金屬的塑性變形課件.ppt

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1、第三章金屬的塑性變形與再結(jié)晶塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響5萬噸水壓機(jī)第一節(jié)單晶體、多晶體的塑性變形1、滑移:滑移是晶體的一部分沿一定晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。2、孿生:一、塑性變形的基本形式二、單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。1、塑性變形特點(diǎn)外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片韌性斷口脆性解理斷口㈠滑移金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生

2、。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。沿其發(fā)生滑移的晶面和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。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三種典型金屬晶格的滑移系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。多腳蟲的爬行2、塑性變形的實(shí)質(zhì)滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。三、多晶體金屬的塑性變形㈠晶界和晶粒位向的影響1、晶界的影響當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而

3、堆積起來,稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。晶界對(duì)塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積2、晶粒位向的影響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。3、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。因?yàn)榻饘倬ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。應(yīng)變應(yīng)力

4、塑性材料脆性材料第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響內(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工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40%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“制耳”現(xiàn)象軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象二、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，

5、%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形與性能關(guān)系加熱溫度℃黃銅第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。一、回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。二、再結(jié)晶（一）變形金屬的再結(jié)晶當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。

6、鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形(變形量為38%)黃銅580oC保溫15分后的的再結(jié)晶組織（二）再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580oC

7、保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織冷變形(變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶響再結(jié)晶溫度的因素為純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織580

8、oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后