热处理培训资料(苏州工业园区姑苏科技有公司)

1、 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 热处理培训资料 第 1 章 金属的结晶与合金的构造 第 1 章 金属的结晶与合金的构造 1.1 金属的晶体构造金属的晶体构造 1.1.1 晶体概念 指原子（离子）呈规则排列的物体。 晶体特点： （1）有固定熔点， （2）原子呈规则排列，宏观断口有一定形态且不光滑 （3）各向异性，由于晶体在不同方向上原子排列的密度不同，所以晶体在不同方向上的性能 也不一样。 晶体：绝大多数的固态物质，固态的金属和合金。 非晶体：玻璃，沥青。 1.1.2 金属的晶体结构 晶体有规则的原子排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力与排斥力相平衡。 为了便于说明和分析各种晶体的原子

2、排列规律， 把原子看成一个点， 并用假想的直线将各点连接 起来，这样就构成了一个假想的空间格子。这种用以描述原子在晶体中排列的空间格子叫晶格。 组成晶格的最基本几何单 元叫晶胞。晶胞各边尺寸及夹角称为“晶格常数”。 1.1.3 三种常见的晶格及分析 （1）体心立方晶格：铬，钒，钨，钼，-Fe。1/8*8+1=2 个原子 （2）面心立方晶格：铝，铜，铅，银，-Fe。1/8*8+1/2*6=4 个原子 （3）密排六方晶格：镁，锌。6 个原子 1.1.3.1 反映金属晶体排列紧密的参数 晶格的致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。 配位数：晶格中任一原子周围所紧邻的最近且等距离的原

3、子数。 晶格类型 配位数 致密度 体心立方 8 0.68 面心立方 12 0.74 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 密排六方 12 0.74 1.1.3.2 晶面与晶向指数： 晶面：晶体中各种方向上的原子面。 晶向：晶体中各种方向上的原子列。 在研究金属晶体结构的细节及其性能时， 需要分析它们的各种晶面和晶向中原子分布的特点， 因 此有必要给各种晶面和晶向定出一定的符号，以表示出它们在晶体中的方位或方向，便于分析。 晶面和晶向的这种符号分别叫“晶面指数”和“晶向指数”。 确定晶面指数的步骤： （1）设晶格中某一原子为原点，通过该点平等于晶胞的三棱边作 OX，OY，OZ 三坐标轴，以晶格

4、常数 a,b,c 分别作为相应的三个坐标轴上的量度单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的截 距； （2）将所得三截距之值变为倒数； （3）再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号，即为晶面指数。晶面指数的一般 形式用（hkl）表示。 立方晶格中三个重要晶面 100,110,111 晶向指数的确定方法： （1）通过坐标原点引一直线，使其平行于所求的晶向； （2）求出该直线上任意一点的三个坐标值； （3）将三个坐标值按比例化为最小整数，一般用uvw表示。 晶面与晶向的原子密度： 晶面原子密度：单位面积中的原子数 晶向原子密度：单位长度上的原子数。 例：体心立方晶格 晶面指数 晶面密度 晶向

5、指数 晶向密度 100 1/a2 1/a 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 110 1.4/a2 0.7/a 111 0.58/a2 1.16/a 单晶体应用例子： 变压器中的硅钢片晶向指数为，利用了它的磁导率 多晶体结构 如果一个晶体内部的晶格方位完全一致，称为单晶体。工业中实际使用的金属材料，包含了许多 小晶体，内部晶格方位一致，但彼此方位不同，多晶体。晶粒与晶粒之间的界面称为晶界。 单晶体各向异性，多晶体一般不显示各向异性。 1.2 金属的结晶金属的结晶 1.2.1 结晶 液态金属冷却至凝固温度时， 金属原子例由无规则运动状态转变为按一定几何形状作有序排列的 状态，这种由液态金属转变

6、为晶体的过程称为金属的结晶。 冷却曲线： 过冷现象：实际上有较快的冷却速度。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差，过冷度。 1.2.2 结晶过程 不断产生晶核和晶核长大的过程 1.2.3 金属结晶后晶粒大小 一般来说，晶粒越细小，材料的强度和硬度越高，塑性韧性越好。 细化晶粒的方法： 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU （1） 增大过冷度，增加晶核数量 （2） 加入不熔物质作为人工晶核 （3） 机械振动、超声波振动和电磁振动 1.3 金属的同互异晶转变金属的同互异晶转变 大多数金属在结晶完成后的继续冷却中，其晶体结构不再发生变化，如铝、铜等。也有少数金属 如铁、钛等。这种金属在固态下晶体

