应变速率的影响
• 温度对加工硬化有很大的影响: 温度升高：硬化系数降低，屈服应力值减小。
其原因为： ①可能开动新的滑移系统 (对于密排六方晶体意义突出); ②在变形过程中出现回复和再结晶的现象，引起金属软化; ③可能出现新的塑性变形机理(温度较低时,控制机理为滑移，孪生;高温出现 扩散机理，晶间滑动机理。)
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温度对应力-应变曲线的影响
温度升高时，τ0略有降低，而τⅢ则显著降低，γⅡ，γⅢ变 短，θⅠ和θⅡ与温度关系不大，而θⅢ则随温度升高而减小。
（3）面心立方金属形变单晶体的表面现象
滑移线的结构特点： 第I阶段：用照明特别好（例如暗场）可观察到细长的滑 移线。 第Ⅱ阶段：光学显微镜在暗场下可以看到滑移线，线长 随应变的增加而递减。电镜观察到的单个滑移线比第I阶 段的粗而短。 第Ⅲ阶段：出现滑移带，带中包括许多靠得很近的滑移 线（光学显微镜一般只能看到线）。应变增加时，带间 不再增加新的线，形变集中在原来的带中，滑移带端出 现了碎化现象。
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晶体结构的影响： BCC金属存在DBTT FCC金属保持韧性(低温应用) 高强合金、陶瓷保持脆性
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BCC结构：α-Fe、Mo、W、Ta(钽)；FCC结构：Ni
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应变速率对加工硬化的影响具有双重性
包含温度和时间两个方面的因素
应变速率效应：即由于应变ห้องสมุดไป่ตู้率升高，软化机理来不
及进行而引起屈服应力升高的；－－硬化作用
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。 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。 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。