華南理工大學(xué)機(jī)械工程材料第三章

1、1第一節(jié)第一節(jié) 金屬的變形特性和常用力學(xué)性能指標(biāo)金屬的變形特性和常用力學(xué)性能指標(biāo)第二節(jié)第二節(jié) 金屬的塑性變形金屬的塑性變形第五節(jié)第五節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工第四節(jié)第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶第三節(jié)第三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響塑性變形對(duì)組織和性能的影響2鑄態(tài)組織：鑄態(tài)組織： 晶粒粗大、組織不均勻、成分偏析及組織疏松晶粒粗大、組織不均勻、成分偏析及組織疏松第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 壓力加工（塑性變形）壓力加工（塑性變形）： 1、得到、得到預(yù)期外形預(yù)期外形的工件的工件 2、改善金屬內(nèi)部、改善金屬內(nèi)部組織組織，提高金屬的，提高金屬的強(qiáng)度和韌性強(qiáng)度和韌性3 三個(gè)階段三個(gè)階段: 彈性變

2、形、彈彈性變形、彈-塑性變形、斷裂塑性變形、斷裂第一節(jié) 金屬的變形特性41、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo) (1) 比例極限比例極限(P)與彈性極限與彈性極限(e) (2) 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度(s與與0.2)機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo) (3) 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(b) (4) 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度(-1)第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)5第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)2、塑性指標(biāo)：、塑性指標(biāo)：伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率和斷面收縮率和斷面收縮率%100001LLL%100010FFFL L0 0試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度L L1 1拉斷后試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度拉斷后試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度F F0 0試樣原來(lái)截面積試樣原來(lái)截面積F F1 1試樣斷后細(xì)頸處的截面

3、積試樣斷后細(xì)頸處的截面積6第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo) (2) 斷裂韌度斷裂韌度(Kc):工程上材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的指標(biāo)工程上材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的指標(biāo)FWk3、韌性指標(biāo)、韌性指標(biāo) (1) (1) 沖擊韌度沖擊韌度(k k) )：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力， 常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功表示。常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功表示。 J/cm2 W為沖擊破壞所消耗的功；為沖擊破壞所消耗的功；F為標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積；為標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積；FWkaKcc c c引起脆斷的臨界應(yīng)力引起脆斷的臨界應(yīng)力( (斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度) )a裂紋深

4、度裂紋深度74 4、硬度指標(biāo)、硬度指標(biāo) 硬度：硬度：指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。指材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力。 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)方法：壓入法壓入法（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度）（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度） 彈性回跳法彈性回跳法（肖氏硬度（肖氏硬度(HS)(HS)） 劃痕法劃痕法（莫氏硬度）三種。（莫氏硬度）三種。 常用來(lái)測(cè)定硬度的方法有常用來(lái)測(cè)定硬度的方法有布氏硬度試驗(yàn)法布氏硬度試驗(yàn)法和和洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)法。 第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)8第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)布氏硬度試驗(yàn)法布氏硬度試驗(yàn)法如圖所示采用直徑為如圖所示采用直徑為D D的硬質(zhì)合金球，在規(guī)

5、定載荷的硬質(zhì)合金球，在規(guī)定載荷F F的作用下，壓入的作用下，壓入被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)定壓痕直徑，求出壓痕球被測(cè)金屬表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷，測(cè)定壓痕直徑，求出壓痕球形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（形的表面積，壓痕單位表面積上所承受的平均壓力（F/AF/A）即為布氏硬）即為布氏硬度值，用度值，用HBWHBW表示。例如表示。例如450HBW450HBW。 布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì)9布氏硬度布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDPHB 符號(hào)符號(hào)HBWHBW之前的數(shù)字表示硬度值之前的數(shù)字表示硬度值, , 符號(hào)后面的數(shù)字按順序符號(hào)后面的數(shù)字按順序分 別 表 示

