《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能ppt课件

1、学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响一、了解塑性变形的本质，单晶体金属塑性变形的主要外形；二、了解压力加工对金属组织与性能的影响；三、了解冷加工和热加工的区别；四、了解断裂的方式和缘由。1学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响塑性变形的定义 金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。塑性变形对运用性能和加工性能的影响： 抵抗塑性变形是普通工程构件的根本要求，不希望构造件在承载时产生不可恢复的塑性变形； 塑性变形是金属资料的一种重要加工成形方法，在资料加工过程中，人们希望它易于加工变形。塑性变形还可改动资料内部组织与构造并影响其宏观性能

2、。2学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1第一节 金属的塑性变形1、单晶体的塑性变形2、多晶体的塑性变形3、合金的塑性变形3学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1塑性加工包括锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压等方法。4学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1滑移晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动叫滑移。 一、单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形根本方式：滑移、孪生 1. 滑移 5学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1滑移特征(1) 滑移是在切应力作用下发生的：当切应力超越弹性极限，晶体上下

3、部分产生相对滑移。当应力足够大，晶体就会发生断裂。6学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1(2).滑移的结果是使晶体外表构成台阶，产生滑移线和滑移带。7学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1滑移面、滑移方向：晶体中易发生滑移的晶面和晶向分别称为。2、滑移面、滑移方向和滑移系晶体滑移大多优先发生在原子密度最大的晶面上；滑移系越多，金属发生滑移的能够性越大，塑性就越好；滑移方向对滑移所起的作用比滑移面作用大；面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好；8学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1塑性对比：面心立方体心立方密排六方金属三种常见晶格的滑移系 13 =

4、3 43 = 12 62 = 12滑移系 3个 3个 2个每个滑移面上的滑移方向0001 1个111 4个110 6个滑移面 密排六方晶格 面心立方晶格体心立方晶格 晶 格 9学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1课堂思索题1、滑移是在 的作用下发生的。2、常温下金属塑性变形的主要方式有和。3、体心立方晶格和面心立方晶格，哪种的塑性好一些？10学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.13. 孪生变形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)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程发生切变后位向改动的一部分晶体称为孪晶；孪晶与未变形部分晶体原子分布对称。11学习

5、情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1孪生变形过程表示图12学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1孪生所需的临界切应力比滑移的大得多，孪生只在滑移很难进展的情况下才发生；滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等, 容易发生孪生；体心立方晶格金属如铁在低温或受冲击时才发生孪生。 孪生变形的特征：13学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1晶格取向：滑移前后晶格方向不变，孪生后晶格方向发生变化；发生条件：孪生所需的临界切应力比滑移的大得多，孪生只在滑移很难进展的情况下才发生。 滑移与孪生的区别：14学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1 二、多晶体的塑性

6、变形工程上运用的金属绝大部分是多晶体；多晶体中每个晶粒的变形根本方式与单晶体一样；多晶体资料中，各个晶粒位向不同，存在许多晶界，变形要复杂得多。1. 晶界的影响晶界上原子陈列不很规那么, 妨碍位错的运动, 使变形抗力增大；金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度和塑性就越大；提示：细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。15学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1 2. 变形的不均匀性晶粒的位向不同，变形有先后；随着外力的添加，滑移是分批逐次进展的。应力分布有变化，呵斥不均匀变形。16学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1三、合金的塑性变形 合金的组成相为固溶体时

7、，溶质原子会呵斥晶格畸变，添加滑移抗力，产生固溶强化，塑性变形才干降低。 溶质原子经常分布在位错附近，降低了位错附近的晶格畸变，使位错易动性减小，形变抗力添加，强度升高。17学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1课堂思索题1、孪生是在 的作用下发生的。2、晶体滑移优先发生在原子密度的面上。3、孪生变形之后，晶格方向变化。4、为什么晶粒越细，资料的塑性、强度越好？18学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2第二节 压力加工对金属组织与性能的影响19学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响1.金属组织的变化1晶粒发生变形 晶粒沿形

8、变方向被拉长或压扁；变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹杂物也被拉长, 构成纤维组织。变形前变形后20学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1塑性变形中的组织变化75变形细条状纤维组织50变形拉长或压扁的晶粒25变形滑移线未变形原始晶粒21学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.22亚构造构成 金属经大的塑性变形时, 位错密度增大, 大量位错堆积在部分地域, 相互缠结, 构成不均匀的分布, 使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 产生亚晶粒。 金属经变形后的亚构造22学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2 3变形织构 金属本来是伪各向同性，但金属

9、塑性变形到一定程度时, 由于晶粒发生转动, 使各晶粒的位向趋近于一致,导致各向异性的产生，这种有序化的构造叫做变形织构。 按照产品外形，变形织构可分为：丝织构和板织构23学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2形变织构表示图丝织构 各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。低碳钢经大变形量冷拔后, 其100平行于拔丝方向;板织构 各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向。低碳钢的板织构为001110。24学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.225学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.22.金属性能的影响1力学性能金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属的强度和硬度显著升高,

