第五篇(微观变形)

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1、 金属的塑性与微观塑性变形规律金属的塑性与微观塑性变形规律塑性加工工艺、组织、性能的关系塑性加工工艺、组织、性能的关系5. 1 金属的塑性 5. 2 金属多晶体塑性变形的主要机制 5. 3 影响金属塑性的因素 5. 4 金属的超塑性 5. 1. 1 塑性的基本概念 5. 1. 2 塑性指标及其测量方法 5. 1. 3 塑性状态图及其应用 什么是塑性? 塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性与柔软性的区别是什么? 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。铅-塑性好,变形抗力小不锈钢-塑性好,但变形抗力高白口铸铁-塑性差,变形抗力高结论:塑性与柔软性

2、不是同一概念探索塑性变化规律寻求改善塑性途径选择合理加工方法确定最佳工艺制度提高产品质量塑性指标的测量方法塑性指标 概 念: 金属在破坏前产生的最大变 形程度,即极限变形量。表示方法: 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角(或扭转数) 弯曲次数拉伸试验法压缩试验法扭转试验法轧制模拟试验法00100%hLLL00100%hFFF式中:L0拉伸试样原始标距长度; Lh拉伸试样破断后标距间的长度; F0拉伸试样原始断面积; Fh拉伸试样破断处的断面积 简单加载条件下,压缩试验法测定的塑性指标用下式确定: 00100%hHHH式中: 压下率; H0试样原始高度; Hh试样压缩后,在侧表面出

3、现第一条 裂纹时的 高度 对于一定试样,所得总转数越高,塑性越好,可将扭转数换作为剪切变形( ) 。 030nRL式中:R试样工作段的半径; L0试样工作段的长度; n试样破坏前的总转数。 在平辊间轧制楔形试件,用偏心轧辊轧制矩形试样,找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压下量作为轧制过程的塑性指标。 概念:表示金属塑性指标与变形 温度及加载方式的关系曲 线图形,简称塑性图。应用:合理选择加工方法 制定冷热变形工艺 MB5属变形镁合金,主要成分为: Al 5. 5 7. 0% Mn 0. 15 0. 5% Zn 0. 5 1. 5%根据产品确定加工方式(变形力学图)根据相图确定合金的相组成根据

4、塑性图确定热变形温度范围根据变形抗力图计算变形力能,确定设备能力根据第二类再结晶图确定变形组织晶粒大小温度 图5-2 Mg-Al二元系状态图 T530,合金为液相 T270,合金为两相组织270 T530,合金为单一的 相%b,公斤公斤/毫米毫米2HB公斤/毫米2图5-3 镁合金中铝含量对合金机械性能的影响 试验温度,图5-1 MB5合金的塑性图k 冲击韧性; M 慢力作用下的最大压缩率, C 冲击力作用下的最大压缩率; 断面收缩率, 0 弯曲角度 慢速加工,温度为350350400400时, ,值和M都有最大值,不论轧制或挤压,都可在此温度范围内以较慢的速度加工。 锻锤下加工,在350350

5、左右有突变,变形温度应选择在400450。 工件形状比较复杂,变形时易发生应力集中,应根据K曲线来判定。从图中可知,在相变点270270附近突然降低,因此,锻造或冲压时的工作温度应在250250以下进行为佳。5. 2. 1 多晶体变形的特点 5. 2. 2 多晶体的塑性变形机构 5. 2. 3 合金的塑性变形 5. 2. 4 变形机构图 晶内塑性变形和晶间塑性变形晶内塑性变形和晶间塑性变形晶内塑性变形:滑移与孪生晶内塑性变形:滑移与孪生塑性变形的微观机制:位错运塑性变形的微观机制:位错运动与位错增殖动与位错增殖1 1变形不均匀、不同时性及协调性 图5-4 多晶体塑性变形的竹节现象 (a)变形前

6、 (b)变形后 图5-5 多晶体塑性变形的不均匀性 在2 m m内 的延 伸率 ,%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置,mm 图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界,线上的数字为总变形量 1 1晶粒的转动与移动 图5-7 晶粒的转动2 2溶解沉积机构 该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞跃式的转移到另一相的晶体中去。 保证两相有较大的相互溶解度外,还必须具备下列条件 :(1)随着温度的变化或原有相晶体表面大小及曲率的变化,伴随有最大的溶解度改变。 ( 2)变形时,应具备足够高的温度条件。 3 3非晶机构 非晶机构是指在一定的变形温度和速度条件下,多晶体中的原子非同步的连续的在