6、球 體 直 徑 、 載 荷 及 載 荷 保 持 時(shí) 間 。分 別 表 示 球 體 直 徑 、 載 荷 及 載 荷 保 持 時(shí) 間 。 如如 120HBW10/1000/30 120HBW10/1000/30 表示直徑為表示直徑為10mm10mm的硬質(zhì)合金球的硬質(zhì)合金球在在1000kgf1000kgf（9.807kN9.807kN）載荷作用下保持）載荷作用下保持30s30s測(cè)得的布氏測(cè)得的布氏硬度值為硬度值為120120。10布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭

7、還硬的材料。料。適于測(cè)量適于測(cè)量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, , 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。材料的材料的 b b與與HBHB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對(duì)于低碳鋼對(duì)于低碳鋼: : b(MPa)3.6HB 對(duì)于高碳鋼對(duì)于高碳鋼： b(MPa)3.4HB 對(duì)于鑄鐵對(duì)于鑄鐵： b(MPa)1HB 或或 b(MPa) 0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)11h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度試驗(yàn)法洛氏硬度用符號(hào)洛氏硬度用符號(hào)HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002

8、根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個(gè)標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為標(biāo)尺為A、B、C。 第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)12符號(hào)符號(hào)HRHR前面的數(shù)字為硬度值，后前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。面為使用的標(biāo)尺。lHRAHRA用于測(cè)量高硬度材料用于測(cè)量高硬度材料, , 如硬質(zhì)如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。合金、表淬層和滲碳層。lHRBHRB用于測(cè)量低硬度材料用于測(cè)量低硬度材料, , 如有色如有色金屬和退火、正火鋼等。金屬和退火、正火鋼等。lHRCHRC用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)用于測(cè)量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作

9、簡(jiǎn)便，壓痕：操作簡(jiǎn)便，壓痕小，適用范圍廣。小，適用范圍廣。l缺點(diǎn)缺點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果分散度大。：測(cè)量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)13維氏硬度試驗(yàn)法維氏硬度試驗(yàn)法維氏硬度計(jì)維氏硬度計(jì)維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)14維氏硬度用符號(hào)維氏硬度用符號(hào)HVHV表示，表示，符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的符號(hào)前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時(shí)間。根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測(cè)定方法維氏硬度試驗(yàn)維

10、氏硬度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)。維氏硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 小負(fù)荷維氏硬度計(jì)小負(fù)荷維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)顯微維氏硬度計(jì)第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)15第一節(jié) 常用力學(xué)性能指標(biāo)16第二節(jié) 金屬的塑性變形滑移滑移主要變形方式主要變形方式 晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面( (滑移面滑移面) )和晶和晶向向( (滑移方向滑移方向) )發(fā)生相對(duì)位移。發(fā)生相對(duì)位移。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移、孿生滑移、孿生單晶體滑移示意圖單晶體滑移示意

11、圖鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片17(1) (1) 只能在切應(yīng)力作用下發(fā)生。只能在切應(yīng)力作用下發(fā)生。n產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力切應(yīng)力. . 外力分解：外力分解： 切應(yīng)力：切應(yīng)力：平行于滑移面。平行于滑移面。使晶格在發(fā)生彈性歪扭之后使晶格在發(fā)生彈性歪扭之后進(jìn)一步造成滑移。進(jìn)一步造成滑移。 正應(yīng)力：正應(yīng)力：垂直于滑移面，垂直于滑移面，使晶格彈性伸長(zhǎng)，甚至進(jìn)一使晶格彈性伸長(zhǎng)，甚至進(jìn)一步把晶體拉斷（正斷）。步把晶體拉斷（正斷）。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形18(2) (2) 沿晶體中原子密度最大的晶面沿晶體中原子