7、结构随温度发生变化的现象称为同素异晶转变。 1538 -Fe 1394 -Fe 912 -Fe 因为铁能发生同素异晶转变， 在生产中才有可能对钢和铸铁进行各种热处理， 改变它的组织与性 能，以发挥材料的潜力。 1.4 合金的晶体结构合金的晶体结构 纯金属一般强度低，工业生产中大量使用的金属材料都是合金，碳钢，合金钢，铸铁，铝镁合金。 1.4.1 合金概念 由两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为合金。 1.4.2 合金结构 （1） 固溶体 指溶质的原子溶入溶剂原子的晶格中或取代了栽些溶剂原子的位置， 而仍保持溶剂原子晶格类型 的一种成分和性能均匀的固态合金。 如铁素体

8、是碳在固溶体中的混合物。 （2） 金属化合物 合金组元间按一定的原子数量之比， 相互化合而成的一种具有金属特性的新相， 称为金属化合物。 如 Fe3C（渗碳体） （3） 机械混合物 由两种或两种以上的相机械地混合在一起而组成的一种多相组织。 如珠光体是渗碳物与铁素体的混合物。 1.5 二元合金状态图的构成二元合金状态图的构成 合金状态图即合金结晶过程的简明图解， 反映在平衡条件下不同成分合金在不同温度下所存在的 相及其相平衡关系，以了解合金在温度变化时的相变过程及组织形成的规律。是分析合金组织、 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 确定热加工工艺、预测材料性能的依据。 1.5.1 二元合金状

9、态图的建立 通过实验建立的 以 Pb-Sb 合金为例 （1）首先配制几组成分不同的 Pb-Sb 合金，然后作出它们的冷却曲线 （2）作出每个合金的冷却曲线，并找出各冷却曲线上的临界点（即停歇点和转折点） （3）作一个以温度为纵坐标（单位为），以合金成分为横坐标（单位为重量或原子百分数） 的直角坐标系统， 并自横坐标上各成分点作垂直线成分垂线， 然后把每个合金冷却曲线上的 临界点分别标在各合金的成分垂线上。 （4） 将各成分垂线上具有相同意义的点连接成线，并根 据已知条件分析结果作标记。 相律：合金系在平衡状态下，系统的自由度（f）与组元数(C)和平衡相数(P)之间关系的定律。 f=C-P+2

10、自由度： 保持合金系相的数目不变条件下， 可独立改变的影响合金状态的内部及外界因素的数目。 在恒压下，f =C-P+1，对二元系，C=2,则 f =3-P，可知： f =0，P=3,平衡相最大为 3；P=3， f=0,温度、相成分一定；P=2，f=1,温度或相的成分可变，但只有一个独立变量；P=1；f=2，温 度和相成分均可独立改变。 1.5.2 匀晶相图 当两组元在液态和固态均无限互溶时所构成的相图， 称为二元匀晶相图。 具有这类相图的合金系 主要有：Cu-Ni,Cu-Au,Au-Ag,Fe-Ni 及 W-Mo 二元相图的杠杆定律：杠杆定律：用来确定二相平衡时，两平衡相的成分和相对量。 （1

11、）确定两平衡相成分的方法 （2）确定两平衡相相对量的方法： WL a r = Wa r b 或 WL/ Wa= r b/ a r 注意：杠杆定律只适用于两相区。 合金的结晶过程： 匀晶转变：由液相结晶出均一固相过程。 一、相图分析 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 以 Cu-Ni 合金相图为例： 相线：液相线、固相线 相区：单相区、两相区 结晶过程：0-1, 1，L 相, 降温过程； 1-2，L- 相变过程； 2，相，成分为合金成分； 2-3，相，降温过程； 3，相，室温组织 相变过程： t1: 液相开始析出，成分由固相线确定,为1，液相成分 L1; t2: L+, 成分分别由液相线和固相

