金屬成型塑性變形

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1、塑性變形金屬成型的重要手段合成與制備材料特性成分組織結(jié)構(gòu)服役行為與壽命延展性是金屬最基本的性質(zhì)之一。本章重點(diǎn)研究材料的變形規(guī)律及其微觀機(jī)制，分析其影響因素。高分子材料的變形屬粘彈性變形，陶瓷材料幾乎沒(méi)有塑性，在工業(yè)上主要通過(guò)熱成型或濕成型。所以研究他們的塑性變形，意義有限。利用它可成型金屬零部件。掌握變形的規(guī)律，可方便的控制塑性加工的進(jìn)程；如果設(shè)法阻止或延緩金屬的變形，則是強(qiáng)化材料的途徑。章目錄：9.1金屬的變形特征9.2單晶體的塑性變形9.3多晶體的塑性變形9.4合金的塑性變形9.5塑性變形對(duì)金屬組織及性能的影響9.1金屬的變形特性變形

2、的分類:彈性變形—外力去除后,變形消失,材料恢復(fù)原來(lái)形狀的變形。塑性變形—外力去除后，材料不能恢復(fù)原來(lái)形狀的永久變形。變形的基本過(guò)程:彈性變形→彈-塑性變形→加工硬化→斷裂kbse一、工程應(yīng)力—應(yīng)變曲線εσ均勻塑變集中塑變彈性變形斷裂0拉伸縮頸1、強(qiáng)度指標(biāo)材料抵抗變形和斷裂的能力。σe---彈性極限(以余變0.005%為定點(diǎn))彈性變形的最大應(yīng)力值σS---屈服強(qiáng)度(以余變0.2%為定點(diǎn),用σ0.2表)明顯塑變的最小應(yīng)力值σb---抗拉強(qiáng)度(強(qiáng)度極限)均勻塑變的最大應(yīng)力值σk---斷裂強(qiáng)度集中塑變的最終應(yīng)力值2、塑性指標(biāo):產(chǎn)生塑性變形而不被

3、破壞的能力。δ---延伸率δ<5%脆性材科δ≈5～10%韌性材料δ>10%塑性材料ψ---斷面收縮率:kbseεσ03、剛度指標(biāo)E(G):抵抗彈性變形的能力εσbsek均勻塑變集中塑變彈性變形斷裂o工程應(yīng)力－應(yīng)變曲線中，σ、?均按試樣初始尺寸計(jì)算，拉伸時(shí)只需記錄P、L即可，使用非常方便。但是在拉伸過(guò)程中，由于試樣尺寸不斷變化，由此計(jì)算的σ和?并非真實(shí)。例如產(chǎn)生縮頸后，截面大大縮小,縮頸處的應(yīng)力應(yīng)為，遠(yuǎn)大于，從而產(chǎn)生了假象。為克服這一缺點(diǎn)，引入真應(yīng)力－真應(yīng)變曲線，也叫流變曲線，瞬時(shí)應(yīng)力叫流變應(yīng)力。二、真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線真應(yīng)變e，按瞬時(shí)值求得

4、：∴總應(yīng)變?yōu)椋赫鎽?yīng)力S：當(dāng)應(yīng)變很小時(shí)，?<<1有：e≈?，s≈σ，兩者相近，可通用。但當(dāng)應(yīng)變很大時(shí)，兩者相差較多。（縮頸以前）體積不變真應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖所示，產(chǎn)生縮頸后，應(yīng)力繼續(xù)上升，表明加工硬化繼續(xù)發(fā)生。該曲線可表示為：e彈性范圍均勻塑變集中塑變斷裂S0n——加工硬化指數(shù)，約在0.1~0.5之間不銹鋼：0.45～0.55黃銅：0.36～0.4銅：0.3～0.35鋁：0.15～0.25f.c.c高鐵：0.05～0.15b.c.ch.c.p很小9.2單晶體的塑性變形一、滑移滑移的本質(zhì)—位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)1、滑移線與滑移帶塑性變形的基本方式：滑移和

5、孿生滑移帶滑移線Cu單晶表面的滑移帶2、滑移系晶體的滑移總是沿阻力最小的晶面和晶向進(jìn)行，通常為密排面和密排方向。即單位位錯(cuò)的滑移面和柏氏矢量方向。密排面和它上面的一個(gè)密排方向的組合稱為滑移系。f.c.c{111}<110>4×3＝12b.c.c{110}<111>或次密排面{112}、{123}6×2＝12h.c.p(0001)c/a<1.6331×3＝3b.c.c密排面原子密度較f.c.c小，面間距也較低，滑移阻力較大，雖然滑移系多，但塑性不如面心立方。h.c.p由于滑移系少，塑性差。但當(dāng)溫度升高時(shí)，原子振動(dòng)增大，相近的密排面和方向的數(shù)

6、目增加，比低溫時(shí)易于變形。金屬晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目Cu,Al,Ni,Ag,Au面心立方{111}<110>12α-Fe,W,Moα-Fe,Wα-Fe,K體心立方{110}{112}{123}<111>121224Cd,Zn,Mg,α-Ti,Beα-Ti,Mg,Zrα-Ti,Mg密排六方3363、滑移的臨界分切應(yīng)力①定義：作用在位錯(cuò)的滑移面，且平行于布氏矢量的分切應(yīng)力τ，稱為作用于滑移系的分切應(yīng)力。當(dāng)τ達(dá)到足以克服位錯(cuò)滑移阻力τk時(shí)，滑移系方能開動(dòng)，稱τk為滑移的臨界分切應(yīng)力。或：使滑移系開動(dòng)的最小分切應(yīng)力。稱為臨界分切應(yīng)力τk

7、。τk是材料的性質(zhì)，取決于材料本身。②滑移系上的分切應(yīng)力τ如圖:單晶體單向拉伸，某一滑移系與外力F的取向關(guān)系由φ和λ唯一確定。外力F在滑移方向上的分切應(yīng)力為：FφnA'λA——取向因子討論：若λ或φ＝90°，m＝0，最小。若三軸共面，且λ＝φ＝45°m＝1/2，最大?！?≤m≤1/2對(duì)于一定的外力F，m↑、τ↑，滑移系越易滑移。m＝1/2稱為軟取向；m＝0，為硬取向。單晶體中各滑移系的m是不同的。軟取向的滑移系首先開動(dòng)。FφnA'λA③單晶體的屈服應(yīng)力σs當(dāng)τ＝τk時(shí)，位錯(cuò)開始滑移，材料屈服σ＝σs，代入上式：對(duì)于一定材料，τk為定值。單

8、晶體與外力F的取向不同，m不同，屈服應(yīng)力σs也不同。表現(xiàn)為各向異性。τk值一般可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。單晶鎂的σs－m的關(guān)系4、滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)拉伸時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，是力求使晶體的滑移方向與外力軸平行，即