12、密度最大的晶面( (滑移面滑移面) )和晶向和晶向( (滑移方向滑移方向) )發(fā)生發(fā)生 因?yàn)樽蠲芘啪嬷g的面間距和最密排晶向之間的原子列間因?yàn)樽蠲芘啪嬷g的面間距和最密排晶向之間的原子列間距最大，因而原子結(jié)合力最弱，所以在最小的切應(yīng)力下便能引起距最大，因而原子結(jié)合力最弱，所以在最小的切應(yīng)力下便能引起它們之間的相對(duì)滑動(dòng)。它們之間的相對(duì)滑動(dòng)。 沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移方向滑移方向。通。通常是晶體中的密排面和密排方向。常是晶體中的密排面和密排方向。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形在體心立

13、方晶格中，具有最大原子密度的晶面是在體心立方晶格中，具有最大原子密度的晶面是110，具有，具有最大原子密度的晶向是最大原子密度的晶向是在面心立方晶格中，具有最大原子密度的晶面是在面心立方晶格中，具有最大原子密度的晶面是111，具有，具有最大原子密度的晶向是最大原子密度的晶向是19滑滑 移移 系：系：一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系滑移系?；葡禂?shù)：滑移系數(shù)：滑移面數(shù)滑移面數(shù)滑移面上的滑移方向數(shù)滑移面上的滑移方向數(shù) 滑移系數(shù)滑移系數(shù)（滑移系相同時(shí)滑移方向滑移系相同時(shí)滑移方向），塑性），塑性一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特

14、點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)材料材料滑移面滑移面滑移方向滑移方向 面心立方面心立方Al、Cu、Ni1 1 1體心立方體心立方-Fe1 1 01 1 21 2 3Mo、Nb、Ta1 1 0密排六方密排六方Be、Co、Mg、Zn、Cd0 0 0 1-Ti1 0 1 020bcc: 110 6 2 = 12 fcc: 111 4 3 = 12第二節(jié) 金屬的塑性變形bccfcc21第二節(jié) 金屬的塑性變形hcphcp: 0001 1 3 = 3 22一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形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

15、排六方晶格110111110111晶格晶格滑移滑移面面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系bcc: 110 6 2 = 12 fcc: 111 4 3 = 12hcp: 0001 1 3 = 3 23滑移系數(shù)越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好滑移系數(shù)越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中其中滑移方向滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。對(duì)塑性的貢獻(xiàn)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, , 體心立方體心立方晶格好于密排六方晶格。晶格好于密排六方晶格。第二節(jié) 金屬的塑性變形24

16、(3) (3) 滑移是由于滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的滑移是由于滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成的滑移線：滑移線： 因位錯(cuò)滑移導(dǎo)致大量的位錯(cuò)線不斷因位錯(cuò)滑移導(dǎo)致大量的位錯(cuò)線不斷移出而在晶體表面形成的滑移臺(tái)階。移出而在晶體表面形成的滑移臺(tái)階。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向額外半原子面額外半原子面額外半原子面額外半原子面一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形額外半原子面額外半原子面25l晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因

17、而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性位錯(cuò)的易動(dòng)性。l當(dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距當(dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯(cuò)移出，則在的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯(cuò)移出，則在晶體表面形成一條晶體表面形成一條滑移線滑移線?；茙В夯茙В憾喔凭€構(gòu)成一條滑移帶。多根滑移線構(gòu)成一條滑移帶。 一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形26滑移的滑移的開始滑移所需要的開始滑移所需要的最小分切應(yīng)力最小分切應(yīng)力一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特滑移

18、的特點(diǎn)點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形設(shè)：一圓柱形單晶體受到軸向拉力F的作用，晶體的橫截面積為A，F(xiàn)與滑移方向的夾角為，那么滑移面的面積為A/cos，F(xiàn)在滑移方向上的分力為Fcos。coscoscos/cosAFAF外力F在滑移方向上的分切應(yīng)力為：當(dāng)外力F增加，使某一滑移系上的分切應(yīng)力達(dá)到某一臨界值，滑移就會(huì)在該滑移系上進(jìn)行，此時(shí)，F(xiàn)/A=s（屈服極限）。27滑移的滑移的開始滑移所需要的開始滑移所需要的最小分切應(yīng)力。最小分切應(yīng)力。稱為取向因子或coscoscoscoscoscoskssk軟位向軟位向：=45, =45. 當(dāng)滑移面法線、滑移方向、外力軸處于當(dāng)滑移面法線、滑移方向、外力軸處于同一平面，且同

