工程材料塑性變形ppt課件.ppt

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1、第四章金屬的塑性變形與再結(jié)晶塑性變形及隨后的加熱對金屬材料組織和性能有顯著的影響.了解塑性變形的本質(zhì),塑性變形及加熱時組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝.5萬噸水壓機第一節(jié)純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。一、單晶體金屬的塑性變形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)生滑動位移的現(xiàn)象

2、。塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。1、滑移變形的特點：⑴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。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，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。一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。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

3、的滑移系滑移系越多，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。⑶滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍.滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。銅拉伸試樣表面滑移帶⑷滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動。切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.當(dāng)

4、滑移面、滑移方向與外力方向都呈45°角時，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移.滑移后,滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。A0A1FFA0韌性斷口多腳蟲的爬行2、滑移的機理把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應(yīng)力值比實際測量臨界切應(yīng)力值大3-4個數(shù)量級。滑移是通過滑移面上位錯的運動來實現(xiàn)的。晶體通過位錯運動產(chǎn)生滑移時，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯的易動性。刃位錯的運動㈡孿生孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)

5、生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。孿晶組織孿生示意圖與滑移相比：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,接近聲速;孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距.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發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變

6、孿晶二、多晶體金屬的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。㈠晶界及晶粒位向差的影響1、晶界的影響當(dāng)位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來,稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。晶界對塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶界的位錯塞積2、晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個晶粒發(fā)生塑性變形時，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)。這種彈性變形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

7、金屬的塑性變形抗力提高。㈡多晶體金屬的塑性變形過程多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。當(dāng)塞積位錯前端的應(yīng)力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶σσ㈢晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強度和硬度越高。因為金屬晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯障礙越多；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

8、大小與金屬強度關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因為晶粒越細(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。強度和塑性同時增加,金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)力塑性材料脆性材料通過細(xì)化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細(xì)晶強化。第二節(jié)合金的塑性變形與強化合金可根據(jù)組織分為單相固溶體和多相混合物兩種