塑性变形知识讲解.ppt

第三章金属材料的塑性变形第一节单晶体和多晶体的塑性变形一 单晶体的塑性变形1 滑移 晶体中一部分相对于另一部分沿一定的晶面 滑移面 和晶向 滑移方向 作整体切向滑移 塑性变形的滑移带和滑移线实验观察 1 外力作用的塑变 是原子平面间发生相对切向滑动 2 变形只在少数晶面间发生切向滑动 即金属塑变相当不均匀 依靠晶体整体滑移的塑性变形模型 塑性变形依靠晶体整体滑移非常困难 因为其需要滑移面两侧晶体的原子间键合几乎全部同时断开 滑移面 刃型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型 位错运动使塑性变形容易 螺型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型 混合型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型 滑移面 面间结合力最小的晶面 实验观察结论 1 通常晶体宏观塑性变形由微观滑移 切向变形 引起 2 微观滑移发生在晶体中确定的晶面 滑移面 和确定的晶向 滑移方向 上 合称为滑移系 滑移面 密排面 滑移塑性变形的特征 1 滑移是位错的连续运动所致 2 存在滑移临界分切应力 其大小影响材料屈服强度 不同晶体结构临界分切应力不同 3 原子移动的距离是晶格常数的整数倍 滑移后仍保持晶体结构的完整性 3 滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上 4 不同的晶体结构常具有不同的滑移系 面心和体心 12个 密排六方 3个 滑移系越多 越易塑性变形 塑性越好 密排六方结构滑移系示意图 面心立方结构滑移系示意图 研究结论 阻碍位错运动将提高材料屈服强度 体心立方结构滑移系示意图 2 孪生 晶体中一部分相对于另一部分沿一定的晶面 孪生 和晶向 孪生方向 作多层均匀切向移动 镜面对称 二 多晶体塑性变形特点1 晶粒取向的影响使微观塑性变形不均匀和更复杂 1 取向不同 滑移所需分 不同 硬取向 软取向 2 各晶粒都满足 临界后 每晶粒各自沿自己滑移系滑移 又要保持金属结构的连续性 相互协调相同外力 多晶体比单晶体塑变量小 2 晶界的影响 1 阻碍位错滑移故细化晶粒提高强度 s 0 kd 1 2 纯铁 2 使微观塑性变形更为均匀 推迟断裂发生 改善材料塑性 韧性 原因 在一定 作用下 当总的变形量一定时 晶粒细 位错可在更多的晶粒中运动 塑变更均匀 不易应力集中 强度 塑韧性 第二节金属的形变强化一 形变强化 加工硬化 1 冷变形 冷加工 后晶体内部组织的变化 1 晶粒碎化 点缺陷 位错密度增大 内部能量增大 储存了部分形变能 2 变形量很大时 晶粒拉长 出现纤维组织 晶粒转动形成织构 择优取向 产生各向异性 等轴晶 沿变形方向晶粒拉长 变形前变形后 塑性变形量很大时会使各个晶粒的取向基本一致而产生 织构 并造成各向异性 织构 晶粒空间取向趋于一致的组织状态 2 冷变形 冷加工 后晶体性能的变化产生形变强化 电阻率上升 耐蚀性下降 形变强化 随塑性变形量的增大 晶体材料的强度不断提高 塑性不断下降的现象 原因 位错缠结 阻碍位错运动 性能指标 3 形变后的残余应力 分三类残余应力 1 宏观残余应力 第一类残余应力 因材料各部分之间塑性变形不均而产生 金属拔丝变形后残余应力 金属弯曲变形后残余应力 2 微观残余应力 第二类残余应力 因晶粒之间塑性变形不均而产生 3 晶格畸变残余应力 第三类残余应力 因晶粒内部位错等造成晶格畸变而产生 l残余应力危害 减低工件承载能力 使工件尺寸 形状变化 降低工件耐蚀性 残余拉应力 拉应力 拉应力 表层残余压应力 拉应力 拉应力 残余拉应力与外加应力叠加 残余压应力抵消部分外加应力 l残余应力利用 表面压应力提高疲劳强度 第三节冷变形金属在加热时的变化一 回复 再结晶与晶粒长大冷变形金属在加热时经历三个变化阶段 加热时组织变化 升高加热温度或延长保温时间 加热时金属性能变化 1 回复l加热温度 T回 0 25 0 3 T熔 K l组织 性能变化 点缺陷密度减少 离位原子与空位复合 位错呈较规则排列 高密度位错短程运动 残余应力明显下降 引起 强 硬略有下降 电阻率下降 l回复驱动力 冷变形时储存的能量应用 去应力退火 2 再结晶l再结晶 高温加热冷变形金属 再结晶退火 使其形成无畸变等轴晶粒并完全替代原变形晶粒 各种性能恢复到冷变形前状态的过程 l组织 性能变化 位错密度明显降低 变形晶粒变为等轴晶粒 各种性能恢复到冷变形前状态 l最低再结晶温度 能发生再结晶的最低加热温度经验公式 T再 0 4T熔 K l再结晶驱动力 冷变形储存能应用 再结晶退火 3 再结晶后晶粒的长大再结晶结束后继续保温 晶粒将进一步长大 晶粒长大驱动力 晶界总面积减少导致的晶界能下降 二 冷变形 加工 与热变形 加工 冷变形 在再结晶温度以下进行的塑性变形 冷变形特点 变形抗力高 变形获得的金属硬度 精度高 热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变形 热变形特点 1 变形过程伴随有形变强化和回复与再结晶带来的材料软化 2 热变形温度越高 变形速率越低 软化作用越强 3 热变形产生纤维组织 流线 变形量越大 纤维化越明显 变形前组织变形后组织 流线 流线 塑性变形时 金属中夹杂物 第二相等沿变形方向分布排列 低碳钢热加工后的流线 三 热变形纤维组织的应用l 流线 使材料具有各向异性 平行于流线方向抗拉强度高 塑性好 垂直于流线方向抗剪强度高 塑性差 l应使 流线 合理分布 使零件承受的最大正应力平行于纤维方向 使零件承受的最大切应力垂直于纤维方向 金属挂钩中流线 第四节塑性加工性能及其影响因素一 塑性加工性能及其指标塑性加工 通过使材料塑性变形而获得具有一定形状 尺寸和质量的零件的加工方法 塑性加工性能 金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度 塑性加工性能指标 塑性 变形抗力 塑性越好 变形抗力越小 则塑性加工性能越好 二 塑性加工性能影响因素1 材料本质 内在因素 1 化学成分 2 微观组织2 加工条件 外在因素 1 变形温度 温度高 变形抗力小 塑性好 塑性加工性能好 注意 温度过高 材料氧化 脱碳严重 并可出现过热 晶粒粗大 和过烧 局部熔化 变形速度较高时 回复 再结晶不及进行 不能克服形变强化 金属变形抗力增大 塑性下降 变形速度很高时 热效应促进回复 再结晶 金