19、一平面，且=45、=45，取向因子，取向因子=0.5，分切應(yīng)力最大，最有利于滑移。，分切應(yīng)力最大，最有利于滑移。硬位向硬位向： =90=900 0或或=90=900 0 外力外力滑移面滑移面( (=90=900 0) )或垂直或垂直(=90(=900 0) )時(shí)，取向因子時(shí)，取向因子=0=0， s s=，滑移無(wú)法進(jìn)行。，滑移無(wú)法進(jìn)行。 一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特滑移的特點(diǎn)點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形28(4) (4) 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)?；频耐瑫r(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形外力作用在單晶體上，它

20、在某晶面上所分解的切應(yīng)力使晶體發(fā)生滑移，而正應(yīng)力則組成一力偶，使晶體滑移面向外力方向轉(zhuǎn)動(dòng)，滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。A0A1FF滑移時(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖滑移時(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖 轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶。量組成了力偶。29(4) (4) 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) 因晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)使滑移面法向因晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)使滑移面法向與外力軸的夾角越來(lái)越與外力軸的夾角越來(lái)越遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離4545，滑移越來(lái)越困難，這種現(xiàn)象稱為滑移越來(lái)越困難，這種現(xiàn)象稱為“幾何硬化幾何硬化”一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形滑移的特點(diǎn)滑移

21、的特點(diǎn)第二節(jié) 金屬的塑性變形A0A1FF滑移時(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖滑移時(shí)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖 (5) (5) 滑移前后晶體點(diǎn)陣類型不變，滑移前后晶體點(diǎn)陣類型不變，晶體位向也不變。晶體位向也不變。 30 在切應(yīng)力的作用下晶體的一部分沿一定的晶面在切應(yīng)力的作用下晶體的一部分沿一定的晶面( (孿生面孿生面) )和一定的晶向和一定的晶向( (孿生方向?qū)\生方向) )相對(duì)于另一部分作相對(duì)于另一部分作均勻切變均勻切變。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形孿生孿生第二節(jié) 金屬的塑性變形孿生變形示意圖孿生變形示意圖 31在切變區(qū)域內(nèi)，與孿晶面平行的每層原子的切變量與它距孿在切變區(qū)域內(nèi)，與孿晶面平行的每層原子的切變量與它

22、距孿晶面的距離成正比，并且不是原子間距的整數(shù)倍。晶面的距離成正比，并且不是原子間距的整數(shù)倍。這種切變不會(huì)改變晶體的點(diǎn)陣類型，但可使變形部分的位向這種切變不會(huì)改變晶體的點(diǎn)陣類型，但可使變形部分的位向發(fā)生變化。發(fā)生變化。變形部分與未變形部分的晶體以孿晶面為分界面構(gòu)成鏡面對(duì)變形部分與未變形部分的晶體以孿晶面為分界面構(gòu)成鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系。稱的位向關(guān)系。通常把對(duì)稱的兩部分晶體稱為孿晶或雙晶。通常把對(duì)稱的兩部分晶體稱為孿晶或雙晶。形成孿晶的過程稱為形成孿晶的過程稱為孿生孿生。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形孿生孿生第二節(jié) 金屬的塑性變形32與滑移相比：與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；孿生使晶

23、格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, , 變形速度極快變形速度極快, , 接近聲速接近聲速; ;孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距。孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)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，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(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱這是由于相變過程中原子

