第三章_金屬的塑性變形

2020 4 6 第三章金屬的塑性變形 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化第四節(jié)金屬的熱加工第五節(jié)超塑性 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 壓力加工的基本特點(diǎn) 金屬在外力作用下 發(fā)生不能自行恢復(fù)其原形和尺寸的變形 塑性變形 塑性變形的目的 1 得到零件的外形和尺寸2 改善金屬的組織和性能一 塑性變形的基本形式滑移和孿生1 滑移晶體的一部分相對(duì)另一部分沿著晶面發(fā)生移動(dòng) 產(chǎn)生永久變形 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 單晶體變形的形式 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 2 孿生晶體的一部分相對(duì)另一部分沿著晶面發(fā)生一定角度的切變 孿生示意圖 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 二 單晶體的塑性變形1 塑性變形的特點(diǎn)拉伸力P在晶體內(nèi)晶面上分解為兩個(gè)應(yīng)力 切應(yīng)力 正應(yīng)力 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 1 正應(yīng)力使晶體發(fā)生彈性變形 應(yīng)力達(dá)到一定值 發(fā)生斷裂 不會(huì)產(chǎn)生塑性變形 2 切應(yīng)力 滑移滑移容易發(fā)生在原子排列最密的方向上 因?yàn)樵用芏却蟮木嫔?晶面間距大 結(jié)合力小 圖3 6 一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè) 滑移系 晶格滑移系數(shù)越多 金屬塑性越好 銅 鋁是面心立方晶格 滑移系數(shù)12 塑性好 詳見(jiàn)表3 1 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 2 塑性變形的實(shí)質(zhì)實(shí)際晶體當(dāng)中存在大量缺陷 如位錯(cuò) 塑性變形是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 也是位錯(cuò)增值的過(guò)程 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 三 多晶體塑性變形1 晶界和晶粒位向的影響 1 晶界晶界比晶體本身具有更高的變形抗力 因?yàn)榫Ы缣幵优帕形蓙y 并存在較多變形雜質(zhì) 造成晶格畸變 2 晶粒位向晶粒滑移時(shí) 受到周圍不同位相晶粒的阻礙 從而變形抗力增大 2 多晶體塑性變形過(guò)程晶體一批批的進(jìn)行塑性變形 塑性變形極不均勻 很復(fù)雜 2020 4 6 第一節(jié)單晶體 多晶體的塑性變形 3 晶粒越細(xì) 機(jī)械性能越好a 晶粒細(xì) 晶界總面積多 每個(gè)晶粒周圍不同位向的晶粒數(shù)多 對(duì)塑性變形抗力越大 強(qiáng)度高 b 晶粒細(xì) 單位體積內(nèi)晶粒數(shù)多 總變形量可分散 變形均勻 塑性好 c 晶粒細(xì) 晶界曲折越多 可阻礙裂紋擴(kuò)展 斷裂韌性值高 韌性好 2020 4 6 第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 塑性變形使金屬組織和性能發(fā)生重大變化1 組織變化晶粒被拉長(zhǎng)或壓扁 形成 纖維組織 曲軸毛坯鍛造 晶粒內(nèi)部變形量增加 破碎成亞晶體 晶格嚴(yán)重畸變 2 性能變化 加工硬化 強(qiáng)度和硬度顯著提高 塑性和韌性明顯下降 塑性變形是金屬的重要強(qiáng)化手段 冷軋 冷拉 產(chǎn)生 加工硬化 消除 硬化 必須安排退火工序 3 塑性變形的金屬通常要進(jìn)行退火處理 消除或降低殘余內(nèi)應(yīng)力 防止零件在使用中變形 2020 4 6 第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 兩個(gè)概念加工硬化形變強(qiáng)化 強(qiáng)化材料的手段之一 金屬在冷變形時(shí) 強(qiáng)度 硬度 塑性 韌性 加工硬化的原因塑性變形 位錯(cuò)密度增加 相互纏結(jié) 亞晶界 運(yùn)動(dòng)阻力加大 變形抗力 2020 4 6 第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 2020 4 6 第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 織構(gòu)絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致 性能出現(xiàn)各向異性 對(duì)加工極為不利 晶粒拉長(zhǎng) 但未出現(xiàn)織構(gòu) 晶粒拉長(zhǎng) 且出現(xiàn)織構(gòu) 2020 4 6 第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化 一 回復(fù)把變形金屬在較低溫度加熱時(shí) 晶體內(nèi)位錯(cuò)量減少 晶格畸變程度降低 殘余內(nèi)應(yīng)力部分消失 這個(gè)階段稱為回復(fù) 消除內(nèi)應(yīng)力退火 二 再結(jié)晶1 變形金屬的再結(jié)晶變形金屬加熱至較高溫度 原子具有較大擴(kuò)散能力 會(huì)在變形最激烈的區(qū)域 形成新的晶體 但晶格類型不變 只改變晶粒外形 稱為再結(jié)晶 金屬再結(jié)晶后 硬度 強(qiáng)度顯著下降 塑性 韌性明顯提高 內(nèi)應(yīng)力基本消除 恢復(fù)到變形前的性能 2020 4 6 第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化 2 再結(jié)晶溫度經(jīng)過(guò)大變形度變形 70 80 后 在規(guī)定時(shí)間里能完成再結(jié)晶的最低溫度 T再 0 4T熔金屬熔點(diǎn)越高 其再結(jié)晶溫度越高 3 影響再結(jié)晶晶粒度的因素 1 加熱溫度的影響加熱溫度越高 晶粒越大 2 退火前的變形度影響變形度越大 大于臨界變形度 晶粒越細(xì) 圖3 16 2020 4 6 第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化 臨界變形度 冷軋金屬一般采用30 40 變形度 三 晶粒的長(zhǎng)大再結(jié)晶完成以后 如果繼續(xù)升高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間 晶粒將會(huì)互相吞并而長(zhǎng)大 力學(xué)性能降低 2020 4 6 第四節(jié)金屬的熱加工 一 熱加工的概念熱加工 高于再結(jié)晶溫度的加工變形 冷加工 低于再結(jié)晶溫度的加工變形 二 熱加工對(duì)金屬組織和性能影響1 粗大柱狀晶體被擊碎形成等軸細(xì)晶體 改善了機(jī)械性能 2 疏松 氣孔微裂紋等缺陷被壓實(shí)焊合 組織致密 性能提高 3 形成熱加工 纖維組織 使金屬具有明顯的各向異