塑性是一般金屬都具有的特征，在鍛壓加工中，塑性是指被加工材料在外力的作用下產(chǎn)生永久變形而又不破壞其完整的能力，一般又稱為工藝塑性。在鍛造中，有時用可鍛性這一名詞來表示金屬材料在鍛造時的難易程度。當(dāng)然，衡量鍛造加工的難易，除金屬塑性和可變形性外，還要考慮變形抗力的大小。
金屬塑性是由金屬鍵所決定的。從物理學(xué)的觀點(diǎn)看，固態(tài)金屬的外層電子貢獻(xiàn)出來為所有原子所共有，原子失去電子后成為正離子，共有了的電子在金屬中自由運(yùn)動，并與正離子之間有相互作用，從而使金屬原子結(jié)合起來。當(dāng)金屬在原子層間做相對位移時，正離子仍和自由電子保持這種相互作用。金屬的很多特性，包括塑性，可以定性地用金屬鍵的概念予以說明。
在實(shí)踐中，金屬塑性一方面取決于材料的金屬特性，如晶格類型、化學(xué)成分、金相組織。另一方面也取決于變形的工藝因素，如變形溫度、變形程度、應(yīng)變速率、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)等。

1 鈦的晶體結(jié)構(gòu)
像許多其他同素異構(gòu)體金屬一樣，鈦能結(jié)晶形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。它有兩種晶體結(jié)構(gòu)，低溫下，純鈦和大多數(shù)鈦合金結(jié)晶成接近理想狀態(tài)的密排六方結(jié)構(gòu)（hcp),稱為α-Ti.高溫下，體心立方結(jié)構(gòu)（bcc)的鈦很穩(wěn)定，稱為β-Ti,純鈦的β轉(zhuǎn)變溫度為822.5℃.α-Ti和β-Ti的晶胞示意圖如圖3-1所示，圖中重點(diǎn)繪出了最密排的晶面和晶向。

鈦合金的兩種不同晶體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度是其獲得各種不同性能的基礎(chǔ)，因此非常重要。
塑性變形和擴(kuò)散速率都與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。此外，密排六方晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致α-Ti的力學(xué)性能呈現(xiàn)顯著的各向異性。其中，彈性的各向異性尤為明顯，鈦單晶垂直于基面的楊氏模量為145GPa,而平行于基面的楊氏模量僅為100GPa.
三種金屬型晶體結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)見表3-1.金屬塑性變形的容易程度按密排六方（hcp)、體心立方（bcc)再到面心立方（fcc)的順序逐漸增大，這也是α-Ti的塑性變形能力低于β-Ti的原因?；葡档膫€數(shù)（相當(dāng)于晶格中位錯滑移幾率數(shù)），對于hcp結(jié)構(gòu)而言一般僅為3,而對bcc結(jié)構(gòu)而言為12.滑移系的個數(shù)等于滑移面的個數(shù)乘以該面上滑移方向的個數(shù)。從能量方面來說，這些原子高度密排的晶面和晶向最有利于塑性變形。

滑移面上原子堆積越密集，位錯滑移越容易。因此，hcp點(diǎn)陣原子堆垛密度為91%的滑移面應(yīng)優(yōu)于bcc點(diǎn)陣中堆垛密度僅為83%的滑移面。然而，塑性變形所需的能量還直接取決于最小滑移距離。在hcp結(jié)構(gòu)中，最小滑移距離bmin=a,而bcc結(jié)構(gòu)bmin=0.887a,a為各自晶胞的點(diǎn)陣常數(shù)。所以，bcc晶格的塑性變形能力優(yōu)于hcp晶格。α-Ti的點(diǎn)陣常數(shù)為a=0.295nm,c=0.468nm，軸比c/a=1.587,理想c/a=1.633。在hcp晶格中溶入間隙原子（如C、N或0)或者溶入原子半徑小于Ti的置換原子（如Al),均會稍微提高α-Ti的c/a值。900℃時體心立方（bcc－Ti的點(diǎn)陣常數(shù)a=0.332nm.
與理想密排六方結(jié)構(gòu)相比，α-Ti的c/a值的減小增大了棱柱面的間距，這使得棱柱面的堆垛密度較基面有所增大，從而有利于棱柱面上的滑移而不是基面上的滑移。它的棱柱面和基面各有3個滑移系，然而各自只有兩個是相互獨(dú)立的，因而只有4個獨(dú)立的滑移系。棱錐面上的滑移不能進(jìn)一步增加滑移系的數(shù)目，因?yàn)檫@種滑移是由一個棱錐面滑移和一個基面滑移所組成的，因而不能看成一個獨(dú)立的滑移系。然而，根據(jù)Von Mises準(zhǔn)則，金屬發(fā)生均勻塑性變形時至少需要5個獨(dú)立滑移系。事實(shí)上，多晶的六方α-Ti極難變形，所觀察到的有限塑性是由第二滑移系的附加變形以及可能的機(jī)械孿晶所產(chǎn)生的，α-Ti中3個激活滑移系如圖3-2所示。