24、重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶退火孿晶。第二節(jié) 金屬的塑性變形一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形孿生孿生33基本形式：基本形式：滑移、孿生滑移、孿生不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：晶界、位向差晶界、位向差 特點(diǎn)特點(diǎn): :(1) (1) 不同時(shí)性不同時(shí)性逐批進(jìn)行逐批進(jìn)行 (2) (2) 相互協(xié)調(diào)性相互協(xié)調(diào)性變形抗力比單晶體高變形抗力比單晶體高 (3) (3) 不均勻性不均勻性造成內(nèi)應(yīng)力造成內(nèi)應(yīng)力 二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形第二節(jié) 金屬的塑性變形立體圖立體圖前視圖前視圖 一、一、單晶體單晶體的兩種塑性變形的兩種塑性變形比較比較34 晶粒大小的影響晶粒大小的影響 晶粒細(xì)而均勻：晶粒細(xì)而均

25、勻： (1) (1) b b: : 晶界晶界，塑變抗力，塑變抗力，強(qiáng)度，強(qiáng)度 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化工業(yè)生產(chǎn)中重要的強(qiáng)化方法工業(yè)生產(chǎn)中重要的強(qiáng)化方法； (2) (2) 塑性、韌性塑性、韌性：變形分散、均勻，變形量：變形分散、均勻，變形量塑性、塑性、韌性韌性； (3) (3) 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力。 二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形第二節(jié) 金屬的塑性變形35（1）纖維組織：）纖維組織： 金屬經(jīng)塑性變形后晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)、壓扁，當(dāng)變形金屬經(jīng)塑性變形后晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)、壓扁，當(dāng)變形量量時(shí)時(shí), , 成細(xì)條狀或纖維狀成細(xì)條狀或纖維狀 性能具有明顯的方向性性能具有明顯的方向性第三節(jié) 塑性變

26、形對(duì)組織和性能的影響 1 1、晶粒變形、晶粒變形全部新晶粒全部新晶粒新形成的小晶粒新形成的小晶粒殘留的變形晶粒殘留的變形晶粒變形晶粒變形晶粒原晶粒原晶粒36變形變形10% 100變形變形40% 100 變形變形80%100 纖維組織纖維組織工業(yè)純鐵不同變形度的顯微組織工業(yè)純鐵不同變形度的顯微組織第三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 當(dāng)金屬中有雜質(zhì)存在時(shí)，雜質(zhì)也會(huì)沿變形方向拉長(zhǎng)為細(xì)帶狀（塑性雜質(zhì)）或粉碎成鏈狀（脆性雜質(zhì)）。37亞結(jié)構(gòu)直徑亞結(jié)構(gòu)直徑：1010-2-2cm cm 10 10-4-41010-6-6cmcm 位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度 （2 2）亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、位錯(cuò)密度增加）亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、位錯(cuò)密度增加第

27、三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 金屬冷加工后的亞結(jié)構(gòu)示意圖金屬冷加工后的亞結(jié)構(gòu)示意圖5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)38加工硬化加工硬化：塑性變形程度塑性變形程度，強(qiáng)度、硬度，強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性，塑性、韌性意意 義：義： 1.1.使壓力加工制品截面均勻；使壓力加工制品截面均勻； 2.2.提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬度和耐磨性。提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬度和耐磨性。 不能熱處理強(qiáng)化不能熱處理強(qiáng)化的純金屬和某些合金的純金屬和某些合金 3.3.不利于繼續(xù)變形不利于繼續(xù)變形須用須用再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火消除之。消除之。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、互相交割位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、互相交割塞積、割階、固定、纏結(jié)等塞積、

