The tetrahedron of materials science and engineering 材料科学与工程四面体 2 /47 2 Review of knowledge 知识回顾 Chapter 1 – Introduction to Materials Science and Engineering 绪论 Chapter 2 – Atomic Structure 原子结构 Chapter 3 – Atomic and Ionic Arrangements 原子和离子的排列 Chapter 4 – Imperfections in the Atomic and Ionic Arrangements 原子和离子排列中的缺陷 Chapter 5 – Atom and Ion Movements in Materials 材料中原子和离子的运动 Chapter 6 – Mechanical Properties and Behavior 机械性质与行为 8 Forging 锻造 Strain hardening exponent (n) 应变硬化指数(n) 在金属材料拉伸真应力应变曲线上的均匀塑性变形阶 段关系式 : σ =k εn (σ:真应力, ε:真应变) 应变硬化指数n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的 能力,是表征金属材料应变硬化的性能指标。 在极限情况下,n=1,表示材料为完全理想的弹性 体, σ 与 ε 成正比关系; n=0时, σ=k=常数,表示材料没有应变硬化能 力,例如室温下产生再结晶的软金属及已受强烈应变硬 化的材料。大多数金属的n值在0.1~0.5之间。 5 /47 5 Section 7.1 Relationship of Cold Working to the Stress-Strain Curve 冷加工与应力-应变曲线的关联 Strain hardening 应变硬化 Strain hardening exponent (n) 应变硬化指数(n) The Science and Engineering of Materials, 4th ed 2003 Donald R. Askeland – Pradeep P. Phulé Chapter 7 –Strain Hardening and Annealing 应变硬化(加工硬化)与退火 1 1 Introduction to Chapter 1 6 /47 6 应变硬化 Strain hardening 金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高,而塑性和韧 性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是,金属在塑性变形时,晶粒发生 滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎和纤维化,金属内部产生了残余 应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬 化层深度来表示。 加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会 愈轧愈硬以致轧不动,因而需在加工过程中安排中间退火,通过加热消除其 加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬,从而加速刀具磨损、增大 切削力等。但有利的一面是,它可提高金属的强度、硬度和耐磨性,特别是 对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉 高强度钢丝和冷卷弹簧等,就是利用冷加工变形来提高其强度和弹性极限。 又如坦克和拖拉机的履带、破碎机的颚板以及铁路的道岔等也是利用加工硬 化来提高其硬度和耐磨性的。 3 /47 3 Objectives of Chapter 7 第七章目标 To learn how the strength of metals and alloys is influenced by mechanical processing and heat treatments. 学习机械加工和热处理如何影响金属和合金的强度。 To learn how to enhance the strength of metals and alloys using cold working. 学习如何利用冷加工提高金属和合金的强度 To learn how to enhance ductility using annealing heat treatment. 学习如何利用退火提高展延性 4 /47 4 Chapter Outline本章概要 7.1 Relationship of Cold Working to the StressStrain Curve 冷加工与应力-应变曲线的关联 7.2 Strain-Hardening Mechanisms 应变硬化的机理 7.3 Properties versus Percent Cold Work(%CW) 性质与%CW 7.4 Microstructure, Texture Strengthening, and Residual Stresses 微观结构,织构强化,残余应力 7.5 Characteristics of Cold Working 冷加工的特性 7.6 The Three Stages of Annealing 退火的三个阶段 7.7 Control of Annealing 退火的控制 7.8 Annealing and Materials Processing 退火和材料处理 7.9 Hot Working 热加工 7.10 Superplastic Forming (SPF) 超塑性成型 7 /47ຫໍສະໝຸດ 7Stamping 冲压 Rolling 轧制 Extruding 挤压 Figure 7.2 Manufacturing processes that make use of cold working as well as hot working. Common metalworking methods 冷加工及热加工过 程。普通的金属加 Drawing 工方式。 8 /47 拉拔