合金的塑性变形
(整理)第6章金属及合金的塑性变形
第6章 金属及合金的塑性变形6-1 金属的变形特性金属在外力作用下的变形行为可用拉伸曲线来描述。
设拉力为P ，试样伸长量为dl ，则应力σ和应变ε分别为：A P σ=； ldl ε= 式中，A 为试样的截面积。
在拉伸过程中，A 和l 是变化的，在工程上，为了简化问题，A 常用A 0来代替，ε也用平均值表示ε=(l －l 0)/l 0，这样测得的σ-ε曲线称工程σ-ε曲线。
一、工程σ-ε曲线P161图1是低碳钢拉伸时的工程σ-ε曲线。
当应力低于σs 时，没有残留变形，大于σs 时，开始发生塑性变形。
所以，σs 是发生塑性变形的最小应力，称屈服强度。
屈服强度也是弹性极限σe （弹性变形的最大应力）。
在弹性变形阶段，当应力小于σp 时，σ-ε呈线性，服从虎克定律： εE σ=式中，E 是直线的斜率，称材料的弹性模量。
开始偏离直线的应力σp 称比例极限。
当应力超过σs 时，开始发生塑性变形。
随着塑性变形的增加，应力增大，这种现象称加工硬化。
当应力达到最大值σb 时，开始下降，直到断裂。
最大值σb 称材料的抗拉强度。
超过此值，试样发生局部颈缩，即发生了不均匀塑性变形。
所以，σb 是材料发生均匀塑性变形的最大应力。
注意，应力超过σb 后下降，并不是加工硬化失效。
在结构材料中，我们关心的力学指标是σs 和σb ，它们和硬度一起称做强度指标。
在实际应用中，σs 值是无法测量的，通常用发生0.2%塑性变形时对应的应力值来表示屈服强度，称条件屈服强度。
通常我们所说的材料的力学性能，除了上述强度指标外，还有两个塑性指标，延伸率、断面收缩率。
延伸率是指发生断裂时，试样的伸长率：%10000⨯-=l l l δσσ断面收缩率是指发生断裂时，试样截面积的变化率：%10000⨯-=A A A ψ 二、真应力-真应变曲线（T T εσ-曲线） 工程应力与真实应力之间的不同是容易发现的。
下面看看工程应变与真实应变的不同。
拉伸一个试样，使其伸长一倍，则工程应变1/)2(000=-=l l l ε；若是压缩，要获得同样数值的负应变，理应压缩到原长度的一半。
铝合金材料的塑性变形行为研究
铝合金材料的塑性变形行为研究铝合金材料是一种在工业应用中广泛使用的轻质材料，具有良好的机械性能和高的加工性能，因此受到了广泛的关注和研究。
其中，其塑性变形行为研究尤为重要，对于预测和改善铝合金材料的加工性能以及进一步提高铝合金制品的质量和使用寿命具有重要意义。
塑性变形是指材料在外力作用下，能够发生可逆形变而不破坏的现象。
铝合金材料的塑性变形行为受到多种因素的影响，包括晶体结构、合金元素成分、微观缺陷以及塑性变形过程中形成的位错等。
首先，晶体结构对铝合金材料的塑性变形行为具有很大影响。
铝合金材料通常具有面心立方(fcc)结构，在塑性变形过程中晶体滑移是主要的变形机制。
晶体滑移是指晶体的位错在晶格平面上滑动，使晶体发生形变。
晶体结构的不规则性和晶界的存在对晶体滑移的发生和传播有一定的阻碍作用。
因此，通过改变晶体结构、优化晶体取向和晶粒尺寸等，可调控铝合金材料的塑性变形行为。
其次，合金元素成分也对铝合金材料的塑性变形行为产生重要影响。
常见的合金元素包括镁(Mg)、锰(Mn)、硅(Si)等。
这些合金元素可改变晶体中的位错密度、晶粒大小和晶界稳定性等特征，从而影响铝合金材料的变形特性。
例如，添加适量的镁元素能够精细化晶粒并提高铝合金的强度和塑性，从而改善其塑性变形行为。
微观缺陷也是影响铝合金材料塑性变形行为的重要因素之一。
微观缺陷包括位错、孪生、晶界、夹杂物等。
位错是晶体中的一种线状缺陷，主要通过滑移活动参与塑性变形。
与此同时，晶界也对铝合金材料的塑性变形行为起着重要的作用。