12、线确定，为 L2、2，1 - 2， L1 - L2,两相的 相对量用杠杆定律确定; 继续降温，成分分别沿固、液相线变化，W ， WL； t3：结晶结束，固溶体成分3=合金成分 总之，结晶过程是一动态过程。 选份结晶（选择结晶）：从液相结晶出的固溶体成分与液相成分不同，含有较多的高熔点组元。 固溶体结晶与纯金属结晶的异同： 相同点：一定过冷度，形核与长大过程； 不同点： 纯金属：恒温结晶；结构起伏与能量起伏；结晶时无成分变化； 固溶体：变温结晶；结构起伏、能量起伏和成分起伏；结晶过程总存在原子扩散，以进行溶质 在液固两相中的再分配。 1.5.3 二元共晶相图 共晶体：共晶转变所得的两相机械混合物

13、。 当两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，而且发生共晶反应时，所构成的相图称为二元 共晶相图。如 Pb-Sn,Pb-Sb 等。 一、相图分析 相区：3 个单相区，3 个双相区 相线：液相线，固相线。 共晶反应线，在共晶线上，f=C-P+1=2-3+1=0，在恒温进行，三相的成分恒定。固溶线: MF 和 NG 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 点：E 点共晶点，共晶反应时液相的成分。 二、典型合金的平衡结晶及其组织 分析要点：临界点、冷却曲线、相状态、成分变化、室温组织与相对量 1.含 Sn 包晶相图：具有包晶转变的相图。Cu-Zn、Cu-Sn、Ag-Pt、Sn-Sb 等具有包晶相图。

14、 1.5.5 相图分析方法与应用 一、分析相图的基本方法 分析相图中的相和相区 分析相图中有无水平直线，并判断其转变类型是共晶型还是包晶型。 根据相区接触法则确定图形结构是否合理。相区接触法则即“相邻相区相数差一” 分析任一合金的结晶过程。 二、利用相图判断合金的性能 （1）利用相图判断合金力学性能 利用相图可确定合金在某一温度下的相平衡关系，计算各相相对量，再根据各相的性质，大 致判断合金性能。 （2）利用相图判断合金工艺性能 热处理技术论坛 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 热处理培训资料 第 2 章 铁碳合金与铁碳合金相图 第 2 章 铁碳合金与铁碳合金相图 2.12.1 铁碳合金的

15、基本组织铁碳合金的基本组织 1.1. 铁素体 碳与-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用 F 表示。强度和硬度低，塑性和韧性好。 1.2. 奥氏体 碳与-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用 A 表示。高温组织，在大于 727时存在。 塑性好，强度和硬度高于 F，在锻造、轧制时常要加热到 A，提高塑性，易于加工。 1.3. 渗碳体 铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用 Fe3C 1.4. 珠光体 F 与 Fe3C 混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。 1.5. 莱氏体 A 与 Fe3C 混合物硬度高，塑性差。 2.22.2 铁碳合金状态图铁碳合金状态图 苏州工业园区姑苏科技有

16、公司 GUSU 2.2.1 状态图主要点线 主要点 特性点 温度 含义 A 1538 纯铁熔点 C 1148 共晶点 D 1227 渗碳体熔点 E 1148 C 在-Fe 中最大溶解度 G 912 纯铁的同互异晶转变点 P 727 C 在-Fe 中最大溶解度 S 727 共析点 Q 室温 室温时 C 在-Fe 中最大溶解度 主要线： ABCD线 液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。 AHJECF线 固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化 GS线 A3 线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A ES线 Acm线，C在A中溶解度曲线 ECF线 共晶线，含C量 2.1

17、1-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物，莱氏体。 PSK线 共析线，含C量在 0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体 2.2.2 铁碳合金分类 2.2.2.1 钢 含C量 0.02182.11% 共析钢 含C量 0.77% 亚共析钢 0.0218-0.77% 过共析钢 0.77-2.11% 2.2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69% 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 共晶白口铸铁 4.3% 亚共晶白口铸铁 2.11-4.3% 过共晶白口铸铁 4.3-6.69% 2.2.3 铁碳合金相图的作用 在铸造方面 选择合适的浇铸温度，流动性好 在煅造方面 选择合

18、适的温度区，奥氏体区 在热处理方面 退火，正火，淬火等 2.2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响 一、含碳量对平衡组织的影响 室温下，铁碳合金均由+ Fe3C两相组成 随含碳量不同，可分为七个典型组织区 二、含碳量对机械性能的影响 珠光体P：为F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于Fe3C的强化作用，珠光体性能较好； 亚共析钢：由F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高； 过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量1%， Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。 莱氏体：硬而脆 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 第 3 章 钢的热处理 第 3 章 钢的热处