28、割階、固定、纏結(jié)等 阻阻礙位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)礙位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)變形抗力變形抗力 2 2、產(chǎn)生加工硬化、產(chǎn)生加工硬化 第三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 39 當(dāng)變形量當(dāng)變形量時(shí)，因時(shí)，因晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)而使各晶粒的而使各晶粒的取向會(huì)趨于一致取向會(huì)趨于一致而形成的結(jié)構(gòu)。而形成的結(jié)構(gòu)。 某晶面（晶向）某晶面（晶向）/外力方向：外力方向：板（絲）織構(gòu)板（絲）織構(gòu)； 產(chǎn)生織構(gòu)后：性能有方向性，縱優(yōu)于橫，產(chǎn)生織構(gòu)后：性能有方向性，縱優(yōu)于橫，一般不利（如沖壓時(shí)的制耳現(xiàn)象一般不利（如沖壓時(shí)的制耳現(xiàn)象 有時(shí)可利用，如硅鋼片有時(shí)可利用，如硅鋼片100100絲織構(gòu)，導(dǎo)磁率絲織構(gòu)，導(dǎo)磁率 3 3、變形織構(gòu)、變形織構(gòu)第三節(jié)

29、 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 鐵的變形織構(gòu)示意圖鐵的變形織構(gòu)示意圖40l 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“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。硅鋼片的導(dǎo)磁率。各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無(wú)無(wú) 3 3、變形織構(gòu)、變形織構(gòu)41(1)(1) 宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類）（第一類）各部分變形不均勻而造成各部分變形不均勻而造成(2)(2) 微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類）（第二類） 各晶?；騺喚Я?nèi)變形不各晶粒或亞晶粒內(nèi)變形不 均勻而造

30、成均勻而造成 (3)(3) 點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變( (第三類）第三類）缺陷（位錯(cuò)和空位）缺陷（位錯(cuò)和空位） 強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度 變形金屬能量變形金屬能量 熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài) “回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶”驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力4 4、殘留內(nèi)應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變、殘留內(nèi)應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變第三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和性能的影響 金屬塑性變形時(shí)，外力所作的功大部分轉(zhuǎn)化為熱能，還有一小部分(10%)保留在金屬內(nèi)部，成為儲(chǔ)存能，表現(xiàn)為殘留內(nèi)應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變。42(3)(3) 點(diǎn)陣畸變點(diǎn)陣畸變（第三類）（第三類）缺陷（位錯(cuò)和空位）缺陷（位錯(cuò)和空位）4 4、殘留內(nèi)應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變、殘留內(nèi)應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變第三節(jié) 塑性變形對(duì)組織和

31、性能的影響 畸變應(yīng)力畸變應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。要原因。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。43第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶 經(jīng)過塑性變形的金屬，其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，即晶經(jīng)過塑性變形的金屬，其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，即晶格畸變嚴(yán)重，位錯(cuò)密度增加，晶粒碎化，并因金屬各部分格畸變嚴(yán)重，位錯(cuò)密度增加，晶粒碎化，

32、并因金屬各部分變形不均勻，引起金屬內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力，這都使金屬處于變形不均勻，引起金屬內(nèi)部殘留內(nèi)應(yīng)力，這都使金屬處于不穩(wěn)定不穩(wěn)定狀態(tài)，使它具有狀態(tài)，使它具有恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)的恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定狀態(tài)的自發(fā)趨勢(shì)自發(fā)趨勢(shì)。 在常溫下，由于金屬原子的活動(dòng)能力很弱，這種恢復(fù)在常溫下，由于金屬原子的活動(dòng)能力很弱，這種恢復(fù)過程很難進(jìn)行。過程很難進(jìn)行。如對(duì)塑性變形的金屬進(jìn)行加熱，則因原子如對(duì)塑性變形的金屬進(jìn)行加熱，則因原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，就會(huì)發(fā)生，一系列組織與性能的變化?；顒?dòng)能力增強(qiáng)，就會(huì)發(fā)生，一系列組織與性能的變化。 隨著加熱溫度的升高，這種變化過程可分為隨著加熱溫度的升高，這種變化過程可分為回復(fù)、回復(fù)、再結(jié)晶再