10、塑性和韧性明显下降。这种景象称为形变硬化。工程运用：在消费中可经过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。26学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2产生形变硬化的缘由: 塑性变形时, 位错密度添加, 位错间的交互作用加强, 相互缠结, 位错运动阻力增大, 塑性变形抗力提高；同时晶粒破碎细化, 强度提高。形变硬化27学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.22产生各向异性 纤维组织和变形织构的构成, 使金属产生各向异性； 沿纤维方向的强度和塑性高于垂直方向。各向异性有织构的板材冲制筒形零件时, 由于各方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳。因形变织构呵斥深冲制品的制耳表示图28学

11、习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2 3物理、化学性能变化塑性变形可影响金属的物理、化学性能：电阻增大, 耐腐性降低。 在某些情况下, 织构的各向异性有用：制造变压器铁芯的硅钢片, 沿100方向最易磁化, 采用这种织构可使铁损减小, 变压器的效率大大提高。29学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.23、产生剩余内应力 定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。 产生缘由：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀，位错、空位等晶体缺陷增多，会产生剩余内应力。1宏观内应力2微观剩余应力3晶格畸变应力30 课堂思索题1、在冷轧前后，金属由各向同性转变为2、形变硬化是如何产生的？学习情

12、境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.231学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2二、冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化金属经塑性变形后，组织构造和性能发生很大变化；对变形后金属进展加热，其组织构造和性能又会发生变化；随加热温度提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大3个过程。 32学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2冷变形金属加热时组织和性能变化33学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.21、回复变形后金属在较低温度加热，发生回复过程。晶粒内部位错等缺陷减少，晶粒仍坚持变形后的形状，显微组织不发生明显变化；实践运用：对变形金属进展去应力退火、

13、降低剩余内应力，保管加工硬化效果。34学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.22、再结晶定义：变形后的金属在较高温度加热时，被拉长或压扁、破碎的晶粒经过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶。提示：只需经过塑性变形的金属才会发生再结晶。35学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2(1.再结晶对金属组织、性能的影响提示：再结晶生成的新的晶粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均一样。变形金属再结晶后，强度、硬度明显降低，塑性、韧性大大提高，加工硬化景象被消除，内应力全部消逝；物理、化学性能根本上恢复到变形以前的程度。36学习情境三：金属的塑性变形对组织性

14、能的影响 3.2 (2.再结晶温度再结晶温度是一温度范围，并非一恒定温度；再结晶温度指的是最低再结晶温度(T再)：用经过严重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。 最低再结晶温度：T再=0.4T熔点式中温度单位为绝对温度(K)。37学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2(3)再结晶温度影响要素：1变形程度 金属再结晶前塑性变形的相对变形量称为预先变形度；预先变形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不稳定, 最低再结晶温度也就越低；当预先变形度达一定大小后, 最低再结晶温度趋于某一稳定值。2金属纯度：纯度越高, 最低再结晶温度也就越低。 杂质和合金元素高熔

15、点元素妨碍原子分散和晶界迁移, 可显著提高最低再结晶温度；高纯度铝(99.999%)最低再结晶温度为80 ；工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 。3加热速度 再结晶是一分散过程, 需一定时间才干完成；提高加热速度会使再结晶在较高温度下发生；原始晶粒越粗大, 再结晶温度越高。38学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2加热温度过高或保温时间过长，晶粒会长大，得到粗大晶粒，使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能显著降低。影响再结晶后晶粒大小的要素：1加热温度和保温时间2变形度3加热速度 3、晶粒长大及影响再结晶后晶粒大小的要素39学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响

16、 3.2三、金属的热加工及其对组织、性能影响 钢材的热锻和热轧，温度处于再结晶温度以上发生塑性变形后，随即发生再结晶；塑性变形引起的加工硬化随即消除，使资料坚持良好的塑性形状。40学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.21、热加工与冷加工的区别热加工：在再结晶温度以上的塑性变形加工。冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形加工。留意：热加工和冷加工不是根据变形时能否加热来区分，而是根据变形时的温度处于金属的再结晶温度以上还是以下来划分。金属塑性变形加工方法：热加工：热锻、热轧、热挤压、热拔冷加工：冷镦、冷轧、冷挤压、冷冲、切削41学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.22、热加工的特点及其运用热加工变形的优点：1变形抗力低，塑性、韧性提高2改善铸锭和坯料的组织性能3构成热变形纤维组织如图4消费周期短421.控制较低的加工终了温度 2.控制较大的变形程度3.控制较快的冷却速度学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.23、热加工晶粒大小控制措施43学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2 四、金属的断裂 1、断裂过程： 低碳钢的拉伸过程，