19、理 改善钢的性能，主要有两个途径 （1） 调整钢的化学成分，加入合金元素 （2） 钢的热处理，改变组织结构 热处理：通过加热，保温，冷却等操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种 加工工艺。 分类： 普通热处理：退火，正火，淬火，回火 表面热处理：表面淬火（火焰加热，感应加热），化学热处理（渗碳，氮化，碳氮共渗） 3.1 钢热处理的基本原理钢热处理的基本原理 加热或冷却时钢组织结构发生变化。 3.1.1 钢在加热时的组织转变 A1，A3，Acm是反映不同含碳量的钢在缓慢加热和冷却时的相变温度（平衡临界点）。实际生产 中，加热和冷却速度不可能很慢，总有过冷和过热现象。加热和冷却速度

20、越大，相变温度偏离平 衡临界点的程度也越大，即过冷度和过热度越大。通常用Ac1，Ac3 和Accm表示加热时偏离后的 相变温度；用Ar1，Ar3 和Arcm表示冷却时偏离后的相变温度。 大多数热处理工艺都是将钢加热至相变温度以上，使其室温组织转变为均匀奥氏体， 即“奥氏 体化”。 以共析钢为例说明钢在加热时的组织转变。 3.1.1.1 形成过程 共析钢在室温时具有珠光体组织，将其加热到Ac1 以上时，珠光体将全部转为含碳量为 0.77%的 奥氏体。 P=F（体心立方）+Fe3C（复杂晶格）A（面心立方） 奥氏体化是一个重结晶的过程，分为四个阶段： * 奥氏体晶核形成 晶核易于在F和Fe3C相界

21、面形成，这是因为此处原子排列紊乱，位错、空位密度高。 * 奥氏体晶核的长大 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 含碳量不同出现碳浓度梯度，引起F-A及Fe3C溶解。 * 残余奥氏体的溶解 F先转变完，Fe3C完全溶解 * 奥氏体成分均匀化 碳扩散使A含C量趋于均匀。 3.1.1.2 影响珠光体向奥氏体转变的因素 * 形成温度，钢的成分和原始组织及加热速度 形成温度越高，原子扩散能力增大，增大了A中C浓度梯度，加速成A形成。 * 含C量越高，F和Fe3C相界面增多，有得于A形成。 * P越细，A形成速度越快。 * 连续加热时，随着加热速度增大，A形成温度提高，所需时间缩短。 3.1.1.3 奥

22、氏体晶粒的长大及其影响因素 晶粒度分为起始晶粒度，实际晶粒度和本质晶粒度。 起始晶粒度：指珠光体刚刚全部转变为A时的A晶粒度。 实际晶粒度： 指钢在具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。 直接影响钢件性 能。 本质晶粒：指A晶粒长大的倾向性（本质细晶粒钢，本质粗晶粒钢） A晶粒长大及其影响因素： * 奥氏体化温度越高，晶粒长大越明显。 * 加入合金元素影响奥氏体晶粒长大。 能形成稳定碳化物元素Ti，Cr，抑制A长大。 Mn，P等则加速A长大 3.1.2 钢在冷却时的组织转变 冷却方式有两种： （1）等温冷却 就是将加热后组织为全部奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷却到 Ar1 线以

23、下某一温度，这 时奥氏体尚未来得及转变，但已成为过冷奥氏体。然后进行保温，使奥氏体在等温下发生组 织转变。再继续冷却到室温，如等温退火、等温淬火等。 （2）连续冷却、 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 将加热后组织为全部奥氏体的钢，以某一速度冷却，使奥氏体在温度连续下降的过程中发生 组织转变。如退火（炉冷），正火（空冷），普通淬火（油、水泠）。 过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能 珠光体，索氏体，屈氏体：晶粒粗细之分。 马氏体：C 在-Fe 中的过饱和固溶体，高强度，高硬度和耐磨性 贝氏体：由含碳过饱和 F 和碳化物组成的两相混合物。上贝氏体，下贝氏体（高强，韧） 3.1.2.1 过冷 A

