4.2 金屬的塑性變形

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1、教學(xué)課題金屬的塑性變形教學(xué)課時(shí)2教學(xué)目的讓學(xué)生了解金屬塑性變形的特點(diǎn)掌握塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響教學(xué)難點(diǎn)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響教學(xué)重點(diǎn)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響教學(xué)方法講解法教具準(zhǔn)備教材教學(xué)過程復(fù)習(xí)導(dǎo)入晶體：晶體是指組成微粒（原子、離子或分子）呈規(guī)則排列的物質(zhì)新課學(xué)習(xí)課題導(dǎo)入沒學(xué)相關(guān)專業(yè)知識(shí)之前，我們基本上都聽過彈性變形的概念，給我們的直觀現(xiàn)象就是彈簧被壓縮以后，當(dāng)我們把壓力撤除之后，彈簧又會(huì)恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象我們就稱之為彈性變形，但假如這個(gè)壓力過大，以致撤除之后彈簧不能恢復(fù)原

2、狀，那么這種類型的現(xiàn)象就是我們今天要學(xué)習(xí)的塑性變形。授課內(nèi)容一、金屬的塑性變形（一）單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力P在任何晶面上都可以分解為正應(yīng)力σ和切應(yīng)力г，正應(yīng)力σ只能引起彈性變形及解理斷裂，只有在切應(yīng)力г的作用下，金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。正常情況下，塑性變形有兩種形式：滑移和孿生，在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以滑移的方式進(jìn)行的。1.滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象?；谱冃蔚奶攸c(diǎn)是：(1)滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱

3、為臨界切應(yīng)力。(2)滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生，這是因?yàn)樵用芏茸畲蟮木婧途蛑g間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向。顯然，滑移面和滑移方向通常是晶體中的密排面和密排方向。一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格與面心立方晶格的滑移系數(shù)目相同，都是12個(gè)，而密排六方晶格只有3個(gè)滑移系?；葡翟蕉啵饘侔l(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。因而具有面心立方晶格金屬的塑性

4、好于體心立方晶格金屬，具有體心立方晶格金屬的塑性好于密排六方晶格金屬。(3)滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍?；频慕Y(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱為滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。(4)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：一種是滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，另一種是在滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的原因是由于晶體沿著滑移面和滑移方向滑動(dòng)后使正應(yīng)力分量σn、σn’和切應(yīng)力分量гb、гb’組成了力偶。計(jì)算表明，當(dāng)滑移面和滑移方向都與外力軸方向成45°角時(shí)，滑移方向上的切應(yīng)力

5、гs最大，因而最容易發(fā)生滑移。當(dāng)滑移面和滑移方向與外力軸方向平行或垂直時(shí)，切應(yīng)力分量гs=0，晶體不發(fā)生滑移。(5)滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算表明，把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量的臨界切應(yīng)力值大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，而按照位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算所得的臨界切應(yīng)力值則與實(shí)測(cè)值相符，可見滑移不是剛性滑動(dòng)，而是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，而且它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱為位錯(cuò)的易動(dòng)性。當(dāng)

6、一個(gè)位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯(cuò)移出，則在晶體表面形成一條滑移線。2.孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱為孿晶帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱為孿生面，孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。與滑移不同，孿生使晶格位向發(fā)生改變，所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速；孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距。在常見的晶格類型中，密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬

7、只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬一般不發(fā)生孿生變形，但在這類金屬中常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱為退火孿晶。（二）多晶體金屬的塑性變形工程上使用的金屬絕大多數(shù)是多晶體，其中每個(gè)晶粒內(nèi)部的變形情況與單晶體的變形情況大致相似，但由于晶界的存在及各晶粒的取向不同，使多晶體的塑性變形比單晶體復(fù)雜得多。1.晶界及晶粒位向差的影響在多晶體中，晶界原子排列不規(guī)則，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來，稱為位錯(cuò)的塞積。若要使變形繼續(xù)進(jìn)行，

8、則必須增加外力，可見晶界使金屬的塑性變形抗力提高。雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，試樣往往呈竹節(jié)狀，晶界處較粗，這說明晶界的變形抗力大，變形較小。由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性形變便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。2.多晶體金屬的塑性變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是那些滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒，使位錯(cuò)在晶界附近塞積，當(dāng)塞積位錯(cuò)前