晶界是相邻晶粒之间的界面，其结构和性质直接影响了位错的传播和停滞，从而影响材料的力学性能和塑性变形行为。
此外，塑性变形过程中产生的位错也对铝合金材料的塑性变形行为起着关键作用。
位错是晶体中的一种线状缺陷，其类型主要包括螺状位错、缺失位错、棱位错等。
在塑性变形过程中，位错会随着外力的作用而运动和繁殖，导致晶体的可塑性变形。
研究位错的生成、移动和相互作用等行为对于理解铝合金材料的塑性变形机制具有重要意义。
合金的塑性变形
第四节合金的塑性变形根据合金的组织将合金分为两大类：1.基体金属为基的单相固溶体合金：2.多相合金：合金元素超过饱和固溶度，出现第二相a)各组元形成的化合物b)以合金元素为基的另一固溶体多晶体合金与多晶体纯金属的塑性变形：总的来说与多晶体纯金属基本相同，但由于合金元素的存在，组织也不相同，故塑性变形各有特点一，单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形和多晶体纯金属的塑性变形的异同：1.显微组织相似，塑性变形过程基本相同2.存在溶质原子，合金强度硬度升高塑性韧性下降，即产生固溶强化固溶强化固溶强化是强化金属的重要途径：在碳钢中加入能溶于铁素体的锰硅等合金元素固溶体合金产生固溶强化的原因或机理：1.固溶体中溶质与溶剂原子半径差引起晶格畸变，位错之间产生弹性交互，阻碍位错运动2.位错线附近偏聚的溶质原子对位错钉扎形成柯氏气团：a)大置换溶质原子及间隙原子往往扩散至位错线下方受拉应力的部位；b)小置换溶质原子往往扩散至位错线上方受压应力的部位；c)偏聚于位错附近的溶质原子好像形成了一个溶质原子气团，称为柯氏气团3.柯氏气团：减小晶格畸变，降低溶质原子与位错的弹性交互能，使位错处于较稳定的状态，减少可动位错数目4.若使位错线运动，脱离开柯氏气团的钉扎，就需要更大的外力，从而溶质原子的存在增加了固溶体合金的塑性变形抗力合金元素形成固溶体时的固溶强化规律1.在固溶体的溶解度范围内，合金质量分数越大，强化作用越大2.两者尺寸相差越大，晶格畸变越大，强化作用越大3.间隙固溶元素的强化作用大于置换固溶元素，当两者质量分数相同时，两者强化作用相差10~100倍4.两者价电子数相差越大，强化作用越大二，多相合金的塑性变形多相合金也是多晶体：多相多晶体有些晶粒是另一相有些晶界是相界面多相合金的组织分类：1.两相晶粒尺寸相近塑性相近2.塑性较好的固溶体基体上分布着硬脆的第二相多相合金的强化除固溶强化外还有第二相强化，强度往往比单相固溶体高所以多相合金的塑性变形：1.与固溶体基体的属性有关2. 与第二相的性质形状大小数量分布等有关()一合金中两相含量相差不大变形性能接近1. 多相合金变形性能为两相变形性能的平均值2. 铜锌合金的强度1,=++=βαββααϕϕσϕσϕσ3. 合金强度极限随A 相含量增加而增加()二合金中两相变形性能相差很大如果其中一个相硬而脆而另一相塑性较好且为基体那么此时合金的塑性变形1. 与相的相对含量有关2. 在很大程度上与硬脆相的分布有关硬脆相的三种分布：1. 呈连续网状分布于塑性相晶界上2. 呈片状或层状分布于塑性相的基体上：3. 呈颗粒状分布于塑性相的基体上()二呈连续网状分布于塑性相晶界上1. 硬脆相将塑性相分割开，变形能力下降，少量变形即可沿脆性相开裂，塑性韧性急剧下降2. 脆性相越多，网越连续，塑性越差，甚至强度也下降3. 生产上可通过热加工和热处理来破坏或消除网状分布()二呈片状或层状分布于塑性相的基体上层片状珠光体的塑性变形1. 铁素体塑性好渗碳体硬而脆2. 塑性变形集中在铁素体内发生；位错的移动被限制在渗碳体片之间；在渗碳体片附近形成位错平面塞积群3. 