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2教學(xué)目的讓學(xué)生了解金屬塑性變形的特點掌握塑性變形對金屬組織和性能的影響教學(xué)難點塑性變形對金屬組織和性能的影響教學(xué)重點塑性變形對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于另一部分發(fā)生移動的現(xiàn)象?；谱冃蔚奶攸c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，這是因為原子密度最大的晶面和晶向之間間距最大，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。體心立方晶格與面心立方晶格的滑移系數(shù)目相同，都是12個，而密排六方晶格只有3個滑移系?；葡翟蕉?，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，晶體兩部分的相對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階，稱為滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。(4)滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動有兩種：一種是滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動，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。轉(zhuǎn)動的原因是由于晶體沿著滑移面和滑移方向滑動后使正應(yīng)力分量σn、σn’和切應(yīng)力分量гb、гb’組成了力偶。計算表明，當(dāng)滑移面和滑移方向都與外力軸方向成45°角時，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，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的運動來實現(xiàn)的。計算表明，把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應(yīng)力值比實際測量的臨界切應(yīng)力值大3～4個數(shù)量級，而按照位錯運動模型計算所得的臨界切應(yīng)力值則與實測值相符，可見滑移不是剛性滑動，而是位錯運動的結(jié)果。當(dāng)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，而且它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱為位錯的易動性。當(dāng)

6、一個位錯移動到晶體表面時，便產(chǎn)生一個原子間距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯移出，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；孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。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發(fā)生錯排而產(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)位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來，稱為位錯的塞積。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驗表明，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，使位錯在晶界附近塞積，當(dāng)塞積位錯前