第三章金属的塑性变形

1、压力加工方法示意图压力加工方法示意图第三章第三章 金属的塑性变形金属的塑性变形弹性变形：应力去掉后，变弹性变形：应力去掉后，变形完全恢复原状。在弹性变形完全恢复原状。在弹性变形范围内，其应力与应变之形范围内，其应力与应变之间服从虎克定律。间服从虎克定律。弹塑性变形：应力去掉后，弹塑性变形：应力去掉后，变形不能恢复原状变形不能恢复原状断裂：韧性断裂、脆性断裂断裂：韧性断裂、脆性断裂韧性断口韧性断口脆性解理断口脆性解理断口任何外力都可以分解为：任何外力都可以分解为： 一个正应力一个正应力( ) 一个切应力一个切应力()正应力正应力_伸长、断裂伸长、断裂切应力切应力_塑性变形塑性变形外力在晶面上的分

2、解外力在晶面上的分解切应力作用下的变形切应力作用下的变形锌单晶的拉伸照片锌单晶的拉伸照片塑性变形主要方式：滑移、孪生塑性变形主要方式：滑移、孪生滑移变形在晶体表面留下变形痕迹滑移变形在晶体表面留下变形痕迹孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹孪晶变形在晶体内部留下变形痕迹 单晶体单晶体 弹性变形弹性变形 滑移变形滑移变形 孪生变形孪生变形滑移是在切应力作用下，晶体的一部分滑移是在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动。移方向）相对于另一部分发生滑动。机械工程材料机械工程材料滑移的实现是借助于位错的运动进行的。

3、滑移的实现是借助于位错的运动进行的。位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面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一个原子间距的滑移台阶 塑性变形塑性变形平面位错运动平面位错运动 3D位错运动位错运动晶体通过位错运动产生晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这因而所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。种现象称作位错的易动性。滑移线：晶体表面的滑移台阶滑移线：晶体表面的滑移台阶滑移带：大量的滑移线组成滑移带：大量的滑移

4、线组成表明了晶体塑性变形的不表明了晶体塑性变形的不均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，均匀性，滑移只是集中发生在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生而滑移带或滑移线之间的晶体层片则未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。变形，只是彼此之间作相对位移而已。滑移面：晶体中能够发生滑移的晶面滑移面：晶体中能够发生滑移的晶面滑移方向：晶体中能够发生滑移的晶向滑移方向：晶体中能够发生滑移的晶向滑移面和滑移方向往往滑移面和滑移方向往往是金属晶体中是金属晶体中滑移系：一个滑移面和其上一个滑移方向滑移系：一个滑移面和其上一个滑移方向的组合的组合滑移系数目：晶体内可能滑移的滑移面数滑移系数目：晶

5、体内可能滑移的滑移面数和滑移方向数的乘积和滑移方向数的乘积在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，在其他条件相同时，晶体中的滑移系愈多，材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显。更明显。一个滑移面一个滑移面和其上的一和其上的一个滑移方向个滑移方向构成一个构成一个体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移滑移面面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系滑移只能在切应力的作用下发生滑移只能在切应力的作用下发生滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶滑移常沿晶体中原子

6、密度最大的晶面和晶向发生（在滑移系中进行）向发生（在滑移系中进行） 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍，滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍，滑移结果在晶体的表面上造成台阶。滑移结果在晶体的表面上造成台阶。 滑移的同时必然伴随着晶体的转动。滑移的同时必然伴随着晶体的转动。孪生：在切应力作用下，晶体的一部分孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变的变形过程。向（孪生方向）发生切变的变形过程。金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面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。两侧形成镜面对称关系

7、。发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。孪晶。孪生带的晶格位向发孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时生变化，发生孪生时各原子移动的距离是各原子移动的距离是不相等的。不相等的。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生

8、错排而产生的，称退火孪晶生错排而产生的，称退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶黄铜中的孪晶黄铜中的孪晶锌中的孪晶锌中的孪晶二、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许多晶界，变形复杂。多晶界，变形复杂。2 2、多晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形（A A）晶界的影响）晶界的影响 晶界起强化作用晶界起强化作用（ B B）晶粒位向的影响）晶粒位向的影响 轴向拉力轴向拉力F F，试样横截面积，试样横截面积A , A , 外力外力F F作用在滑移面上

9、，沿滑作用在滑移面上，沿滑 移移方向的分切应力为方向的分切应力为: : 多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许多晶界，变形复杂。且存在许多晶界，变形复杂。5%冷变形纯铝中的位错网冷变形纯铝中的位错网(a) 正火态正火态(c) 变形变形80%(b) 变形变形40%变形变形10% 10010% 100变形变形40% 10040% 100 变形变形80%80%纤维组织纤维组织100100 工业纯铁不同变形度的显微组织工业纯铁不同变形度的显微组织加工硬化（形变强化加工硬化（形变强化强化材料的手强化材料的手段之一）段之一）加工硬化的意义：加工硬化的意义：

10、（1）具有一定抗偶然过载的能力，保）具有一定抗偶然过载的能力，保证安全；证安全；（2）是冷变形工件成型的重要因素；）是冷变形工件成型的重要因素；（3）强化金属的重要工艺手段。）强化金属的重要工艺手段。（2 2）织构）织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，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。性能出现各向异性。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现晶粒拉长，且出现织构织构。n（1 1）丝织构）丝织构 （2 2）板织构）板织构n变压器铁芯的硅钢片，沿变压器铁芯的硅钢片，沿100100方向最易磁化，采用这种织方向最易磁化，采用这种织构的板材，铁

11、损减小。构的板材，铁损减小。制耳现象制耳现象各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板 “制耳制耳”有有无无铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热最低再结晶温度最低再结晶温度 T T再再纯金属纯金属T T再再 =0.4 T=0.4 T熔熔合金合金T T再再 = =（0.5 0.70.5 0.7）T T熔熔温度单位：绝对温度温度单位：绝对温度( K )( K )预变形度对预变形度对T T再再的影响的影响r r R 冷变形量为冷变形量为38的组织的组织580C保温保温3秒后的组织秒后的组织580C保温保温4秒后的组织秒后的组织580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580C保温保温15分后的组织分后的组织 700C保温保温10分后的组织分后的组织、名词解释、名词解释二二、简答题、简答题1 1、金属塑性变形的主要方式和实质、金属塑性变形的主要方式和实质? ?回复回复 再结晶再结晶加工硬化加工硬化热加工热加工 冷加工冷加工2 2、什么是细晶强化？其强化原理？、什么是细晶强化？其强化原理？3 3、回复和再结晶对塑性变形后金属性能带来什么影响、回复和再结晶对塑性变形后金属性能带来什么影响? ?4 4、钢热锻和热轧后是