东北大材料成型金属学课件00绪论

材料成形金属学Physicalmetallurgy绪论

Temperature(℃)Absorbedenergy(J)0100200300-200-150-100-50050Requirement材料成形体积不变的成形体积改变的成形轧制挤压铸造焊接涂镀旋压连续成形零件成形体积增加体积减少锻造冲压拉拔机加切割冶金类机械类机械类

本课程的目的和任务了解材料塑性变形的物理本质、变形机制和基本规律；

掌握分析材料塑性变形中组织性能变化和缺陷的基本方法；

为材料组织性能控制的研究打下良好的基础。PhysicalMetallurgyProcessing(compositions)→microstructures→properties(mechanical/physical/chemical)成形（合金成分）-组织-性能Properties塑性变形形状/尺寸改变组织/性能控制ProcessingMicrostructurePerformance

Microstructure=Performance

材料结构的三个层次

宏观

细观

微观mmmmnm肉眼、放大镜显微镜电子显微镜、X射线衍射铸锭

Al铸锭

未加细化剂

加细化剂

黄铜Brass(孪晶twins)

TiAl金属间化合物

intermetallics片层状组织laminarstructureHighresolutionTransmissionElectronMicroscope(HRTEM)JuanVillegas,Ph.D.thesis(UConnMSE)advancingtwin[001][110]Nickelalloy

性能控制强韧性能冲压性能电磁性能热强性能

(a)crystalline晶体

regular,repeating,anddenser规则、重复、致密(b)noncrystalline

非晶

morelooselypackedandrandom松散、无序body‑centeredcubic体心立方

face‑centeredcubic面心立方hexagonalclose‑packed密排六方晶体结构线缺陷-位错位错理论基础（1）面缺陷位错的弹性理论：应力场、应变能、相互作用力位错的运动实际晶体中的位错位错的来源及实验基础位错理论的应用

弹性变形：材料尺寸只发生暂时性改变。具有可逆性。

金属弹性变形的本质：金属原子自平衡位置产生可逆位移。PlasticStrain塑性应变塑性变形：应力超过弹性极限，材料发生的不可逆的永久变形。应力与应变的关系偏离虎克定律。先发生弹性变形，后发生塑性变形。形状和尺寸的不可逆变化是通过原子的定向位移实现的。塑性变形的主要机制:位错的运动.

塑性变形机制（2）工业纯铁压缩变形——滑移线

孪生TwinningTwinscanbeproducedwhenashearforceactsalongtwinplanes

高温变形机理扩散蠕变diffusioncreep位错蠕变dislocationcreep晶界滑动grainboundarysliding晶界迁移grainboundarymigration变形机理图Deformationmap

波浪边裂

中心裂纹鳄裂

挤压制品的周期裂纹金属塑性变形的宏观规律（3）

变形抗力/塑性（4/5）

工程应力工程应变材料的力学性能

断裂fracture（6）韧性断裂

ductile脆性断裂brittle断口形貌Fracturesurface

Al－Li合金冷轧/退火（TEM）

变形/回复/再结晶（7）

动态再结晶dynamicrecrystalization

Ti3Al合金压缩变形过程中的组织演变

强化机制固溶强化细晶强化

综合利用析出强化应变强化组织性能控制（8）

控制轧制控制冷却

ThermoMechanicalControlledProcessing,TMCPControlledRolling(CR)AcceleratedCooling(AcC)高性能钢TMCP强韧性能Reheatingtemperature

Mechanicalpropertiesofthesteel(coilingtemperature550-600°C)No.

RT/℃

FRT/℃

σs/MPaσb/MPa

δ5(%)σs/σb1110078040550030.60.812120078050458924.20.86(a)(b)20µmMicrostructuresoftheexperimentalsteel(FRT=780°C)(a)sample1(1100°C);(b)sample2(1200°C)(d)位错及析出物;(e)贝氏体形貌;(f)铁素体晶粒(a)亚晶;(b)铁素体再结晶晶粒;(c)位错及析出物

带钢的TEM照片

铁素体：DIFT/DRXfastcooling强化机制：细晶、固溶、析出、亚晶

冲压性能

冷轧深冲板汽车板：超深冲冷轧板、IF钢电镀锌钢板、IF钢深冲电镀锌钢板、烘烤硬化钢、汽车摩擦片用钢。家电用钢：家电用电镀锌、耐指纹板、热镀锌板、彩涂板、彩电框架用钢、冰箱内板、侧板和面板。疲劳/蠕变/持久性能SpaceShuttleF-22－40％Ti合金HighThrustWeight=HigherAcceleration热强性能

材料科学的四要素制备合成/加工工艺

成分/组织结构

材料固有性能

材料的使用性能

成分/组织结构制备合成与加工工艺 材料的固有性能材料的服役性能或使用性能

材料科学的五要素新说成分/组织结构材料的使用性能制备合成/加工工艺材料固有性能环境在原来四要素的基础上，加入了环境要素，强调必须考虑材料的循环利用和降低对环境的影响，达到可持续发展的目的。

本课程内容位错理论基础塑性变形机制材料塑性变形的宏观规律材料的变形抗力与塑性材料的断裂变形、回复与再结晶材料的组织性能控制先修课程：金属学及热处理、材料成形力学与同期/后续课程的联系：材料组织性能控制综合实验/材料成形工艺学/控制轧制控制冷却

教学参考书材料科学基础-东北