东南大学材料成型基础第三章

3.1单晶体和多晶体的塑性变形3.2金属的形变强化3.3塑性变形金属在加热时组织和性能的变化3.4塑性加工性能及影响因素本章小结3.1单晶体和多晶体的塑性变形3.1.1单晶体的塑性变形1.滑移2.孪生3.1.2多晶体金属塑性变形的特点1.晶粒取向对塑性变形的影响2.晶界对塑性变形的影响作用于金属的外力可分为正应力和切应力，正应力使金属产生弹性变形或破断晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移面作整体滑动1.单晶体的滑移锌单晶体的滑移变形示意图滑移特点：①滑移是在切应力作用下完成的；②滑移时移动的距离是原子间距的整数倍；③滑移的同时由于正应力组成的力偶作用，推动晶体转动，力图使滑移面转向与外力一致的方向。④滑移的实质是位错运动的结果。因此滑移的实际临界切应力远远大于理论临界切应力。位错运动引起的滑移变形示意图未变形弹性变形弹塑性变形塑性变形滑移面的确定常见金属晶格中的主要滑移系体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格(110)*6(111)*4底面*1[111]*2[110]*3底面对角线*36*24*31*32.孪生*试比较滑移和孪生的异同点1.晶粒取向对塑性变形的影响在多晶体中，各晶粒的位向不同(如图所示)，那些滑移面与外力方向成45°角的晶粒（其取向为“软位向”）首先发生滑移,但它们的滑移变形会受到其它晶粒（硬位向）的阻碍,进一步增加外力,才能使处于硬位向的晶粒也满足临界切应力条件,产生滑移.因此,多晶体的滑移变形是分期分批进行的；又由于硬位向的阻碍作用,多晶体的变形抗力比单晶体的大,即强度高.多晶体塑性变形示意图2.晶界对塑性变形的影响3.2金属的形变强化3.2.1形变强化现象3.2.2塑性变形后金属的组织结构的变化(1)晶粒破碎,亚结构增多(2)晶粒拉长,出现纤维组织或织构(产生各向异性)3.2.3塑性变形产生的残余应力残余应力的危害:(1)降低工件的承载能力(2)使工件的形状和尺寸发生变化(3)降低工件的耐蚀性3.2.1形变强化现象定义:金属经过冷态下的塑性变形(冷加工)后,其强度、硬度提高,而塑性、韧性降低的现象叫做形变强化,或加工硬化或冷作硬化.形变强化还使物理、化学性能发生变化,如电阻增大,耐蚀性降低.在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进一步加工困难,应安排中间退火工艺.3.3塑性变形金属在加热时组织和性能变化3.3.1回复T回=（0.25~0.3)T熔T回、T熔为绝对温度3.3.2再结晶定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程,但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形.T再=0.4T熔※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象3.3.3晶粒长大3.3.4冷变形和热变形3.3.5金属纤维组织及其应用形变强化金属的回复和再结晶示意图晶粒长大示意图临界变形度织构3.3.4冷加工和热加工在T再温度以下的塑性变形叫冷加工;T再温度以上的塑性变形叫热加工.冷加工产生形变强化,进一步变形困难;热加工消除了形变强化现象,若对铸锭进行热加工,能使铸锭的气孔及缩松焊合、提高致密度、并能细化晶粒,还能形成纤维组织.3.3.5金属纤维组织及其应用定义:纤维组织的各向异性特点:不能用热处理方法消除应用:麻花钻的轧制、汽车半轴的局部镦粗等。纤维组织的应用3.4塑性加工性能及影响因素3.4.1塑性加工性能及其指标塑性、变形抗力3.4.2塑性加工性能的影响因素1.金属的本质(1)化学成分的影响(2)金属组织的影响2.加工条件(1)变形温度的影响(2)变形速度的影响(3)应力状态的影响变形温度的影响提高温度有利于金属塑性变形，但温度过高将产生过热、过烧脱碳、氧化等缺陷。锻造温度即始锻温度与终锻温度间的温度范围。金

属

种

类

始

锻

温

度（℃）终

锻

温

度（℃）wC

:0.3%以下wC:0.3%~0.5%wC

:0.5%~0.9%wC

:0.9%~1.4%1200~1250800~850

碳1150~1200800~850

钢1100~1150800~8501050~1100800~850合金钢合金结构钢合金工具钢耐热钢1150~1200800~8501050~1150800~8501100~1150850~900铜合金

700~800650~750铝合金450~490350~400镁合金370~430300~350钛合金1050~1150750~90018表1

常用金属材料的锻造温度范围

变形速度的影响塑性、变形抗力应力状态的影响挤压时金属应力状态拉拔时金属应力状态本章小结锻造、轧制、挤压、冲压等都是塑性变形。这些塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸，更重要的是为了改善金属的组织和性能。塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤维组织，具有各向异性。塑性变形后的金属加热时会产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。思考题塑性变形的机理是什么？碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有形变强化现