第三章_金属的塑性变形

2020 4 6 第三章金属的塑性变形 第一节单晶体 多晶体的塑性变形第二节塑性变形对金属组织和性能的影响第三节变形金属在加热时的组织和性能的变化第四节金属的热加工第五节超塑性 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 压力加工的基本特点 金属在外力作用下 发生不能自行恢复其原形和尺寸的变形 塑性变形 塑性变形的目的 1 得到零件的外形和尺寸2 改善金属的组织和性能一 塑性变形的基本形式滑移和孪生1 滑移晶体的一部分相对另一部分沿着晶面发生移动 产生永久变形 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 单晶体变形的形式 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 2 孪生晶体的一部分相对另一部分沿着晶面发生一定角度的切变 孪生示意图 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 二 单晶体的塑性变形1 塑性变形的特点拉伸力P在晶体内晶面上分解为两个应力 切应力 正应力 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 1 正应力使晶体发生弹性变形 应力达到一定值 发生断裂 不会产生塑性变形 2 切应力 滑移滑移容易发生在原子排列最密的方向上 因为原子密度大的晶面上 晶面间距大 结合力小 图3 6 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个 滑移系 晶格滑移系数越多 金属塑性越好 铜 铝是面心立方晶格 滑移系数12 塑性好 详见表3 1 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 2 塑性变形的实质实际晶体当中存在大量缺陷 如位错 塑性变形是位错运动过程 也是位错增值的过程 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 三 多晶体塑性变形1 晶界和晶粒位向的影响 1 晶界晶界比晶体本身具有更高的变形抗力 因为晶界处原子排列紊乱 并存在较多变形杂质 造成晶格畸变 2 晶粒位向晶粒滑移时 受到周围不同位相晶粒的阻碍 从而变形抗力增大 2 多晶体塑性变形过程晶体一批批的进行塑性变形 塑性变形极不均匀 很复杂 2020 4 6 第一节单晶体 多晶体的塑性变形 3 晶粒越细 机械性能越好a 晶粒细 晶界总面积多 每个晶粒周围不同位向的晶粒数多 对塑性变形抗力越大 强度高 b 晶粒细 单位体积内晶粒数多 总变形量可分散 变形均匀 塑性好 c 晶粒细 晶界曲折越多 可阻碍裂纹扩展 断裂韧性值高 韧性好 2020 4 6 第二节塑性变形对金属组织和性能的影响 塑性变形使金属组织和性能发生重大变化1 组织变化晶粒被拉长或压扁 形成 纤维组织 曲轴毛坯锻造 晶粒内部变形量增加 破碎成亚晶体 晶格严重畸变 2 性能变化 加工硬化 强度和硬度显著提高 塑性和韧性明显下降 塑性变形是金属的重要强化手段 冷轧 冷拉 产生 加工硬化 消除 硬化 必须安排退火工序 3 塑性变形的金属通常要进行退火处理 消除或降低残余内应力 防止零件在使用中变形 2020 4 6 第二节塑性变形对金属组织和性能的影响 两个概念加工硬化形变强化 强化材料的手段之一 金属在冷变形时 强度 硬度 塑性 韧性 加工硬化的原因塑性变形 位错密度增加 相互缠结 亚晶界 运动阻力加大 变形抗力 2020 4 6 第二节塑性变形对金属组织和性能的影响 2020 4 6 第二节塑性变形对金属组织和性能的影响 织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致 性能出现各向异性 对加工极为不利 晶粒拉长 但未出现织构 晶粒拉长 且出现织构 2020 4 6 第三节变形金属在加热时的组织和性能的变化 一 回复把变形金属在较低温度加热时 晶体内位错量减少 晶格畸变程度降低 残余内应力部分消失 这个阶段称为回复 消除内应力退火 二 再结晶1 变形金属的再结晶变形金属加热至较高温度 原子具有较大扩散能力 会在变形最激烈的区域 形成新的晶体 但晶格类型不变 只改变晶粒外形 称为再结晶 金属再结晶后 硬度 强度显著下降 塑性 韧性明显提高 内应力基本消除 恢复到变形前的性能 2020 4 6 第三节变形金属在加热时的组织和性能的变化 2 再结晶温度经过大变形度变形 70 80 后 在规定时间里能完成再结晶的最低温度 T再 0 4T熔金属熔点越高 其再结晶温度越高 3 影响再结晶晶粒度的因素 1 加热温度的影响加热温度越高 晶粒越大 2 退火前的变形度影响变形度越大 大于临界变形度 晶粒越细 图3 16 2020 4 6 第三节变形金属在加热时的组织和性能的变化 临界变形度 冷轧金属一般采用30 40 变形度 三 晶粒的长大再结晶完成以后 如果继续升高温度或延长保温时间 晶粒将会互相吞并而长大 力学性能降低 2020 4 6 第四节金属的热加工 一 热加工的概念热加工 高于再结晶温度的加工变形 冷加工 低于再结晶温度的加工变形 二 热加工对金属组织和性能影响1 粗大柱状晶体被击碎形成等轴细晶体 改善了机械性能 2 疏松 气孔微裂纹等缺陷被压实焊合 组织致密 性能提高 3 形成热加工 纤维组织 使金属具有明显的各向异