kl800.com省心范文网

位错理论


铝合金生产中的冷热变形微观组织
绪论:铝及铝合金在实际生产中,主要以挤压形式进行生产,随着加工工艺和生 产技术得到飞速发展, 人们对铝及铝合金轧板的要求日益增多。对于变形铝合金 来说,由于所含的合金元素不同,需要不同的变形方式:冷变形和热变形。这里 简单介绍在这两种变形的微观组织。 关键词:铝及铝合金,变形铝合金,冷变形和热变性。

目录
铝合金生产中的冷热变形微观组织 ....................................................................................... 1 绪论 ........................................................................................................................................... 1 一、冷变形中铝合金微观组织 ............................................................................................... 3 1.1 亚结构 ............................................................................................................................. 3 1 .2 变形织构 ........................................................................................................................ 3 二、热变形中的纤维组织 ....................................................................................................... 5 2.1 铝合金热变形中的动态回复 ......................................................................................... 5 2.2 铝合金热变形中的再结晶 ............................................................................................. 6 三、铝合金变形微结构的分类 ............................................................................................... 6 参考文献 ................................................................................................................................... 8

一、冷变形中铝合金微观组织
铝材冷加工后,随着外形的改变.晶粒皆沿最大主变形发展方向被拉长、拉细或 压扁。冷变形程度越大,品粒形状变化也越大。在晶粒被拉长的同时,晶间的夹 杂物也跟着拉长,使冷变形后的金属出现纤维组织。

1.1 亚结构
亚结构包括两种类型: 较低温度下产生的胞状结构以及变形后因回复形成的 亚晶[1]。金属晶体经过较大的冷塑性变形后,由于位错密度增大和发生交互作 用,大量的位错堆积在局部区域,并相互缠结形成不均匀的分布,在晶粒内部出 现了许多取向不同、大小约为 10-3~10-6cm 的小晶块,这些小晶块(或小晶粒间) 的取向差不大(小于 1°),所以它们仍然维持在同一个大晶粒范围内,这些小晶块 称为亚晶[2],这种组织称为亚结构。在冷轧变形中,随着应变量的增加,晶粒 发生分裂,内部就生成亚结构[3]。亚晶的大小、完整程度、取向差与材料的纯 度及形量和变形温度有关。 当材料中含有杂质和第二相时,在变形量大和变形温 度低的情况下,所形成的亚晶小,亚晶间的取向差大,亚晶的完整性差(即亚晶 内晶格的畸变大)。冷变形过程中,亚晶结构对金属的加工硬化起重要作用,由 于各晶块的方位个同, 其边界又为大量位错缠结,对晶内的进一步滑移起阻碍作 用。因此,亚结构可提高铝及铝合金材料的强度。

1.2 变形织构
铝及铝合金在冷变形过程中, 内部各晶粒间的相互作用及变形发展方向因受 外力作用的影响, 晶粒要相对于外力轴产生转动,而使其动作的滑移系有朝着作 用力轴的方向(或最大主变形方向作定向旋转的趋势。在较大冷变形程度下,晶 粒位向由无序状态变成有序状态的情况,称为择优取向。由此所形成的纤维状组 织, 因其具有严格的位向关系, 所以被称为变形织构。 变形织构一般分为两种[2]: 一是拉拔时形成的织构, 称为丝织构,其主要特征是各个晶粒的某一晶向大致与 拉拔方向平行,如图 1(a)所示;二是轧制时形成的织构,称为板织构,其主要特

征是各个晶粒的某一晶面与轧制方向平行, 而某一晶向与轧制时的主变形方向平 行,如图 1(b)所示。胡卓超和左良等[4]人研究了横轧铝合金变形织构,在与常规 相同压下量的横向轧制时, 铝合金的丝织构体积百分数均低于常规轧制时各组分 的体积百分数,而横向轧制使得板材的丝织构增加较多。另外,具有冷变形织构 的材料进行退火时, 由于晶粒位向趋于一致, 总有某些位向的晶块易于形核长大, 往往形成具有织构的退火组织,这种组织称为再结晶织构。

图 1 变形织构示意图(a) 丝织构(b) 板织构

冷变形材料中形成变形织构的特性,取决于变形程度和合金的成分与组织。 变形程度越大,变形状态越均匀,则织构越明显。图 2 给出了面心立方多晶体冷 轧变形时的织构组分汇集的目标线[5]。

图 2 取向空间中的α 取向线和β 取向线

由于铝合金热轧板材的终轧温度不同导致其形成的初始织构不同, 终轧温度 较高时,板材内部会形成再结晶织构,而当终轧温度较低时,板材内部则会形成 冷变形织构, 这些取向在随后的冷轧变形过程中是不稳定的。它们逐渐向欧拉空 间中最终稳定的β 纤维取向位置(如图 1-8 所示)移动,并最终停留在β 纤维取向 处, 致使β 纤维取向的强度随轧制变形量的增加而增强。 很多研究已经表明[5,6]: 冷轧过程中, 铝合金板材形成典型的β 纤维织构,随着变形量的增加β 纤维取向 的强度也逐渐增加。

