金属材料的损坏与塑性变形

1、2-1金属材料的损坏与塑性变形,2-1金属材料的损坏与塑性变形,机械零件的损坏: 在生产中，机器零件的性能往往达不到理想要求，许多零件在使用过程中会发生损坏，不但严重影响生产，甚至造成人身事故。,想一想：,机械零件在使用中常见的损坏形式有哪几种呢？,1.常见损坏形式 a）变形 零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性变形） b）断裂 零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。 c）磨损 因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。,弹性变形与塑性变形,变形分为弹性变形与塑性变形。 弹性变形是指外力消除后能够恢复的变形。如弹簧的工作压缩、桌面支撑物品的变形等。 塑性变形

2、是指外力消除后无法恢复的永久性变形。造成零件损坏的变形，通常是指塑性变形。如钢筋的弯折、零件的冲压等。,想一想：,既然塑性变形这么多有害的方面，那他们有没有可以利用或者有用的方面呢？,塑性变形的应用,轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料 截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。有热轧和冷轧两种。,轧制,塑性变形的应用,挤压：用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要的少无切削加工工艺。,挤压及其

3、应用,塑性变形的应用,冷拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，使其断面减小而长度增加的方法。冷拔的产品较之于热成型有：尺寸精度高和表面光洁度好的优点。,塑性变形的应用,锻压：对金属坯料（不含板材）施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。,塑性变形的应用,冷冲压：借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。,塑性变形也有有利的一面。,一、与变形相关的几个概念 1、载荷 金属材料在加工及使用过程中所受的 外力称为载荷。,根据作

4、用性质分类,静载荷：如吊车悬吊重物。,冲击载荷：列车通过桥梁。,交变载荷：火车车轮。,根据作用形式不同分类,拉伸载荷,压缩载荷,弯曲载荷,剪切载荷,扭转载荷,2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。,3.应力 （1）定义： 单位横截面积上的内力。 （2）计算公式： R()= F/ S（ MPa ） 式中：R ()应力；Pa,1Pa=1N/m2, 1MPa=1N/mm2=106Pa F 外力,N; S 横截面面积,m2或mm2。,二、金属的变形 金属

5、在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 弹性变形：外力消失后变形消失，金属恢复到原 来的形状。 弹塑性变形：一部分发生弹性变形，一部分发 生塑性变形。 断裂：破坏，不能再恢复。,1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。,3.影响因素 1）晶粒位向的影响 由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下， 将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应力 的产生。 2）晶界的作用 晶界阻碍位错运动，使金属的

6、塑性变形阻力增大。 3）晶粒大小的影响 单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难进行塑性变形，获得细晶强化。 是金属材料获得强韧化的重要手段。,三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化 1.冷塑性变形结果 外部：晶粒形状发生变化沿着变形方向被压扁或拉长； 内部: 晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧； 性能: 金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。 这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。,加工硬化的概念：冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。,2.加工硬化的应用 对于不能通过热处理强化的金属是一种重要的 强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。,意义： 1）是一种材料强化手段形变强化； 2）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。,3.加工硬化的不利 1）影响材料力学性能 不利：使得再变形困难； 使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。 解决办法： 在冷加工之间进行中间热处理再结晶退火。 2）影响材料物理性能和化学性能 不利：电阻增加，导电、导磁性下降； 化