東南大學(xué)材料成型基礎(chǔ)第三章

3.1單晶體和多晶體的塑性變形3.2金屬的形變強(qiáng)化3.3塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化3.4塑性加工性能及影響因素本章小結(jié)3.1單晶體和多晶體的塑性變形3.1.1單晶體的塑性變形1.滑移2.孿生3.1.2多晶體金屬塑性變形的特點1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?.晶界對塑性變形的影響作用于金屬的外力可分為正應(yīng)力和切應(yīng)力，正應(yīng)力使金屬產(chǎn)生彈性變形或破斷晶體只有在切應(yīng)力的作用下才會發(fā)生塑性變形。室溫下，單晶體的塑性變形主要是通過滑移和孿生進(jìn)行的?；剖侵冈谇袘?yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿滑移面作整體滑動1.單晶體的滑移鋅單晶體的滑移變形示意圖滑移特點：①滑移是在切應(yīng)力作用下完成的；②滑移時移動的距離是原子間距的整數(shù)倍；③滑移的同時由于正應(yīng)力組成的力偶作用，推動晶體轉(zhuǎn)動，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力一致的方向。④滑移的實質(zhì)是位錯運(yùn)動的結(jié)果。因此滑移的實際臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論臨界切應(yīng)力。位錯運(yùn)動引起的滑移變形示意圖未變形彈性變形彈塑性變形塑性變形滑移面的確定常見金屬晶格中的主要滑移系體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格(110)*6(111)*4底面*1[111]*2[110]*3底面對角線*36*24*31*32.孿生*試比較滑移和孿生的異同點1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懺诙嗑w中，各晶粒的位向不同(如圖所示)，那些滑移面與外力方向成45°角的晶粒（其取向為“軟位向”）首先發(fā)生滑移,但它們的滑移變形會受到其它晶粒（硬位向）的阻礙,進(jìn)一步增加外力,才能使處于硬位向的晶粒也滿足臨界切應(yīng)力條件,產(chǎn)生滑移.因此,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,多晶體的變形抗力比單晶體的大,即強(qiáng)度高.多晶體塑性變形示意圖2.晶界對塑性變形的影響3.2金屬的形變強(qiáng)化3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.2.2塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)的變化(1)晶粒破碎,亞結(jié)構(gòu)增多(2)晶粒拉長,出現(xiàn)纖維組織或織構(gòu)(產(chǎn)生各向異性)3.2.3塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的危害:(1)降低工件的承載能力(2)使工件的形狀和尺寸發(fā)生變化(3)降低工件的耐蝕性3.2.1形變強(qiáng)化現(xiàn)象定義:金屬經(jīng)過冷態(tài)下的塑性變形(冷加工)后,其強(qiáng)度、硬度提高,而塑性、韌性降低的現(xiàn)象叫做形變強(qiáng)化,或加工硬化或冷作硬化.形變強(qiáng)化還使物理、化學(xué)性能發(fā)生變化,如電阻增大,耐蝕性降低.在冷加工時,形變強(qiáng)化使金屬塑性降低,進(jìn)一步加工困難,應(yīng)安排中間退火工藝.3.3塑性變形金屬在加熱時組織和性能變化3.3.1回復(fù)T回=（0.25~0.3)T熔T回、T熔為絕對溫度3.3.2再結(jié)晶定義:經(jīng)冷變形的金屬當(dāng)加熱到T再時,會在變形最激烈的區(qū)域自發(fā)形成新的細(xì)小等軸晶粒,叫做再結(jié)晶這一過程實質(zhì)上也是一個形核和長大的過程,但晶格類型不變,只是改變了晶粒外形.T再=0.4T熔※金屬再結(jié)晶后,消除了殘余應(yīng)力和形變強(qiáng)化現(xiàn)象3.3.3晶粒長大3.3.4冷變形和熱變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用形變強(qiáng)化金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖晶粒長大示意圖臨界變形度織構(gòu)3.3.4冷加工和熱加工在T再溫度以下的塑性變形叫冷加工;T再溫度以上的塑性變形叫熱加工.冷加工產(chǎn)生形變強(qiáng)化,進(jìn)一步變形困難;熱加工消除了形變強(qiáng)化現(xiàn)象,若對鑄錠進(jìn)行熱加工,能使鑄錠的氣孔及縮松焊合、提高致密度、并能細(xì)化晶粒,還能形成纖維組織.3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用定義:纖維組織的各向異性特點:不能用熱處理方法消除應(yīng)用:麻花鉆的軋制、汽車半軸的局部鐓粗等。纖維組織的應(yīng)用3.4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、變形抗力3.4.2塑性加工性能的影響因素1.金屬的本質(zhì)(1)化學(xué)成分的影響(2)金屬組織的影響2.加工條件(1)變形溫度的影響(2)變形速度的影響(3)應(yīng)力狀態(tài)的影響變形溫度的影響提高溫度有利于金屬塑性變形，但溫度過高將產(chǎn)生過熱、過燒脫碳、氧化等缺陷。鍛造溫度即始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍。金

屬

種

類

始

鍛

溫

度（℃）終

鍛

溫

度（℃）wC

:0.3%以下wC:0.3%~0.5%wC

:0.5%~0.9%wC

:0.9%~1.4%1200~1250800~850

碳1150~1200800~850

鋼1100~1150800~8501050~1100800~850合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼耐熱鋼1150~1200800~8501050~1150800~8501100~1150850~900銅合金

700~800650~750鋁合金450~490350~400鎂合金370~430300~350鈦合金1050~1150750~90018表1

常用金屬材料的鍛造溫度范圍

變形速度的影響塑性、變形抗力應(yīng)力狀態(tài)的影響擠壓時金屬應(yīng)力狀態(tài)拉拔時金屬應(yīng)力狀態(tài)本章小結(jié)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，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，是在切應(yīng)力的作用下進(jìn)行的，塑性變形將產(chǎn)生形變強(qiáng)化，形成纖維組織，具有各向異性。塑性變形后的金屬加熱時會產(chǎn)生回復(fù)或再結(jié)晶及晶粒長大，其形變強(qiáng)化現(xiàn)象消除。思考題塑性變形的機(jī)理是什么？碳鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)變形時，是否會有形變強(qiáng)化現(xiàn)