33、結(jié)晶及及晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。三個(gè)階段。 44 溫度溫度 ，保溫時(shí)間，保溫時(shí)間 回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶變形金屬在加熱時(shí)組織與性能變化示意圖變形金屬在加熱時(shí)組織與性能變化示意圖45特點(diǎn)特點(diǎn)：組織、性能變化不大，但：組織、性能變化不大，但電阻率電阻率和和微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力顯著降低顯著降低第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶 隨隨TT，分，分兩個(gè)階段兩個(gè)階段： 1. 1. 點(diǎn)缺陷密度點(diǎn)缺陷密度: :點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng)晶界、位錯(cuò)或相互作用消失晶界、位錯(cuò)或相互作用消失 電阻率電阻率 。 2. 2. 多邊形化：位錯(cuò)從高能量混亂排列多邊形化：位錯(cuò)從高能量混亂排列低能量規(guī)則排

34、列，成低能量規(guī)則排列，成小角度亞晶界小角度亞晶界 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力 一、回復(fù)一、回復(fù)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火回復(fù)溫度回復(fù)溫度 = (0.250.3) = (0.250.3) T T0 0T T0 0金屬熔點(diǎn)溫度金屬熔點(diǎn)溫度46 再結(jié)晶與再結(jié)晶與重結(jié)晶重結(jié)晶的的異同異同： 都是都是形核與長(zhǎng)大形核與長(zhǎng)大的過程的過程 再結(jié)晶的再結(jié)晶的晶格類型、成分不變晶格類型、成分不變，在一個(gè)，在一個(gè)溫度范圍溫度范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)進(jìn)行 重結(jié)晶的重結(jié)晶的晶格類型變化晶格類型變化相變相變過程，過程，恒溫恒溫進(jìn)行進(jìn)行 TT，原子活動(dòng)能力，原子活動(dòng)能力 顯微組織明顯變化顯微組織明顯變化新的等軸晶新的等軸晶 加工硬化加工硬化， 力學(xué)性能和

35、物理性能恢復(fù)力學(xué)性能和物理性能恢復(fù) 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火：消除加工硬化：消除加工硬化二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶再結(jié)晶過程再結(jié)晶過程第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶重結(jié)晶重結(jié)晶：固態(tài)金屬及合金在加熱固態(tài)金屬及合金在加熱( (或冷或冷卻卻) )通過相變點(diǎn)時(shí)，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)通過相變點(diǎn)時(shí)，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程。變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程。 47再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是再結(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)圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度。二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度第

36、四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度 T TR R純金屬純金屬T TR R = =（0.35 0.40.35 0.4）T T0 0合金合金T TR R = =（0.5 0.70.5 0.7）T T0 0溫度單位：絕對(duì)溫度溫度單位：絕對(duì)溫度( K )( K ) 預(yù)變形度對(duì)預(yù)變形度對(duì)T TR R的影響：金屬的變的影響：金屬的變形程度越大，再結(jié)晶溫度越低形程度越大，再結(jié)晶溫度越低 最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度T再再48影響因素：影響因素： (1) (1) 變形度變形度 變形度變形度，T T再再。變形度達(dá)到一定值后，。變形度達(dá)到一定值后，T T再再也趨于一也趨于一定值（定值（最低再結(jié)晶溫度最

37、低再結(jié)晶溫度T T再再 ) ) (2) (2) 金屬的純度金屬的純度 純度純度，T T再再 二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度第四節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶49(1)(1) 加熱溫度加熱溫度(T)(T)和時(shí)間和時(shí)間(t)(t) T T、t t，晶粒尺寸，晶粒尺寸d d (4)(4)雜質(zhì)及合金元素雜質(zhì)及合金元素 雜質(zhì)及合金元素阻礙原子雜質(zhì)及合金元素阻礙原子擴(kuò)散，使擴(kuò)散，使dd 2%10%臨界變形度臨界變形度 (2)(2) 變形度變形度 在臨界變形度（在臨界變形度（a=2-a=2-10%10%）, d, d應(yīng)避免應(yīng)避免 變形度變形度產(chǎn)生織構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生織構(gòu)，會(huì)使使dd常用常用a=30-60%a=30-60%(3)(3) 原始晶粒尺寸和均勻度原始晶粒尺寸和均勻度