第六章 金属的塑性变形.doc

第六章 金属的塑性变形 6-1 金属的塑性变形一、 单晶体的塑性变形 滑移 和 孪生 单晶体变形的基本形式 弹性变形、滑移和孪生塑性变形的实质 原子移动到新的稳定位置。 一、滑移_在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。 拉伸时，45方向的滑移面上的外力P分解为正应力和切应力 。1.正应力 使晶格发生弹性伸长或断裂： 较小时，或 伸长量或，0，变形恢复； 原子间结合力时，拉断。 2.切应力 使晶格发生弹性歪扭或塑性变形： 临界切应力c 时，变形量， 0，变形恢复； c 时，发生滑移，产生永久塑性变形。 滑移的实现 借助于位错运动 （见下图）位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面 一个原子间距的滑移台阶 塑性变形 滑移线（晶体表面的滑移台阶） 滑移带（大量滑移线） 滑移系 滑移面和该面上的一个滑移方向 滑移系数目和滑移方向 材料塑性； FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）。滑移时晶体的转动 外力错动 力偶使滑移面转动 滑移面 拉伸轴。 以滑移面的法线为转轴的转动 滑移方向 最大切应力方向。 二孪生 _在切应力作用下，晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。 1. 金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。 2. 孪生带或孪晶 发生孪生的部分（切变部分） 三、多晶体的塑性变形 1影响多晶体塑性变形的因素 晶粒位向 晶粒位向不同，滑移时相互制约、阻碍，使形抗力增加。 晶界：晶界原子排列较不规则，缺陷多 滑移阻力大，变形抗力大。 协调变形 晶界自身变形，使不同变形量的相邻晶粒保持连续。2细晶强化 晶粒细化 强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提高。 晶粒小 晶界面积大 变形抗力大 强度大 晶粒小 晶界附近位错密度小 应力集中小 滑移由这晶粒到另外一个晶粒机会少 变形困难 屈服强度 晶粒小 单位体积晶粒多 变形分散 减少应力集中 塑性高 晶粒小 晶界多 不利于裂纹的传播 断裂前承受较大的塑性变形 3多晶体的塑性变形过程 加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，那些受最大分切应力位向的晶粒处于软位向 。 分批，逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒 6-2 塑性变形对金属组织和性能的影响一、纤维组织晶粒拉长，纤维组织 各同异性 二、加工硬化（形变硬化、冷作硬化） 1. 加工硬化 金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。2. 加工硬化的原因 塑性变形 位错运动 位错大量增殖 位错相互作用 位错运动阻力加大 变形抗力 弹度、硬度、塑性、韧性 3. 加工硬化的意义 提高强度，过载能力和使用安全性。 使塑性变形均匀，冷加工成形得以顺利进行。 降低塑性，提高塑性材料的切削性能。 增加塑性变形难度，需中间退火来消除加工硬化，以便进一步变形。 三、织构（ 择优取向） 变形度足够大时，绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致。 织构使各种性能出现各向异性。 四、残余内应力 平衡于金属内部的应力，由金属内部不均匀变形引起。 第一类内应力 宏观内应力，表面和心部塑性变形不均。 第二类内应力 微观内应力，晶粒间或晶内不同区域变形不均。 第三类内应力 晶格缺陷引起的畸变应力，形变强化的主要原因。 残余内应力的危害 1. 引起零件加工过程变形、开裂。 2. 降低耐蚀性 残余内应力的消除或降低方法 去应力退火 6-3 变形金属在加热时组织和性能的变化一、回复 低温（去应力）退火 加热 物理、化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低。 二、再结晶 1.再结晶 新的形核、长大过程，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。 加工硬化消除 强度、硬度大大下降，塑性、韧性回升。 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺2. 再结晶温度 冷变形金属发生再结晶的最低稳定温度 纯金属： TR = （0.4 0.35 ）Tm ( K ) 合 金： TR = （0. 5 0. 7 ）Tm ( K ) 3. 影响再结晶晶粒度的因素 加热温度 T和 加热时间 t 晶粒直径 D（晶界迁移、长大） 预变形度（变形 较均匀） 晶粒直径 D 均匀变形到均匀变形。 6-4 金属的热加工一、热加工的概念 在 TR 以上温度进行的变形加工，无加工硬化。 二、热加工对金属组织和性能的影响 1. 消