材料的结构和性能控制a.ppt

1、,2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的结晶 2.3 金属的塑性加工 2.4 钢的热处理 2.5 钢的合金化 2.6 表面技术,第2章 金属材料的 组织与性能控制 a,2.3.1金属的塑性变形 2.3.2塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化 2.3.3金属材料的热加工和冷加工,2.3 金属的塑性加工,2.3.1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塑性变形对金属组织和性能的影响,1单晶体的塑性变形,单晶体变形的基本形式 弹性变形、塑性变形（滑移 和 孪生） 正应力使晶格发生弹性变形或断裂 切应力使晶格发生弹性歪扭或塑性变形 塑性变形的实质 原子移动到新的稳定位置,滑移,在

2、切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生滑动。,滑移的实现 借助于位错运动,刃型位错运动动画演示,混合型位错运动动画演示,孪生,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，产生塑性变形。,黄铜中的孪晶,晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。 晶粒小 晶界多 变形抗力大 强度，硬度（细晶强化） 晶粒小 变形分散，应力集中小 塑性，韧性,2多晶体的塑性变形,3塑性变形对金属组织和性能的影响,(1) 晶粒拉长，纤维组织 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）,变形10% 100,变形40% 10

3、0,变形80%纤维组织100,工业纯铁不同变形度的显微组织,（2）织构,绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。,晶粒拉长，但未出现织构。,晶粒拉长，且出现织构。,（3）加工硬化（形变强化强化材料的手段之一）,加工硬化的原因 塑性变形 位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大 变形抗力,金属在冷变形时，强度、硬度 ，塑性、韧性。,P21，图1-17,（4）残余内应力 由金属内部不均匀变形引起,残余内应力的危害 引起零件加工过程变形、开裂。 耐蚀性,2.3.2塑性变形后的金属在加热时 组织和性能的变化,1回复 2再结晶 3晶粒长大,1. 回复,塑性变形后的金属在低温加热

4、时，发生回复过程（去应力退火） ： 位错和点缺陷大大，内应力显著 ，强度、硬度略有 。 回复温度 =（0.25 0.3 ）T0,2. 再结晶,塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）： 通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。 加工硬化消除 强度、硬度大大 ，塑性、韧性大大 。,最低再结晶温度 TR 纯金属TR =（0.4 0.35）T0 合金TR =（0.5 0.7）T0 温度单位：绝对温度( K ) 预变形度对TR的影响,再结晶后的晶粒度,加热温度 T 晶粒直径 D 预变形度的影响,3. 晶粒长大,变形80%,工业纯铁再结晶退火 显微照片 100,变形80

5、% 600退火8小时,变形80% 400退火8小时,加热温度 T 和 加热时间 t 晶界迁移、晶粒合并长大。,2.3.3金属材料的热加工和冷加工,1热加工对组织和性能的影响 2冷加工对组织和性能的影响,1热加工对组织和性能的影响,热加工 在 TR 以上温度进行的变形加工， 如钢材的热锻和热轧。 热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。,热加工对组织和性能的影响,1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。 2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。 3）产生 流线 分布 非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。,锻造曲轴,切削加工曲轴,冷

6、加工对组织和性能的影响,冷加工 在 TR 以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。 冷加工时，无再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同， 如产生加工硬化等。,小结,重点要求,一般要求,1. 金属在冷加工时组织和性能的变化。 2. 金属再结晶时组织和性能的变化。 3. 加工硬化、细晶强化的概念。,1. 塑性变形的本质和滑移机理。 2. 热加工对金属组织和性能的影响。,思考题,1. 用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。 2. 冷加工与热加工后的金属能否根据

7、其显微组织加以区别？为什么？ 3. 铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。,作 业 2c,P 9 14week8, Oct 19 2. 7), 8) 3. 6), 9), 10) 4. 3), 5) 5. 16), 17),作业2b 参考答案 P 9-10,2. 14) 珠光体的本质是：,15) 一块纯铁在912发生- Fe - Fe 转变时，体积将,层片状的共析体( F + 共析 Fe3C ),16) 在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为：,减小。,2.11%,，含 Le最多的合金成分点为：,4

8、.3%,17) 用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数 为80%，则此钢的碳的质量分数为：,0.77% 80% = 0.616 %,3. 14) 铁素体的本质是碳在- Fe 中的间隙相。（ ）,No,15) 20 钢 比 T12 钢 的碳质量分数要高。（ ）,No,16) 在退火状态（接近平衡组织）45 钢 比 20 钢 的塑性和强度都高。 （ ）,No,17) 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金 才能发生共晶反应。（ ）,No,4. 10) 奥氏体是： a. 碳在- Fe 中的间隙固溶体b. 碳在- Fe 中的间隙固溶体c. 碳在- Fe 中的有限固溶体,作业2b 参考答案 P 11-13,12) T10 钢的碳的质量分数为：a. 0.1 %b. 1.0 %c