第三章金屬的塑性變形

1、第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.1單晶體和多晶體的塑性變形單晶體和多晶體的塑性變形3.2金屬的形變強(qiáng)化金屬的形變強(qiáng)化3.3塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化3.4塑性加工性能及影響因素塑性加工性能及影響因素本章小結(jié)本章小結(jié)3.1單晶體和多晶體的塑性變形單晶體和多晶體的塑性變形3.1.1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 1.滑移滑移 2.孿生孿生3.1.2多晶體金屬塑性變形的特點(diǎn)多晶體金屬塑性變形的特點(diǎn) 1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懢ЯＨ∠驅(qū)λ苄宰冃蔚挠绊?2.晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料

2、的塑性變形鋅單晶體的滑移變形示意圖鋅單晶體的滑移變形示意圖滑移特點(diǎn)：滑移是在切滑移特點(diǎn)：滑移是在切應(yīng)力作用下完成的；滑應(yīng)力作用下完成的；滑移時(shí)移動(dòng)的距離是原子間移時(shí)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍；滑移的同距的整數(shù)倍；滑移的同時(shí)由于正應(yīng)力組成的力偶時(shí)由于正應(yīng)力組成的力偶作用，推動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，力作用，推動(dòng)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力一圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力一致的方向?；频膶?shí)質(zhì)致的方向?；频膶?shí)質(zhì)是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。因此滑移的實(shí)際臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)滑移的實(shí)際臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論臨界切應(yīng)力。遠(yuǎn)大于理論臨界切應(yīng)力。第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形1.單晶體的滑移單晶體的滑

3、移單晶體滑移變形示意圖單晶體滑移變形示意圖第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的滑移變形示意圖位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的滑移變形示意圖未變形未變形 彈性變形彈性變形 彈塑性變形彈塑性變形 塑性變形塑性變形第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形滑移面的確定滑移面的確定第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形常見(jiàn)金屬晶格中的主要滑移系常見(jiàn)金屬晶格中的主要滑移系體心立方晶格體心立方晶格 面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格(110)*6 (111)*4 底面底面*1111*2 110*3 底面對(duì)角線底面對(duì)角線*36*2 4*3 1*3第三章金屬材料的塑性變

4、形第三章金屬材料的塑性變形2.孿生孿生孿生變形示意圖孿生變形示意圖*試比較滑移和孿生的異同點(diǎn)試比較滑移和孿生的異同點(diǎn)第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形1.1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懢ЯＨ∠驅(qū)λ苄宰冃蔚挠绊?在多晶體中，各晶粒的位向不同在多晶體中，各晶粒的位向不同(如圖所示如圖所示)，那些滑移面與，那些滑移面與外力方向成外力方向成45角的晶粒（其取向?yàn)榻堑木Я＃ㄆ淙∠驗(yàn)椤败浳幌蜍浳幌颉保┦紫劝l(fā)生滑）首先發(fā)生滑移移,但它們的滑移變形會(huì)受到其它晶粒（硬位向）的阻礙但它們的滑移變形會(huì)受到其它晶粒（硬位向）的阻礙,進(jìn)一進(jìn)一步增加外力步增加外力,才能使處于硬位向的晶粒也滿足臨界切應(yīng)力條件才

5、能使處于硬位向的晶粒也滿足臨界切應(yīng)力條件,產(chǎn)生滑移產(chǎn)生滑移.因此因此,多晶體的滑移變形是分期分批進(jìn)行的；又由于多晶體的滑移變形是分期分批進(jìn)行的；又由于硬位向的阻礙作用硬位向的阻礙作用,多晶體的變形抗力比單晶體的大多晶體的變形抗力比單晶體的大,即強(qiáng)度高即強(qiáng)度高.第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形圖圖3.5 多晶體塑性變形示意圖多晶體塑性變形示意圖第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形2.晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.2金屬的形變強(qiáng)化金屬的形變強(qiáng)化3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.2.2塑性變形后金屬的組織結(jié)

6、構(gòu)的變化塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)的變化 (1)晶粒破碎晶粒破碎,亞結(jié)構(gòu)增多亞結(jié)構(gòu)增多 (2)晶粒拉長(zhǎng)晶粒拉長(zhǎng),出現(xiàn)纖維組織或織構(gòu)出現(xiàn)纖維組織或織構(gòu)(產(chǎn)生各向異性產(chǎn)生各向異性)3.2.3塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 殘余應(yīng)力的危害殘余應(yīng)力的危害: (1)降低工件的承載能力降低工件的承載能力 (2)使工件的形狀和尺寸發(fā)生變化使工件的形狀和尺寸發(fā)生變化 (3)降低工件的耐蝕性降低工件的耐蝕性第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象形變強(qiáng)化現(xiàn)象 定義定義:金屬經(jīng)過(guò)冷態(tài)下的塑性金屬經(jīng)過(guò)冷態(tài)下的塑性變形變形(冷加工冷加工)后后,其強(qiáng)度、硬度其強(qiáng)度、硬度提高提高