7、应力场和热激活的作用下,发生定向迁移的过程。 1单相固溶体合金的变形 2多相合金的变形 1单相固溶体合金的变形单相固溶体合金的变形单相固溶体的显微组织与纯金属相似,因而其变形情况也与之单相固溶体的显微组织与纯金属相似,因而其变形情况也与之类同,但是在固溶体中由于溶质原子的存在,使其对塑性变形类同,但是在固溶体中由于溶质原子的存在,使其对塑性变形的抗力增加。固溶体的强度、硬度一般都比其溶剂金属高,而的抗力增加。固溶体的强度、硬度一般都比其溶剂金属高,而塑性、韧性则有所降低,并具有较大的加工硬化率。塑性、韧性则有所降低,并具有较大的加工硬化率。在单相固溶体中,溶质原子与基体金属组织中的位错产生交互

8、在单相固溶体中,溶质原子与基体金属组织中的位错产生交互作用,造成晶格畸变而增加滑移阻力。另外异类原子大都趋向作用,造成晶格畸变而增加滑移阻力。另外异类原子大都趋向于分布在位错附近,又可减少位错附近晶格的畸变程度,使位于分布在位错附近,又可减少位错附近晶格的畸变程度,使位错易动性降低,因而使滑移阻力增大。错易动性降低,因而使滑移阻力增大。 2多相合金的变形多相合金的变形多相合金中的第二相可以是纯金属、固溶体或化合多相合金中的第二相可以是纯金属、固溶体或化合物,其塑性变形不仅和基体相的性质,而且和第二物,其塑性变形不仅和基体相的性质,而且和第二相(或更多相)的性质及存在状态有关。如第二相相(或更多

9、相)的性质及存在状态有关。如第二相本身的强度、塑性、应变硬化性质、尺寸大小、形本身的强度、塑性、应变硬化性质、尺寸大小、形状、数量、分布状态、两相间的晶体学匹配、界面状、数量、分布状态、两相间的晶体学匹配、界面能、界面结合情况等等。能、界面结合情况等等。 (1)聚合型两相合金的塑性变形)聚合型两相合金的塑性变形合金中第二相粒子的尺寸与基体晶粒的尺寸如属同一数量级合金中第二相粒子的尺寸与基体晶粒的尺寸如属同一数量级,称为聚合型两相合金。在聚合型两相合金中,如果两个相,称为聚合型两相合金。在聚合型两相合金中,如果两个相都具有塑性,则合金的变形情况决定于两相的体积分数。都具有塑性,则合金的变形情况决

10、定于两相的体积分数。(2)弥散分布型两相合金的塑性变形)弥散分布型两相合金的塑性变形两相合金中,如果第二相粒子十分细小,并且弥散地分布两相合金中,如果第二相粒子十分细小,并且弥散地分布在基体晶粒内,则称为弥散分布型两相合金,其塑性变形在基体晶粒内,则称为弥散分布型两相合金,其塑性变形取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。 第二相质点与位错运动的作用形式第二相质点与位错运动的作用形式切割:切割:当质点小而软,或为软相时,位错能割开它并使当质点小而软,或为软相时,位错能割开它并使其变形,加工硬化小,但随质点尺寸的增大而增加。其变形,加工硬化小,但随质点尺寸的增

11、大而增加。 绕过:绕过:当质点坚硬而难于被位错切开时,位错不能直接当质点坚硬而难于被位错切开时,位错不能直接越过这种第二相质点,但在外力作用下,位错线可以环越过这种第二相质点,但在外力作用下,位错线可以环绕第二相质点发生弯曲,最后在质点周围留下一个位错绕第二相质点发生弯曲,最后在质点周围留下一个位错环而让位错通过。环而让位错通过。 钉扎:钉扎:当质点小而硬时,位错钉扎而不可运动。当质点小而硬时,位错钉扎而不可运动。理论剪切应力-位错蠕变扩散蠕变Nabarro蠕变理论剪切应力位错蠕变扩散流变温度,温度,-位错滑移蠕变位错滑移(Nabarro蠕变) 弹性区图5-9 变形机制图(a)纯银和(b)锗给

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