位错理论.docx

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 2绪论 2一、冷变形中铝合金微观组织 41.1亚结构 41 .2变形织构 4二、热变形中的纤维组织 62.1铝合金热变形中的动态回复 62.2铝合金热变形中的再结晶 7三、铝合金变形微结构的分类 7参考文献 9一、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 石德珂位错与材料强度. 西安: 西安交通大学出版社, 1988, 137-140 2 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. Metals6 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: 211 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 。