材料成型金属学绪论.ppt

1、材料成形金属学 Physical metallurgy 绪 论,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。,Physical Metallurgy,Processing (compositions) microstructures properties (mechanical/physical/chemical),成形（合金成分）-组织-性能,Processing,Microstructure,Performance,Microstructure = Performance

2、,材料结构的三个层次,宏观 细观 微观,mm mm nm,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 laminar structure,High resolution Transmission Electron Microscope (HRTEM),Juan Villegas, Ph.D. thesis (UConn MSE),Nickel alloy,性能控制,强韧性能 冲压性能 电磁性能 热强性能,(a) crystalline 晶体 regula

3、r, repeating, and denser 规则、重复、致密 (b) noncrystalline 非晶 more loosely packed and random 松散、无序,bodycentered cubic 体心立方 facecentered cubic 面心立方 hexagonal closepacked 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

4、逆位移。,Plastic Strain 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 Twinning,Twins can be produced when a shear force acts along twin planes,高温变形机理,扩散蠕变 diffusion creep 位错蠕变 dislocation creep 晶界滑动 grain boundary

5、sliding 晶界迁移 grain boundary migration,变形机理图Deformation map,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 Fracture surface,AlLi合金 冷轧/退火（TEM）,变形/回复/再结晶（7）,动态再结晶 dynamic recrystalization,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

6、出强化 应变强化,组织性能控制（8）,控制轧制控制冷却 Thermo Mechanical Controlled Processing,TMCP,Controlled Rolling(CR),Accelerated Cooling (AcC),高性能钢 TMCP 强韧性能,Reheating temperature,Mechanical properties of the steel (coiling temperature 550-600C),Microstructures of the experimental steel (FRT=780C) (a) sample 1(1100C); (

7、b) sample 2 (1200C),(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/DRX fast cooling,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,Space Shuttle,F-2240Ti合金,High,Thrust,Weight,=Higher Accel

8、eration,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