7、,而塑性、韌性降低的現(xiàn)象而塑性、韌性降低的現(xiàn)象叫做形變強(qiáng)化叫做形變強(qiáng)化,或加工硬化或冷或加工硬化或冷作硬化作硬化.形變強(qiáng)化還使物理、化學(xué)性能形變強(qiáng)化還使物理、化學(xué)性能發(fā)生變化發(fā)生變化,如電阻增大如電阻增大,耐蝕性降耐蝕性降低低.在冷加工時(shí)在冷加工時(shí),形變強(qiáng)化使金屬塑形變強(qiáng)化使金屬塑性降低性降低,進(jìn)一步加工困難進(jìn)一步加工困難,應(yīng)安排應(yīng)安排中間退火工藝中間退火工藝.第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.3塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能變化塑性變形金屬在加熱時(shí)組織和性能變化3.3.1回復(fù)回復(fù) T回回=（0.250.3)T熔熔 T回、回、 T熔熔為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度3.3.2再結(jié)晶再結(jié)晶

8、定義定義:經(jīng)冷變形的金屬當(dāng)加熱到經(jīng)冷變形的金屬當(dāng)加熱到T再再時(shí)時(shí),會(huì)在變形最激會(huì)在變形最激 烈的區(qū)域自發(fā)形成新的細(xì)小等軸晶粒烈的區(qū)域自發(fā)形成新的細(xì)小等軸晶粒,叫做再結(jié)叫做再結(jié) 晶這一過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程晶這一過(guò)程實(shí)質(zhì)上也是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程, 但晶格類型不變但晶格類型不變,只是改變了晶粒外形只是改變了晶粒外形. T再再=0.4T熔熔 金屬再結(jié)晶后金屬再結(jié)晶后,消除了殘余應(yīng)力和形變強(qiáng)化現(xiàn)象消除了殘余應(yīng)力和形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.3.3晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大3.3.4冷變形和熱變形冷變形和熱變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用金屬纖維組織及其應(yīng)用第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形形變

9、強(qiáng)化金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖形變強(qiáng)化金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形晶粒長(zhǎng)大示意圖晶粒長(zhǎng)大示意圖臨界變形度臨界變形度織構(gòu)織構(gòu)第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.3.4冷加工和熱加工冷加工和熱加工 在在T再再溫度以下的塑性變形叫冷加工溫度以下的塑性變形叫冷加工;T再再溫度以上的塑性變溫度以上的塑性變形叫熱加工形叫熱加工. 冷加工產(chǎn)生形變強(qiáng)化冷加工產(chǎn)生形變強(qiáng)化,進(jìn)一步變形困難進(jìn)一步變形困難;熱加工消除了形變強(qiáng)熱加工消除了形變強(qiáng)化現(xiàn)象化現(xiàn)象,若對(duì)鑄錠進(jìn)行熱加工若對(duì)鑄錠進(jìn)行熱加工,能使鑄錠的氣孔及縮松焊合、提高能使鑄錠的氣孔及縮松焊合、提高致密度

10、、并能細(xì)化晶粒致密度、并能細(xì)化晶粒,還能形成纖維組織還能形成纖維組織.第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用金屬纖維組織及其應(yīng)用定義定義: 纖維組織的各向異性纖維組織的各向異性特點(diǎn)特點(diǎn):不能用熱處理方法消除不能用熱處理方法消除應(yīng)用應(yīng)用:麻花鉆的軋制、汽車半麻花鉆的軋制、汽車半軸的局部鐓粗軸的局部鐓粗等。等。第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形纖維組織的應(yīng)用纖維組織的應(yīng)用第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形3.4塑性加工性能及影響因素塑性加工性能及影響因素3.4.1塑性加工性能及其指標(biāo)塑性加工性能及其指標(biāo) 塑性、變形抗力塑性、變形抗

11、力3.4.2塑性加工性能的影響因素塑性加工性能的影響因素 1.金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì) (1)化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 (2)金屬組織的影響金屬組織的影響 2.加工條件加工條件 (1)變形溫度的影響變形溫度的影響 (2)變形速度的影響變形速度的影響 (3)應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形變形溫度的影響變形溫度的影響提高溫度有利于金屬塑性提高溫度有利于金屬塑性變形，但溫度過(guò)高將產(chǎn)生變形，但溫度過(guò)高將產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒脫碳、氧化等過(guò)熱、過(guò)燒脫碳、氧化等缺陷。缺陷。鍛造溫度即始鍛溫度與終鍛造溫度即始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍。鍛溫度間的溫度范圍。第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形變形速度的影響變形速度的影響第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響 第三章金屬材料的塑性變形第三章金屬材料的塑性變形 擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)擠壓時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài) 拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)拉拔時(shí)金屬應(yīng)力狀態(tài)本章小結(jié)本章小結(jié) 鍛造、軋制、擠壓、沖壓等都是塑性變形。這些鍛造、軋制、擠壓、沖壓等都是塑性變形。這些塑性變形的目的不僅是為了得到零件的外形和尺寸，塑性變形的目的不僅是為了得到零件的外形和尺寸，更重要的是為了改善金屬的組織和性能。更重要的是為了改善金屬的組織和性能。 塑性變形的主要形式是滑移和孿生，是在切