当位错塞积群造成的应力集中足以激发相邻铁素体中的位错源开动时，相邻的铁素体开始发生塑性变形 珠光体的屈服强度也可以用霍尔佩奇公式210-+=S K S i S σσ1. 珠光体片间距越细，强度越高，变形越均匀，变形能力越大2. 细珠光体中甚至渗碳体片也可以发生滑移弯曲变形，不但强度高塑性也好 亚共析钢的塑性变形1. 塑性变形首先发生在先共析铁素体中2. 当铁素体由于加工硬化使其流变应力达到屈服强度时才发生塑性变形 ()二呈颗粒状分布在塑性相的基体上颗粒状分布时对塑性的危害比针状片状分布时要小共析钢或过共析钢经球化退火获得粒状珠光体组织，粒状渗碳体对铁素体的塑性变形阻碍作用减小，强度降低，塑性韧性得到改善如果硬脆相呈颗粒状分布且弥散均匀分布时可显著提高合金强度：第二相粒子与位错交互，阻碍位错运动，提高合金塑性变形抗力根据两者相互作用的方式两种强化机制：位错绕过第二相粒子即弥散强化和切过第二相粒子即沉淀强化()二位错绕过第二相粒子即弥散强化图6.27强化机理：滑移面上运动的位错遇到第二相发生弯曲，随外加应力增加弯曲加剧，最后围绕第二相粒子的位错线相遇，正负号位错抵消形成包围粒子的位错环，其余部分位错恢复直线继续前进位错线绕过第二相粒子时所需要的切应力：柏氏矢量切边模量，--=b G Gb,λτ，第二相粒子间距越小，强化作用越大 获得第二相粒子1. 借助粉末冶金的方法加入基体而起强化作用的：烧结铝2. 饱和固溶体进行过时效处理，可以得到与基体非共格的析出相，当进行塑性变形时，位错也是以绕过机制通过障碍烧结铝：1. 粉末冶金成形后进行冷挤压加工2. 烧结铝组织：铝基体上分布着高度弥散的氧化铝粒子，粒子间距约为m μ1.03. 烧结铝性能：室温强度高，优良的耐热性()二位错切过第二相粒子强化即沉淀强化图6.28适合情形：第二相粒子硬度不太高尺寸也不大而且可以变形机理：1. 滑移面上运动的位错切过粒子与基体一起变形2. 要使位错切过第二相粒子必须作额外的功消耗足够大的能量，所以强度很高 获得第二相粒子：过饱和固溶体时效处理初期产生的共格析出相。
镁合金的力学行为及其塑性变形机制
镁合金的力学行为及其塑性变形机制1. 引言随着现代工业的发展和人们对轻量化、高强度、高耐腐蚀性能的需求，镁合金得到了越来越广泛的应用。
镁合金因其低密度、高比强度、良好的加工性和回收性等优点成为航空、汽车、电子等领域的理想材料。
然而，镁合金在使用过程中也存在着一些问题，如低强度、低塑性和易产生裂纹等缺陷。
为了克服这些问题，研究镁合金的机械性能和塑性变形机制显得尤为重要。
2. 镁合金的力学行为镁合金的力学行为是指其在力学载荷下的变形和断裂特性。
根据加载方式和加载速度的不同，常用的镁合金力学性能测量方法包括拉伸、压缩、弯曲、疲劳等。
2.1 拉伸性能在拉伸试验中，镁合金试样通常沿轴向加载，被拉伸到断裂。
通过拉伸实验可以得到镁合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率等指标。
在拉伸过程中，镁合金先呈弹性变形，随着应力的增加，会出现塑性变形，最终会产生颈缩现象，并出现形变硬化，然后试验样品发生瞬时断裂。
2.2 压缩性能与拉伸试验类似，压缩试验是将镁合金试样置于压缩机中，施加压力，试样往往在压缩模量较大时出现颈缩，进而在剪切和塑性瞬间溃断的形式受力。
通过压缩试验可以得到镁合金的屈服强度、抗压强度等指标。
2.3 弯曲性能在弯曲试验中，将镁合金试样制成梁状，在弯曲机上进行弯曲测试。
通常以最大载荷、极限载荷、弯曲刚度和中心挠度等作为评价参数，通过弯曲试验可以得到镁合金的弯曲性能。
2.4 疲劳性能镁合金强度高、重量轻，适用于高速旋转部件、振荡部件等。
疲劳性能是材料在交变载荷作用下能够承受的循环次数。
通过疲劳试验可以研究镁合金材料的寿命和寿命曲线，确定其在交变载荷下的强度和稳定性。
