材料的塑性變形與再結(jié)晶

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1、材料的塑性變形與再結(jié)晶1§2-1金屬的塑性變形金屬材料通過冶煉、鑄造，獲得鑄錠后，可通過塑性加工的方法獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的型材、板材、管材或線材，以及零件毛坯或零件。塑性加工包括鍛造、軋制、擠壓、拉拔、沖壓等方法。2壓力加工方法示意圖3鍛造4冷沖51.應(yīng)力σ-應(yīng)變?chǔ)徘€金屬在外力作用下的行為可由低碳鋼的拉伸曲線全面的顯示出來，可以分為彈性變形、塑性變形和斷裂三個(gè)階段。(a)原始試樣(b)拉伸后試樣圓形拉伸試樣6拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸曲線7?0.2??材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱

2、為塑性變形。強(qiáng)度：材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。屈服強(qiáng)度?s：材料發(fā)生微量塑性變形時(shí)的應(yīng)力值。抗拉強(qiáng)度?b：材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。82.單晶體的塑性變形常溫下單晶體塑性變形的主要方式是滑移，此外還有孿晶、扭折等其他方式。2.1滑移2.1.1滑移的定義滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象?；?位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成滑移10滑移的觀察111）滑移只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生2）滑移的結(jié)果使晶體表面形成臺(tái)階，產(chǎn)生滑移線和滑移帶3）滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進(jìn)行,沿其發(fā)生滑移的晶面和

3、晶向分別叫做滑移面和滑移方向。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。4）滑移的同時(shí)伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)2.1.2滑移的特征12金屬三種常見晶格的滑移系滑移方向的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移面的轉(zhuǎn)動(dòng)13滑移系越多，金屬發(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。因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格,體心立方晶格好于密排六方晶格。（面心立方）（密排六方）142.2孿生孿晶中的晶格位向變化孿生是塑性變形的一種機(jī)制，孿生是產(chǎn)生孿晶的過程。孿晶是指晶體中原子排列以某一面（孿晶面）成鏡面對稱的部分。1516奧氏體不銹鋼中退火孿

4、晶鈦合金六方相中的形變孿晶173.多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形3.1晶粒取向的影響3.2晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)1）軟位向和硬位向2）各晶粒的協(xié)調(diào)運(yùn)作18晶界對塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積193.3彌散顆粒、相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)20第三節(jié)塑性變形對組織和性能的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變得模糊不清.塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。21工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40%22由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變

5、形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。板織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無23二、加工硬化隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅24產(chǎn)生加工硬化的原因是:1、隨變形量增加,位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用(堆積、纏結(jié))，使變形

6、抗力增加.Si中的位錯(cuò)源晶體中的位錯(cuò)源位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系252.隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化3.隨變形量增加,空位密度增加4.幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起由于加工硬化,使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形,而未變形部分開始變形。沒有加工硬化,金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。變形20%純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵26三、殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí)，內(nèi)部變形不均勻而引起的。第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間(宏觀內(nèi)應(yīng)力).第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間(微觀內(nèi)應(yīng)力)。第三類內(nèi)

7、應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。內(nèi)應(yīng)力分為三類：曲軸中內(nèi)應(yīng)力的模擬27第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬強(qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強(qiáng)度降低。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。晶界位錯(cuò)塞積所引起的應(yīng)力集中28第四節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間