二、热变形中的纤维组织
在热变形过程中, 金属内部的晶粒、杂质和第二相及各种缺陷将沿最大延伸 主变形方向被拉长、拉细,而形成纤维方向的强度高于材料其他方向的强度(如 有挤压效应时更为明显),材料表现出不同程度的各向异性。此外,热变形时也 可能同时产生变形结构及再结晶结构,它们也会使材料出现方向性及不均匀性。 张德芬等[7]研究热轧铝合金的显微组织时发现样品在热轧后发生了动态回复与 再结晶。

2.1 铝合金热变形中的动态回复
铝及铝合金在热变形过程中的堆垛层错能较大,自扩散能较小。在高温下位错的 滑移和攀移比较容易进行。 因此,动态回复是它们在热变形过程种的唯一软化机 制[8]。铝在热轧变形过程中极易形成多边化的亚晶结构,发生动态回复。这种 多边化亚组织的形成与位错攀移和空位迁移有关, 在应变硬化的初始阶段位错以 规则的缠结及亚晶界的形式聚集,且与冷加工或温加工不同,在热加工中形成稳 定的等轴亚晶粒,并且通过稳态形变(温度,应变速度,应力均不变)保持下来, 亚晶粒尺寸及位错密度不发生变化。 结构的尺寸受到变形温度和应变速率的影响。 随变形温度或应变速率的降低, 稳态亚晶粒变的更大更完善,这是因为在高温和 低应变速率时,位错易于发生交滑移与攀移,致使位错增值速度降低,亚结构增 大,亚结构内部和边界的位错密度相应的很低,且排列整齐[9]。 亚结构是铝合金热轧过程中发生回复的主要形态。且随着形变程度的增加,晶粒

沿轧制方向拉长, 具有低位相差的等轴亚晶粒在拉长晶粒内生成,并保持一种稳 定的亚结构。

2.2 铝合金热变形中的再结晶
热变形进入稳态后,铝材内部发生全面的动态再结晶,随着变形的继续,回 复与再结晶又反复进行,其组织状态已不随变形量的增加而变化 [8]。动态再结 晶是一种快速形核和有限长大的过程, 一旦再结晶晶核形成, 晶核长大随着进行, 因此, 再结晶过程主要受形核控制。动态再结晶的主要组织特征是形成了较稳定 的大角度三角晶界,晶粒内仍存在着许多位错亚结构,在一定的应变速率下,随 着变形温度升高,再结晶晶粒尺寸增大,晶内的位错亚结构也随之增大,形成更 等轴的再结晶晶粒。针对铝合金动态再结晶的微观组织变化提出了三种机制[9]: (1)不连续动态再结晶; (2)连续动态再结晶; (3)几何动态再结晶。

三、铝合金变形微结构的分类
晶粒和晶粒之间的微结构有很大的不同,在高纯铝试样的拉伸试验中,由电镜观 察的晶体的微结构通常可以分为三类[10]: 第一类: 微结构被分为含有普通位错胞的胞块结构。胞块的界面是由高密度位错 墙(DDWs)和微带(MBs)组成的,它们通常被称为 DDW/MBs。这些界面很直,和活 跃的滑移面相距 5°以内。这种类型的界面称为晶体学界面。 第二类:像第一类微结构一样被分为胞块和胞。DDW/MBs 没有那么直,偏离滑 移面超过 5°。因此这类界面被称为非晶体学界面。 第三类:与第一类和第二类不同,微结构被分为一般的胞界,没有晶体学和宏观 的取向。这种胞界结构是较短且弯曲的 DDW/MBs,它们是随机出现的,并不作 为晶粒中微结构整体的特征。 在纯铝多晶体的冷轧变形中,通过对大量晶粒的微结构的演变的研究,根据 微结构的特征,把微结构分为以下两类[11]:

(1) A 类微结构:形成的 DDW/MBs 在{111}滑移面上; (2) B 类微结构:形成的 DDW/MBs 在{111}滑移面上。 其中 A 类微结构又可以分为 AⅠ类微结构和 AⅡ类微结构。AⅠ类微结构十 分的平直,几乎所有的 DDW/MBs 都在{111}滑移面上;AⅡ类微结构不像 AⅠ类 微结构那样的平直,与{111}滑移面偏离一定角度,但近似平行于{111}滑移面。 在对 AA3104 铝合金热变形的研究中, 根据晶粒的划分(如图 3)和位错界的特征, Liu 等[12]人把微结构划分为以下几类:

图 3 晶粒划分的示意图(a) AI 类微结构 (b) AII 类微结构 (c) B 类微结构(d) C 类微结构

A 类:晶粒被一套距离为几微米的位错界(界面Ⅱ)分开,然后界面Ⅱ间的区 域被位错界(界面Ⅲ)分成胞状结构。根据界面Ⅱ的晶体学特征,A 类微结构又 可以分为两类:一类(AⅠ类)位错界面在{111}滑移面上,另一类(AⅡ类)位错界面 不在{111}滑移面上 B 类:晶粒直接被两类位错界分成小胞,界面和最近的{111} 面之间的角度很大。C 类:微结构由大胞和具有很多小胞的胞块组成,胞块和大 胞之间的界面取向差比胞块内部的大。与 A 类相比,胞块界面之间具有较高的 取向差。