3. 镁合金的塑性变形机制镁合金的塑性变形机制主要有滑移和孪生两种。
3.1 滑移变形滑移是指晶体中某些平面沿特定方向发生剪切变形的过程。
镁合金中的滑移有基面滑动的主滑移系统和非基面滑动的辅助滑移系统。
主滑移系统与晶体方向有直接关系，因此其延性较好，且容易塑性变形，但也容易发生塑性翘曲和产生裂纹。
多相合金的塑性变形
多相合金的塑性变形 （补充内容）
第三章 材料的变形与再结晶
一、 运动位错与第二相的相互作用
1. 切过机制
第二相一般与基体保持共格关系、尺寸较小（比如粒子直 径小于1微米）、有一定塑性、可以变形的条件下发生。能。 以共格应变场的作用强化。
2. 绕过机制
第二相与基体无共格关系、尺寸较大（粒子直径大于1 微米）、属脆性硬粒子、不可变形的条件下发生。
作用在位错线上的力
位错绕过所需克服阻力 τ=Gb/L, L为粒子间距
绕过后位错环形成
二、大粒子对基体变形及形变量分布的影响
1. 大粒子分布状态
primary Al3Zr
10 μm
2. 大粒子引起的变形和储存能的不均匀分布
弱变形区 可变形 非变形 轧制方向 强变形区
局部应变不协调
ED
ED=EDM +EDa ED=EDM
∼d
不均匀的储存能分布 ED=EDM
d
ED
3. 变形储存能的不均匀分布导致再结晶择优形核和长大
RD
RD Rx
再结晶形核
200 μm
再结晶完成时形成不均匀晶粒组织
第六章 金属和合金的塑性变形
第六章 金属和合金的塑性变形和再结晶金属材料（包括纯金属和合金）在外力的作用下引起的形状和尺寸的改变称为变形。
去除外力，能够消失的变形，称弹性变形；永远残留的变形，称塑性变形。
工业生产上正是利用塑性变形对金属材料进行加工成型的，如锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。
塑性变形不仅能改变工件的形状和尺寸，还会引起材料内部组织和结构的变化，从而使其性能发生变化。
以再结晶温度为界，金属材料的塑性变形大致可分为两类：冷塑性变形和热塑性变形，在生产上，通常称为冷加工和热加工。
经冷塑性变形的金属材料有储存能，自由能高，组织不稳定。
若升高温度，使原子获得足够的扩散能力，则变形组织会恢复到变形前的状态，这个恢复过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
从金属材料的生产流程来看，一般是先进行热加工，然后才进行冷加工和再结晶退火。
但为了学习的方便，本章先讨论冷加工，再讨论再结晶和热加工。
§6.1 金属材料的变形特性一、 应力—应变曲线金属在外力作用下，一般可分为弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。
图6.1是低碳钢拉伸时的应力—应变曲线，这里的应力和应变可表示为：000,L L L L L A F ∆=-==εσ 公式中F 是拉力，00,L A 分别是试样的原始横截面积和原始长度。
从图中可以得到三个强度指标：弹性极限e σ，屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
当拉应力小于弹性极限e σ时，金属只发生弹性变形，当拉应力大于弹性极限e σ，而小于屈服强度s σ时，金属除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当拉应力大于抗拉强度b σ时，金属断裂。
理论上，弹性变形的终结就是塑性变形的开始，弹性极限和屈服强度应重合为一点，但由于它们不容易精确测定，所以在工程上规定：将残余应变量为0.005%时的应力值作为弹性极限，记为005.0σ，而将残余应变量为0.2%时的应力值作为条件屈服极限，记为2.0σ。
