塑性變形知識講解.ppt

第三章金屬材料的塑性變形第一節(jié)單晶體和多晶體的塑性變形一 單晶體的塑性變形1 滑移 晶體中一部分相對于另一部分沿一定的晶面 滑移面 和晶向 滑移方向 作整體切向滑移 塑性變形的滑移帶和滑移線實驗觀察 1 外力作用的塑變 是原子平面間發(fā)生相對切向滑動 2 變形只在少數(shù)晶面間發(fā)生切向滑動 即金屬塑變相當(dāng)不均勻 依靠晶體整體滑移的塑性變形模型 塑性變形依靠晶體整體滑移非常困難 因為其需要滑移面兩側(cè)晶體的原子間鍵合幾乎全部同時斷開 滑移面 刃型位錯運動使晶體滑移引起塑性變形的模型 位錯運動使塑性變形容易 螺型位錯運動使晶體滑移引起塑性變形的模型 混合型位錯運動使晶體滑移引起塑性變形的模型 滑移面 面間結(jié)合力最小的晶面 實驗觀察結(jié)論 1 通常晶體宏觀塑性變形由微觀滑移 切向變形 引起 2 微觀滑移發(fā)生在晶體中確定的晶面 滑移面 和確定的晶向 滑移方向 上 合稱為滑移系 滑移面 密排面 滑移塑性變形的特征 1 滑移是位錯的連續(xù)運動所致 2 存在滑移臨界分切應(yīng)力 其大小影響材料屈服強度 不同晶體結(jié)構(gòu)臨界分切應(yīng)力不同 3 原子移動的距離是晶格常數(shù)的整數(shù)倍 滑移后仍保持晶體結(jié)構(gòu)的完整性 3 滑移發(fā)生在晶體的密排晶面和密排晶向上 4 不同的晶體結(jié)構(gòu)常具有不同的滑移系 面心和體心 12個 密排六方 3個 滑移系越多 越易塑性變形 塑性越好 密排六方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖 面心立方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖 研究結(jié)論 阻礙位錯運動將提高材料屈服強度 體心立方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖 2 孿生 晶體中一部分相對于另一部分沿一定的晶面 孿生 和晶向 孿生方向 作多層均勻切向移動 鏡面對稱 二 多晶體塑性變形特點1 晶粒取向的影響使微觀塑性變形不均勻和更復(fù)雜 1 取向不同 滑移所需分 不同 硬取向 軟取向 2 各晶粒都滿足 臨界后 每晶粒各自沿自己滑移系滑移 又要保持金屬結(jié)構(gòu)的連續(xù)性 相互協(xié)調(diào)相同外力 多晶體比單晶體塑變量小 2 晶界的影響 1 阻礙位錯滑移故細(xì)化晶粒提高強度 s 0 kd 1 2 純鐵 2 使微觀塑性變形更為均勻 推遲斷裂發(fā)生 改善材料塑性 韌性 原因 在一定 作用下 當(dāng)總的變形量一定時 晶粒細(xì) 位錯可在更多的晶粒中運動 塑變更均勻 不易應(yīng)力集中 強度 塑韌性 第二節(jié)金屬的形變強化一 形變強化 加工硬化 1 冷變形 冷加工 后晶體內(nèi)部組織的變化 1 晶粒碎化 點缺陷 位錯密度增大 內(nèi)部能量增大 儲存了部分形變能 2 變形量很大時 晶粒拉長 出現(xiàn)纖維組織 晶粒轉(zhuǎn)動形成織構(gòu) 擇優(yōu)取向 產(chǎn)生各向異性 等軸晶 沿變形方向晶粒拉長 變形前變形后 塑性變形量很大時會使各個晶粒的取向基本一致而產(chǎn)生 織構(gòu) 并造成各向異性 織構(gòu) 晶粒空間取向趨于一致的組織狀態(tài) 2 冷變形 冷加工 后晶體性能的變化產(chǎn)生形變強化 電阻率上升 耐蝕性下降 形變強化 隨塑性變形量的增大 晶體材料的強度不斷提高 塑性不斷下降的現(xiàn)象 原因 位錯纏結(jié) 阻礙位錯運動 性能指標(biāo) 3 形變后的殘余應(yīng)力 分三類殘余應(yīng)力 1 宏觀殘余應(yīng)力 第一類殘余應(yīng)力 因材料各部分之間塑性變形不均而產(chǎn)生 金屬拔絲變形后殘余應(yīng)力 金屬彎曲變形后殘余應(yīng)力 2 微觀殘余應(yīng)力 第二類殘余應(yīng)力 因晶粒之間塑性變形不均而產(chǎn)生 3 晶格畸變殘余應(yīng)力 