第三章金属的塑性变形学习教案

1、会计学1第三章金属第三章金属(jnsh)的塑性变形的塑性变形第一页，共50页。压力加工(ji gng)方法第1页/共49页第二页，共50页。分沿一定晶面发生一定距离的移动，应力(yngl)去除后不能回复原状。第2页/共49页第三页，共50页。第3页/共49页第四页，共50页。孪生：在外加切应力(yngl)作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面产生一定角度的切变，应力(yngl)去除后不能回复原状第4页/共49页第五页，共50页。第5页/共49页第六页，共50页。孪生与滑移(hu y)的主要区别： 变形(bin xng)方式； 变形(bin xng)后的位向 孪生是使一部分晶体整体发生均匀

2、的切变；而滑移则集中在一些滑移面上。 孪生使一个晶体的两部分沿一个公共晶面构成了镜面对称关系；而滑移则不改变晶体的位向。 原子位移距离不同孪生时，孪晶带中的原子沿孪生方向的位移量为原子间距的的分数值；而滑移为原子间距的整数倍。 孪生变形困难 一般先滑移，滑移困难后，发生孪生，二者交替进行 。 第6页/共49页第七页，共50页。n切应力_滑移变形第7页/共49页第八页，共50页。正应力：仅使晶格(jn )产生弹性伸长，当超过原子间结合力时，将晶体拉断；切应力 ：使晶格(jn )产生弹性歪扭，在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑动。第8页/共49页第九页，共50页。单晶体试样在拉伸实验时

3、，除了沿滑移面产生滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移面上、下两部分发生微小滑移时，试样两端的拉力不再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶(l u)，使滑移面产生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。第9页/共49页第十页，共50页。滑 移 面：晶面上原子间距最小滑移(hu y)方向：原子排列密度最大第10页/共49页第十一页，共50页。三种典型金属(jnsh)晶体结构的滑移系（密排面和密排方向）一个(y )滑移面和该面上的一个(y )滑移方向构成一个(y )滑移系，每一个(y )滑移系表示晶体在产生滑移时可能采取的一个(y )空间位向。滑移系=滑移面滑移方向体心立方

4、面心立方 密排六方62=12 43=12 13=3第11页/共49页第十二页，共50页。体心立方(lfng)：6个面2个方向12面心立方(lfng)：4个面3个方向12密排六方：1个面3个方向3滑移系越多材料(cilio)的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！第12页/共49页第十三页，共50页。滑移(hu y)的微观机制第13页/共49页第十四页，共50页。第14页/共49页第十五页，共50页。n当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将垂直于受力方向，沿着一定的晶面和一定的晶向一格一格地逐步移动(ydng)到晶体的表面，形成一个原子间距的滑移量。一个滑移带就是上百个或更多位错移动(ydng)

5、到晶体表面所形成的台阶。第15页/共49页第十六页，共50页。发生(fshng)了滑移的金属试样表面状态第16页/共49页第十七页，共50页。第17页/共49页第十八页，共50页。1、晶粒本身的变形（滑移变形）主要(zhyo)的2、晶粒之间的变形（晶间变形）次要的第18页/共49页第十九页，共50页。主要影响因素：晶界、位向晶界： 滑移的主要障碍：原子混乱排列区，较不规则缺陷、杂质集中。滑移不能从一个(y )晶粒直接延续到另一个(y )晶粒中去。协调变形：晶界自身变形以维持相邻晶粒变形保持连续。位错塞积位错运动到晶界附近，受到晶界阻碍而堆积起来。晶粒愈细，金属的强度便愈高 ，对抗塑性变形的能力

6、也就越大。细晶强化第19页/共49页第二十页，共50页。n裂纹扩展；n细晶粒的金属具有良好的韧性和塑性第20页/共49页第二十一页，共50页。第21页/共49页第二十二页，共50页。晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化 ；残余内应力 。第22页/共49页第二十三页，共50页。1.晶粒变形，形成纤维组织： 晶粒被拉长或被压扁，当变形足够大时，晶界变得模糊不清，不易分辨。杂质(zzh)呈细带状或链状分布。变形(bin xng)前变形(bin xng)后工业纯铁表面的滑移带工业纯铁变形度为80%的显微组织第23页/共49页第二十四页，共50页。2.亚结构形成，材料加工硬化(work hardened

7、 )： 加工硬化：金属材料经冷塑性变形后，随变形度增加，强度硬度升高，塑性韧性降低(jingd)的现象称为加工硬化或形变强化。加工硬化是提高材料强度的有效手段之一。例如(lr)，纯铁和低碳钢经70%变形度的冷轧变形后，抗拉强度能提高400500MPa。 高强度钢丝是将含碳量为1.0%的高碳钢处理成细片状珠光体，然后冷拔变形90%以上，抗拉强度可高达3000MPa。强度、硬度(yngd)，塑性、韧性第24页/共49页第二十五页，共50页。第25页/共49页第二十六页，共50页。3.织构的形成：随着(su zhe)变形量的增大，各晶粒的位向将沿着变形的方向发生转变，当变形量足够大（70% 90%）