s σ和2.0σ都表示金属产生明显塑性变形时的应力。
合金的塑性变形
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。
(一)聚合型两相合金的变形
1、两相都有塑性： 只有第二相较强时，合金才能强化。 合金的变形阻力决定于两相的体积分数，滑 移首先发生于较弱一相中。 如较强相占到30%（体积），两相以接近相 等的应变发生变形，较强相占到70%时，以它为 主。
2、第二相为硬脆相： 合金的性能主要取决于脆性相的形状和分布。 硬脆相呈连续网状分布在塑性相的晶界上，降低合金塑 性，强度也降低。如Fe3CⅡ呈网状分布时。
有实验观察证实。 位错按此方式移动时 受到的阻力很大，强度显
著提高。
α黄铜中围绕着Al2O3粒子 的位错环（透射电镜像）
粒子间距及尺寸对强化的影响
位错绕过间距为λ的第二相微粒所需的切应力为：
Gb
即：λ越小，强化效果越显著。 减小粒子尺寸（在同样体积分数时，粒子越小，粒 子间距越小）或提高粒子的体积分数，都使合金的强度 提高。
金属及合金的塑性变形
应力-应变曲线分析
弹性阶段
在应力作用下，金属首先发生 弹性变形，应力与应变成正比
关系，遵循胡克定律。
屈服阶段
当应力达到金属的屈服强度时， 金属开始发生塑性变形，应力-应 变曲线出现屈服平台或屈服点。
强化阶段
随着应变的增加，金属的加工 硬化效应逐渐显现，应力随之 上升，呈现强化现象。
断裂阶段
当应力达到金属的抗拉强度时 ，金属发生断裂。
03
形
多晶体结构特点及影响因素
结构特点
多晶体由许多取向不同的小晶体（晶粒）组成，晶粒之间存在晶界。
影响因素
晶粒大小、晶界结构、第二相粒子、温度、应变速率等。
晶界在塑性变形中作用
要点一
阻碍位错运动
晶界是位错运动的障碍，使位错在晶界处塞积，引起应力 集中。
要点二
协调变形
晶界能协调不同晶粒之间的变形，使多晶体能够保持连续 性变形。
新型塑性变形机制的探索
随着新材料和新技术的不断涌现，未来可能会出现新的塑性变形机制。探索这些新型塑性变形机 制将有助于拓展金属及合金的应用领域并提升其性能。
THANKS.
加工硬化现象及机制
加工硬化现象
金属在塑性变形过程中，随着变形量的增加，其强度和硬度逐渐提高，而塑性 和韧性逐渐降低的现象。
机制
加工硬化的机制主要包括位错增殖、晶粒细化和相变等。其中，位错增殖是金 属塑性变形过程中加工硬化的主要原因，位错密度增加导致金属强化。
金属单晶体的塑性变
02
形
单晶体滑移与孪生过程
金属及合金的塑性变形
目录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属单晶体的塑性变形 • 金属多晶体的塑性变形 • 合金的塑性变形行为及特点 • 塑性变形对金属及合金性能影响 • 总结与展望
铸造合金的塑性变形与强化机制
铸造合金的塑性变形与强化机制铸造合金是一种通过高温熔炼和铸造工艺制备的金属材料，具有优异的力学性能和化学稳定性。
在使用过程中，铸造合金的力学性能往往需要通过塑性变形和强化机制进行改善。
本文将深入探讨铸造合金的塑性变形和强化机制，以及如何应用于实际工程中。
一、塑性变形机制塑性变形是指材料在外部加载下，在不改变化学成分的条件下，发生形状和尺寸变化的过程。
铸造合金的塑性变形机制主要包括滑移变形和孪晶形变。
1. 滑移变形滑移变形是铸造合金的常见变形机制之一。
在应力作用下，合金中的晶体发生位错运动，原子间的位错在晶面上滑移，形成滑移带，从而导致材料整体的塑性变形。
滑移变形可以增加材料的延性和韧性，提高其抗变形能力。
2. 孪晶形变孪晶形变是指合金晶粒在变形过程中发生取向关系突变，形成孪晶结构。