第三類殘余應(yīng)力 因晶粒內(nèi)部位錯等造成晶格畸變而產(chǎn)生 l殘余應(yīng)力危害 減低工件承載能力 使工件尺寸 形狀變化 降低工件耐蝕性 殘余拉應(yīng)力 拉應(yīng)力 拉應(yīng)力 表層殘余壓應(yīng)力 拉應(yīng)力 拉應(yīng)力 殘余拉應(yīng)力與外加應(yīng)力疊加 殘余壓應(yīng)力抵消部分外加應(yīng)力 l殘余應(yīng)力利用 表面壓應(yīng)力提高疲勞強度 第三節(jié)冷變形金屬在加熱時的變化一 回復(fù) 再結(jié)晶與晶粒長大冷變形金屬在加熱時經(jīng)歷三個變化階段 加熱時組織變化 升高加熱溫度或延長保溫時間 加熱時金屬性能變化 1 回復(fù)l加熱溫度 T回 0 25 0 3 T熔 K l組織 性能變化 點缺陷密度減少 離位原子與空位復(fù)合 位錯呈較規(guī)則排列 高密度位錯短程運動 殘余應(yīng)力明顯下降 引起 強 硬略有下降 電阻率下降 l回復(fù)驅(qū)動力 冷變形時儲存的能量應(yīng)用 去應(yīng)力退火 2 再結(jié)晶l再結(jié)晶 高溫加熱冷變形金屬 再結(jié)晶退火 使其形成無畸變等軸晶粒并完全替代原變形晶粒 各種性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài)的過程 l組織 性能變化 位錯密度明顯降低 變形晶粒變?yōu)榈容S晶粒 各種性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài) l最低再結(jié)晶溫度 能發(fā)生再結(jié)晶的最低加熱溫度經(jīng)驗公式 T再 0 4T熔 K l再結(jié)晶驅(qū)動力 冷變形儲存能應(yīng)用 再結(jié)晶退火 3 再結(jié)晶后晶粒的長大再結(jié)晶結(jié)束后繼續(xù)保溫 晶粒將進(jìn)一步長大 晶粒長大驅(qū)動力 晶界總面積減少導(dǎo)致的晶界能下降 二 冷變形 加工 與熱變形 加工 冷變形 在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形 冷變形特點 變形抗力高 變形獲得的金屬硬度 精度高 熱變形 在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形 熱變形特點 1 變形過程伴隨有形變強化和回復(fù)與再結(jié)晶帶來的材料軟化 2 熱變形溫度越高 變形速率越低 軟化作用越強 3 熱變形產(chǎn)生纖維組織 流線 變形量越大 纖維化越明顯 變形前組織變形后組織 流線 流線 塑性變形時 金屬中夾雜物 第二相等沿變形方向分布排列 低碳鋼熱加工后的流線 三 熱變形纖維組織的應(yīng)用l 流線 使材料具有各向異性 平行于流線方向抗拉強度高 塑性好 垂直于流線方向抗剪強度高 塑性差 l應(yīng)使 流線 合理分布 使零件承受的最大正應(yīng)力平行于纖維方向 使零件承受的最大切應(yīng)力垂直于纖維方向 金屬掛鉤中流線 第四節(jié)塑性加工性能及其影響因素一 塑性加工性能及其指標(biāo)塑性加工 通過使材料塑性變形而獲得具有一定形狀 尺寸和質(zhì)量的零件的加工方法 塑性加工性能 金屬材料通過塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度 塑性加工性能指標(biāo) 塑性 變形抗力 塑性越好 變形抗力越小 則塑性加工性能越好 二 塑性加工性能影響因素1 材料本質(zhì) 內(nèi)在因素 1 化學(xué)成分 2 微觀組織2 加工條件 外在因素 1 變形溫度 溫度高 變形抗力小 塑性好 塑性加工性能好 注意 溫度過高 材料氧化 脫碳嚴(yán)重 并可出現(xiàn)過熱 晶粒粗大 和過燒 局部熔化 變形速度較高時 回復(fù) 再結(jié)晶不及進(jìn)行 不能克服形變強化 金屬變形抗力增大 塑性下降 變形速度很高時 熱效應(yīng)促進(jìn)回復(fù) 再結(jié)晶 金