8、时，绝大部分晶粒的某一方向趋向大体一致，使材料呈现各向异性，甚至退火也难消除。丝织构板织构第26页/共49页第二十七页，共50页。制 耳织构的作用：（1）一般情况下，对加工成型(chngxng)极为不利；（2）有些情况下，可以利用织构的作用-硅钢片第27页/共49页第二十八页，共50页。5.其他性能的影响：电阻(dinz)增加，耐腐蚀性能降低等第一类内应力 第二类内应力 第三类内应力宏观(hnggun)应力微观(wigun)应力由整个物体变形不均匀引起由晶粒变形不均匀引起晶格畸变由位错、空位等引起变形甚至开裂晶间腐蚀加工硬化4.内应力（金属在外力作用下各部分发生不均匀的塑性变形所导致）：第28

9、页/共49页第二十九页，共50页。 宏观残余(cny)内应力： 由于金属材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内残余(cny)应力。弯曲(wnq)变形后第29页/共49页第三十页，共50页。 微观(wigun)残余内应力：多晶体的各晶粒的变形不均匀，而使各晶粒间产生残余内应力。第30页/共49页第三十一页，共50页。晶格畸变应力：金属在塑性变形后，增加了位错及空位等晶体(jngt)缺陷，使晶体(jngt)中一部分原子其偏离平衡而造成晶格畸变，从而产生的残余内应力。需要部分原子范围内（几百，几千）来相互平衡。第31页/共49页第三十二页，共50页。残余内应力(yngl)：残留金属内部用于平衡的内部

10、应力(yngl)。 类别：1、宏观残余内应力(yngl) 2、微观残余内应力(yngl) 3、晶格畸变应力(yngl)引起残余内应力(yngl)的原因：塑性变形、温度急剧变化、结晶、固态相变等有害影响：1、降低工件的承载能力 2、 使工件尺寸和形状发生变化 3、降低工件的耐蚀性第32页/共49页第三十三页，共50页。n晶粒长大 第三节 变形金属在加热时的组织(zzh)和性能的变化 第33页/共49页第三十四页，共50页。冷变形(bin xng)后 回复 再结晶 晶粒长大第34页/共49页第三十五页，共50页。n性能变化：强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，内应力及电阻率等性能显著降低。n应用(

11、yngyng)：工业将金属在低温下加热，进行“消除内应力退火” 处理，以保留金属的变形强化性能第35页/共49页第三十六页，共50页。第36页/共49页第三十七页，共50页。第37页/共49页第三十八页，共50页。1）变形度影响 当变形量很小时，由于晶格畸变很小，不足以引起再结晶；当变形度达到(d do)某一临界值时，由于此时金属中只有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶核少，且晶粒极易相互吞并长大，因而再结晶后晶粒粗大，此变形度即为临界变形度；当变形度大于临界变形度时，随变形量的增加，越来越多的晶粒发生了变形，变形愈趋均匀，晶格畸变大，再结晶的晶核多，再结晶后晶粒愈来愈细。可见冷压加工应注意

12、避免在临界变形度范围内加工，以免再结晶后产生粗晶粒。第38页/共49页第三十九页，共50页。生产上实际使用的再结晶温度通常是比T再高150250，这样就既可保证完全(wnqun)再结晶，又不致使晶粒粗化。再结晶温度：纯金属(jnsh) TR=0.4-0.35Tm(K) 合金：TR=0.5-0.7Tm(K) 第39页/共49页第四十页，共50页。第40页/共49页第四十一页，共50页。第41页/共49页第四十二页，共50页。n区别：热加工变形量大，表面粗糙，无加工硬化现象，有再结晶。n冷加工变形量小，表面光滑，有加工硬化现象，无再结晶。n用途：热变形加工多用于形状较复杂的零件毛坯及大件毛坯的锻造

13、和热轧钢锭成钢材等。而冷变形加工多用于截面尺寸(ch cun)较小，要求表面粗糙度值低的零件和坯料。如：金属(jnsh)铅在室温下变形属热加工金属钨在1000时变形属冷加工第42页/共49页第四十三页，共50页。冷加工与热加工组织(zzh)的变化冷加工热加工热变形加工在变形的同时伴随着动态再结晶，变形停止后在冷到室温(sh wn)过程中继续有再结晶发生。所以热变形加工基本没有加工硬化现象。第43页/共49页第四十四页，共50页。，形成锻造流线forging flow line（纤维组织），产生各向异性可提高零件使用寿命。（a）锻造变形； （b）切削(qixio)加工第44页/共49页第四十五页，共50页。钢锭中夹杂物沿晶界被压伸长，与变形方向(fngxing