24、 等温冷却 将 A 过冷到 Ar1 以下的某一温度，并在此温度等温停留过程中完成其组织转变过程，称为过 冷 A 的等温转变。 （1） 高温转变区 Ar1-550 （2） 中温转变区 550-230 （3） 低温转变区 3.1.2.2. 过冷 A 连续冷却转变 在实际热处理生产中，A 的转变大多是在连续冷却过程中进行的，常在炉内、空气中，油中 或水中冷却。与等温转变一样也能发生珠光体、贝氏体、马氏体等转变，但不同的是冷却过 程要经过各个转变温度区，会发生几种转变，得到几种转变产物的复合组织。 3.2 钢的热处理钢的热处理 3.2.1 退火与正火 钢的退火与正火是应用非常广泛的热处理工艺，例如各类

25、铸、锻、焊生产的毛坯或半成品的 预备热处理，目的在于消除冶金及热加工过程中产生的某此缺陷，改善组织和工艺性能，为 以后的机加工及最终热处理做好组织与性能准备。对于某些性能要求不高的机械零件，经退 火或正火后可直接使用。此时，退火或正火也就成为最终热处理。 退火：把钢加热到临界点 Ac1 以上或以下的一定温度，保温一段时间，随后在炉中或埋入炉中或 导热性较差的介质中，使其缓慢冷却以获得接近平衡状态的稳定的组织。 目的： （1）降低钢的硬度，改善切削加工性； 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU （2）提高钢的塑韧性，便于成形加工； （3）细化晶粒 （4）消除工件内的残余应力。 正火：将钢加热到

26、Ac3 或 Accm 以上 30-50，适当保温后，从炉中取出在静止的空气中冷却至 室温。 目的： （1）细化晶粒，消除缺陷 （2）调整钢的硬度 （3 消除内应力 既可做为中间热处理，也可用作最终热处理。 3.2.2 淬火与回火 淬火：将钢加热到 Ac3 或 Ac1 线以上 30-50，保温一定时间后，在水或油中快速冷却，以 获得马氏体组织。 目的：主要是获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。 两个概念：淬透性，淬硬性 淬火后强度和硬度有了较大提高， 但塑性和韧性却显著降低， 此外， 淬火工件内部有较大内应力， 如不及时处理， 会进一步变形至开裂，为此，淬火后要及时回火。 回火：将淬火后的钢加热到

27、 Ac1 线以下的某一温度，在该温度下保温一定时间（2-4 小时）， 然后取出在空气或油中冷却。 回火通常作钢件热处理的最后一道工序，因此，把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。 目的： （1）降低脆性，减少内应力，防止变形开裂 （2）调整钢件的机械性能 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU （3）稳定组织，保证工件尺寸、形状稳定。 低温回火：加热到 150-250，保温 1-3 小时后空冷，得到回火马氏体。 （保证高硬度，如刃具、 量具） 中温回火：加热到 350-450，保温后空冷，得到回火屈氏体。（高弹性极限，有一定韧度和硬 度，如弹簧） 高温回火：加热到 500-650，保温后空冷，得

28、到回火索氏体。（有一定强度和硬度，又有良好 的塑性和韧性，如曲轴，齿轮） 淬火+高温回火=调质处理 3.2.3 表面热处理 机器零件如齿轮，曲轴工件条件不同，有时受冲击，表面受摩擦，要求芯部有足够强度，韧 性，表面有高的硬度和耐磨性。 3.2.3.1. 表面淬火 火焰加热表面淬火；感应加热表面淬火 3.2.3.2. 表面化学热处理 渗碳：向钢的表面渗入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性。 渗氮：在工件表面渗入氮原子，形成一个富氮硬化层的过程。提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐 磨性，且渗氮性能优于渗碳。 碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具

29、渗碳和渗氮的优 点。 渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工 具制造。 渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗 层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。 热处理技术论坛 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 热处理培训资料 第 4 章 金属材料的变形与再结晶 第 4 章 金属材料的变形与再结晶 金属材料在承受外力时，会产生一定的变形，随着外力的增加，其变形将由弹性变形转变为塑性 变形，直至断裂。金属材料的变形特性在工程技术上十分重要， （1）由于铸态金属中往往具有晶粒粗大不均