合金中的孪晶具有较高的位错密度和晶界能量，因此在塑性变形中扮演重要角色。
孪晶形变可以提高材料的强度和硬度，但对延性和韧性的影响较小。
二、强化机制强化是指通过添加合金元素或采取特定的热处理工艺，使铸造合金的力学性能得到提升。
常见的强化机制包括固溶强化、析出强化和取向强化。
1. 固溶强化固溶强化是通过向合金中加入固溶元素，使其溶解在基体中形成固溶体，从而提高合金的强度和硬度。
固溶元素的溶解度取决于温度和固溶元素浓度等因素。
固溶强化一般在高温下进行，然后通过快速冷却来保持固溶态，防止固溶元素重新析出。
2. 析出强化析出强化是在固溶体基体中形成微观尺寸小、分布均匀的析出物，如合金化合物、过饱和固溶体、间二相等，通过构筑复杂的位错和晶界结构，阻碍位错滑移和晶界移动，从而增加合金的强度和硬度。
3. 取向强化取向强化是通过优化合金的晶体取向结构，使其滑移带方向与应力方向更为一致，从而提高塑性变形的难度，增加合金的强度。
取向强化通常通过控制合金的凝固过程和热处理工艺来实现。
三、应用于实际工程中铸造合金的塑性变形和强化机制在工程实践中得到广泛应用。
金属及合金的塑性变形与断裂PPT课件
03
02
延性断裂的断口呈纤维状，色泽灰暗，表面 有明显的塑性变形。
04Biblioteka 脆性断裂：材料在断裂前几乎没有塑性变 形，断裂突然发生。
脆性断裂的断口呈结晶状，色泽光亮，没 有明显的塑性变形。
05
06
脆性断裂多发生在脆性材料中，如玻璃、 陶瓷等。
疲劳断裂与环境断裂
疲劳断裂：材料在循环载荷作用下发 生的断裂现象。
THANKS.
塑性变形机制
滑移
金属晶体在切应力作用下，晶体的一 部分相对于另一部分沿一定的晶面和 一定的晶向相对移动的现象。
孪生
金属晶体在切应力作用下，沿一定的 晶面和一定的晶向发生切变的现象。
晶界滑移
在多晶体金属中，晶界在切应力作用 下发生相对移动的现象。
晶界滑移与位错交互作用
晶界滑移与位错运动之间的相互作用， 影响金属的塑性变形行为。
金属及合金的塑性变形与断裂 涉及到材料科学、物理学、力 学等多个学科领域，开展跨学 科研究有助于深入理解其内在 机制，推动相关领域的发展。
通过实验与计算模拟相结合的 方法，可以更全面地揭示金属 及合金的塑性变形与断裂行为 ，为实际应用提供更准确的指 导。
将智能化与自动化技术应用于 金属及合金的塑性变形与断裂 研究中，可以提高研究效率， 降低实验成本，为实际生产提 供有力支持。
屈服准则
描述材料开始进入塑性变形的应力条件 。例如，Tresca和Von Mises屈服准则。
VS
应力-应变关系
描述金属或合金在塑性变形过程中应力与 应变之间的关系，通常呈现非线性特征。
加工硬化与软化现象
加工硬化
随着塑性变形的增加，金属或合金的强度和 硬度提高，但延展性和韧性下降的现象。
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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。
影响固溶强化的因素：
溶质原子的浓度越高，强化作用越大，但不保 持线形关系，低浓度时，强化效应更显著。
溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大，强化 作用也越大。
形成间隙固溶体的溶质元素比形成置换固溶体 的溶质元素的强化作用大。
溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，强 化作用越大。
固溶强化的机制
溶质原子与位错的弹性交互作用、电交互作 用及化学交互作用，阻碍了位错的运动(提高屈 服强度)，增加了位错运动的摩擦阻力(提高整个 应力-应变水平)。