2 β/α相轉(zhuǎn)變
鈦從β相區(qū)溫度冷卻下來時，體心立方β相中的最密排面｛110}轉(zhuǎn)變?yōu)榱溅料嗟幕妫?001}.α相中基面的面間距略大于β相中相應(yīng)｛110}面的面間距（見表3-1中bmin/a)。所以，β/α相轉(zhuǎn)變會使晶格產(chǎn)生輕微畸變。這會導(dǎo)致α相hcp中的c軸相對于a軸輕微收縮，使c/a值低于理想密排六方晶格的c/a值。
相應(yīng)地，體心立方β-Ti的滑移面與六方α-Ti的基面轉(zhuǎn)變及其各自的滑移方向符合以下 Burgers 取向關(guān)系：
｛0001}.//{110|g
｛1120} .//{111} go
所以上述的位向關(guān)系被稱為柏格斯關(guān)系。β-Ti晶胞的6個滑移面和2個滑移方向?yàn)棣料嗵峁┝俗疃?2個不同取向，這種取向變化也可以通過金相顯微組織反映出來。在尺寸達(dá)數(shù)微米的初始β晶粒內(nèi)，單個的α相層片束按照上述的12種取向關(guān)系形核并長大，單個層片束內(nèi)的取向相同。大量（但最多為12種）的可能取向?qū)е聦悠娜∠蚨啻沃貜?fù)，結(jié)果形成了一種非常有特色的顯微組織。這種顯微組織從外觀上類似于籃網(wǎng)的編織圖案，因而被稱為籃網(wǎng)排列組織。
3 擴(kuò)散
由于hcp的α-Ti中原子堆垛密度大，因此，α-Ti中的擴(kuò)散比－bcc的－Ti中的擴(kuò)散緩慢得多，α-Ti的擴(kuò)散系數(shù)比β-Ti的小幾個數(shù)量級。
α-Ti和β-Ti的擴(kuò)散系數(shù)受顯微組織的影響，從而影響兩相的力學(xué)性能，如抗蠕變性、熱加工性能和超塑性。α-Ti的體擴(kuò)散有限，使得α-Ti和含α相的鈦合金的抗蠕變性優(yōu)于β-Ti.低于β轉(zhuǎn)變溫度時，與時間和溫度有關(guān)的擴(kuò)散過程非常緩慢。因此，快速冷卻形成非常細(xì)小的層片狀組織，而緩慢冷卻得到粗大的層片狀組織。α相層片的徑向擴(kuò)展方向平行于β相的｛110}晶面。如果冷速足夠大，那么每個層片不僅會在晶界上形核，而且還會在單個層片束的生長前沿形核。
從馬氏體相變開始溫度以上快速冷卻時，bcc的β相通過無擴(kuò)散相變過程完全轉(zhuǎn)變?yōu)閔cp的α相，生成亞穩(wěn)的針狀馬氏體組織。
馬氏體轉(zhuǎn)變不會產(chǎn)生脆性。但是與α-Ti相比，轉(zhuǎn)變后的強(qiáng)度會略有提高。馬氏體可以進(jìn)一步分解成六方形α'馬氏體和斜方形α”馬氏體。在低于900℃左右淬火過程中可以觀察到斜方形α”馬氏體，它具有良好的變形性能。六方形α'馬氏體與β相的位向關(guān)系類似于α相與β相的位向關(guān)系。由于馬氏體轉(zhuǎn)變是無擴(kuò)散形核過程，因此馬氏體組織也具有非常細(xì)小的針形籃網(wǎng)排列組織特征。

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