30、匀、组织不致密及杂质偏析等缺陷，故工业上的金 属材料大多要在浇注后经过压力加工再予使用。 （2）把材料制作成所要求的形状。 因为通过压力加工时的塑性变形， 金属的组织也会发生很大的变化， 可使某些性能如强度等得到 显著的提高。但在塑性变形的同时，也会给金属的组织和性能带来某些不利的影响，因此在压力 加工之后或在其加工的过程中，还应经常对金属进行加热，使其发生回复与再结晶，以消除不利 的影响。 工程上实际材料均为多晶体组织， 为了更好地了解多晶体材料的变形， 首先了解单晶体的变形特 性。 4.1.4.1. 单晶体金属变单晶体金属变 4.1.1. 单晶体金属弹性变形 单晶体金属材料在正应力作用下变

31、形过程，图（2-1） 切应力变形图图（2-2） 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 特点： （1） 可逆性，去除外力后，变形消失。 （2） 变形量小，1%。 （3） 应变与应力成正比。 4.1.2. 单晶体金属塑性变形 单晶体塑性变形有“滑移”和“孪生”等不同方式，大多数情况以滑移方式发生。 正应力只能引起晶格的弹性伸长，或进一步把晶体拉断 切应力可使晶格在发生弹性歪扭之后，进一步造成滑移。通过大量的晶面滑移，最终使试 样拉长变细。 滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。 滑移变形要点： （1） 滑移只能在切应力的作用下发生 （2） 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向

32、发生。 这是因为只有在最密晶面（滑移面）之间的面间距及最密晶向（滑移方向）之间的原子间距才最 大，因而原子结合力最弱，所以在最小的切应力下使能引起它们之间的相对滑动。 滑移系： 滑移面数与滑移方向数的乘积。 滑移系越大， 金属滑移的可能性越大， 即金属塑性越好。 晶格 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 滑移面 110*6 111*4 六方底面*1 滑移方向 111*2 110*3 底面对角线*3 滑移系 6*2=12 4*3=12 1*3=3 Fe Cu, Al Mg, Zn 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU （3） 滑 移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距

33、的整数倍，滑移的 结果会在晶体的表面上造成台阶。 （4） 滑移的同时必然伴有晶体的转动，沿外力方向。滑移过程, 4.2.4.2. 多晶体金属的变形多晶体金属的变形 4.2.1. 晶界作用 以两个晶粒的试样在拉伸时的变形为例 在远离晶界处，变形明显，在靠近晶界处变形出现“竹节”现象。表明晶界对变形有较大的阻碍 作用。 原因：晶界附近晶格排列紊乱，杂质原子往往较多，增大晶格畸变，因而使该处在滑移时位错运 动的阻力较大，难以发生变形。 4.2.2. 各晶粒位向差别的影响 位向不同当受外力作用时， 有些晶粒的滑移面适合于外力作用方向， 有些晶粒的滑移面与外力方 向相抵触， 其中任一晶粒的滑移都必然会受

34、到它周围不同晶格位向晶粒的约束和障碍。 所以多晶 体金属的塑性变形抗力总是高于单晶体。 4.2.3. 多晶体金属变形过程 滑移面和滑移方向处于或接近于与外力成 45 度夹角的晶粒必将首先发生滑移变形，不同位向的 晶粒分批滑移。 苏州工业园区姑苏科技有公司 GUSU 塑性变形特点： （1） 起始塑性变形的非同时性。 位向不同，所以在工程上无法测得真正的最大弹性变形抗力和真正的起始塑性变形的抗力指标， 要采用条件规定的方法 （2） 塑性变形的时间性。 弹性变形以声速进行，变形速度对金属弹性性能无影响，但塑性变形需要时间。缓慢拉伸和快速 拉伸。要控制冷变形加工速度。 （3） 塑性变形量的不均一性。

35、残余应力 （4） 变形过程中伴随着发生金属机械性能及其他物理、化学性能的改变。 形变强化，密度降低，电阻增加，化学活性增大。 4.3.4.3. 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 变形后性能的变化是由塑性变形时金属内部组织结构的变化决定的。 4.3.1. 晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性 内部晶粒形状与金属外形成比例，变形量大时，产生纤维关“纤维组织” 4.3.2. 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化. 形变量不大时， 在变形晶粒中的晶界附近出现位错的堆积。 随着变形量增大， 晶粒破碎为亚晶粒， 亚晶界量越多。滑移变形是通过位错在滑移面上移动实现，晶体内部的晶界、亚晶界以及其他缺 陷都成为各种阻碍位错移动的障