溶质原子在晶体中造成点阵畸变，产生应力场，该应 力场与位错的应力场发生弹性交互作用。 柯垂尔(Cotrell)气团：溶质原子与位错发生交互作用， 集聚在位错线附近，以降低体系的畸变能所形成的溶质原 子气团。
2、可变形微粒的强化作用
第二相为可变形微粒时，位错将切过粒子，使其与基 体一起变形，增加了位错运动的阻力，使材料的强度提高。 此现象也有电镜观察证实。 位错切过粒子，产生的强化因素有：
粒子结构与基体不同，在其滑移面上造成原子错排， 要求错排能。
使粒子生成宽为b的台阶，需表面能。
粒子周围的弹性应力场与位错交互作用，阻碍位错运 动。 各因素综合作用使合金强度提高。 增大体积分数或增大粒子尺寸都有利于提高强度。
屈服现象给生产带来的问题
深冲用低碳钢薄板在冲压成型时，会因屈服延伸区 的不均匀变形（吕德斯带）而使工件表面粗糙不平。 使屈服点消除的措施： 预冷轧（1~2%的压下量）后，再冲压； 加少量Ti、Nb、V、Al等与C、N形成化合物。
二、多相合金的塑性变形与第二相强化
单相合金借固溶强化提高强度的作用有限， 两相或多相合金的强化作用更显著。 聚合型多相合金：第二相的尺寸与基体晶 粒尺寸属同一数量级。 弥散型多相合金：第二相粒子很细小，且 弥散分布于基体晶粒内。
冷加工后珠光体中渗碳体片的断裂和变形 15000× a)断裂；b)变形
(二)弥散型合金的塑性变形
第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体中，
将产生显著的弥散强化作用。
Байду номын сангаас第二相可从过饱和固溶体中析出，也可由粉
末冶金方法加入。
第二相分类：不可变形微粒，可变形微粒。
1、不可变形微粒的强化作用
移动位错与不可变形 微粒相遇：位错线将饶过 粒子，留下包围着微粒的 位错环，位错线其余部分 则越过粒子继续移动。 有实验观察证实。 位错按此方式移动时 受到的阻力很大，强度显 著提高。
α黄铜中围绕着Al2O3粒子 的位错环（透射电镜像）
粒子间距及尺寸对强化的影响
位错绕过间距为λ的第二相微粒所需的切应力为：
Gb
即：λ越小，强化效果越显著。
减小粒子尺寸（在同样体积分数时，粒子越小，粒 子间距越小）或提高粒子的体积分数，都使合金的强度 提高。 此机制称奥罗万机制，计算和实测值相符。
在屈服延伸阶段，试样的应 变不均匀，应力达到上屈服点， 在试样应力集中处首先开始塑性 变形，能在试样表面观察到与纵 轴呈约45°交角的应变痕迹—— 吕德斯带。 此时，应力下降到下屈服点， 吕德斯带沿试样长度方向扩展开 来。 如果试样上形成几个吕德斯 带，在屈服延伸阶段就会有应力 波动，当屈服扩展到整个试样标 距范围，屈服延伸阶段结束。
(一)聚合型两相合金的变形
1、两相都有塑性： 只有第二相较强时，合金才能强化。
合金的变形阻力决定于两相的体积分数，滑 移首先发生于较弱一相中。 如较强相占到30%（体积），两相以接近相 等的应变发生变形，较强相占到70%时，以它为 主。
2、第二相为硬脆相： 合金的性能主要取决于脆性相的形状和分布。
硬脆相呈连续网状分布在塑性相的晶界上，降低合金塑 性，强度也降低。如Fe3CⅡ呈网状分布时。
硬脆相呈片状分布在基体相中，提高合金强度，片层越 细，强化效果越好，塑性也较好（类似于细晶强化）。如P， 变形集中在基体相中，位错的移动被限制在Fe3C片层之间 很短的距离内，增加了继续变形的阻力，使钢强度提高。 厚Fe3C片易断裂，薄片反而能承受一些变形。 硬脆相呈较粗颗粒分布在基体相中，强度降低，塑性、 韧性提高。如过共析钢经球化退火后的球状Fe3C，因基体 连续， Fe3C对基体变形的阻碍作用大大减弱。