参考文献
1 2 石德珂位错与材料强度. 西安: 西安交通大学出版社, 1988, 137-140 王章忠, 乔斌. 机械工程材料. 北京: 机械工程出版社, 2001, 64-65 3

张永皞, 姚宗勇, 黄光杰等. 轧制变形铝合金微观组织与织构的 EBSD 研究. 电子显微学报, 2009, 28(1): 43-45 4 胡卓超, 左良, 王福. 横轧 3104 铝合金变形织构的研究. 轻合金加工技

术, 2002, 30(31): 23-25 5 J. Hirsch, K. Lüke. Mechanism of Deformation and Development of Rolling Textures in Polycrystalline F.C.C. Metals 6 Q.C. Ma, W.M. Mao, H.P. Feng, et al. Rapid Texture Measurement of Cold-rolled Aluminum Sheet by X-ray Diffraction. Scripta Materialia, 2006, 54(11): 1901-1905 7 姚宗勇, 刘庆, A.G. 等.大应变量冷轧 AA1050 铝合金微观组织与织构的演 变. 金属学报, 2009, 45(6): 647-651 8 张德芬 , 陈孝文 , 胡卓超等 . 热轧 3104 铝合金的显微组织 . 有色金属 , 2004, 56(4): 14-17 9 刘静安, 谢水生. 铝合金材料的应用与技术开发. 北京: 冶金工程出版社,

2004: 40 10 胡建强, 7075 铝合金控制轧制过程的实验模拟. [中南大学硕士学位论

文], 2003: 2 11 N. Hansen, X. Huang. Dislocation Structures and Flow Stress. Materials Science and Engineering A, 1997, 234-236: 602-605 12 Q. Liu, D. Juul Jensen, N. Hansen. Effect of Grain Orientation on Deformation Structure in Cold-rolled Polycrystalline Aluminium. Acta Materialia, 1998, 46(16): 5819-5838


位错基本理论_图文.ppt

位错基本理论 - 第二章 位错理论 1 2 ? ? ? 一、晶体中的缺陷 晶体结

第三章 位错理论.ppt

人们发现一些晶体的实际强度要比 理论强度小的多,其原因是由晶体缺陷引起 的,为此Taylor(1934)提出位错理论,后来的 实验证明了位错理论。1964年Christie等首次 将...

位错理论_图文.ppt

位错理论 - 天津大学材料学院 主要内容 位错:位错的基本类型、位错的运动、位错

位错理论的提出.doc

材料史话(2)-位错理论的提出 精选 已有 3009 次阅读 2013-6-13

8 位错理论基础_图文.pdf

实际晶体中的位错 8.1 位错运动晶体中的位错可以运动。 第八章 位错理论基础

位错理论1-位错的结构_图文.ppt

位错线垂直于滑移矢量 b 21 目录 ?位错理论之序 ?滑移和位错 ?刃型位错

第一章:位错理论_图文.doc

第一章:位错理论 - 第一章 位错理论(补充和扩展) 刃位错应力场: Gb y(

位错理论.doc

位错理论 - 《位错与位错强化机制》杨德庄 编著 哈尔滨工业大学出版社 1991

位错强化理论.txt

位错强化理论 - 通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属材料的强度,称为金属

位错理论3-位错的弹性性质.ppt

6 目录 ?弹性理论基础 ?位错的应力场 ?位错的应变能 ?位错所受的力 ?位错的线张力 ?位错间的相互作用力 7 Stress field of dislocation ? 位错?晶格畸变...

位错理论2-位错的运动_图文.ppt

位错理论2-位错的运动_化学_自然科学_专业资料。位错理论II 位错的运动

位错理论.doc

金属晶体经过较大的冷塑性变形后,由于位错密度增大和发生交互作 用,大量的位错堆积

北航物理冶金原理4-位错理论_图文.ppt

北航物理冶金原理4-位错理论 - 《物理冶金学原理》研究对象: Fundamen

考研专业课:材料科学基础7 位错理论基础.ppt

第七章内 容提要 位错理论基础 1. 位错的运动 2. 位错的应力场 3. 位错

位错理论应用_图文.doc

位错理论应用 - 4.27 位错理论应用(小结) ---材料科学基础- 潘金生

位错理论收藏版._图文.ppt

位错理论收藏版. - 第二章 位错理论 1 2 ? ? ? 一、晶体中的缺陷 晶

位错理论(6)_图文.ppt

位错理论(6) - 2.2 无机材料的塑性形变 塑性:使固体产生变形的力,在超过

位错理论的应用第二版_图文.ppt

位错理论的应用第二版 - 位错理论的应用 材料工程 贾芮 01.位错的基本概念

无机材料科学基础--4位错_图文.ppt

位错理论是现代物理冶 金和材料科学的基础。 ? 位错是晶体中普遍存在的一种线

位错理论(1)_图文.ppt

位错理论(1) - 1.位错理论基础 1.1 晶体缺陷概论 晶体中的缺陷: 原子