第06章合金鋼2

1、3 3.2 .2 金屬塑性變形理論基礎(chǔ)金屬塑性變形理論基礎(chǔ)3 3.2.1 .2.1 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 1. 1.變形的種類變形的種類 彈性變形：彈性變形： 材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形；當(dāng)外力材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形；當(dāng)外力消失后，所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形也消失的變形，消失后，所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形也消失的變形，稱為彈性變形。稱為彈性變形。第三節(jié)第三節(jié) 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 塑性變形塑性變形 金屬在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不金屬在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。破壞的能力。 金屬變形過程：金屬變形過程： a a）金屬材料在外力作用下發(fā)生彈性變）金屬材料在外力作用下發(fā)

2、生彈性變形形 b b）當(dāng)外力超過一定值后產(chǎn)生塑性變形）當(dāng)外力超過一定值后產(chǎn)生塑性變形 c c）外力繼續(xù)加大，發(fā)生斷裂）外力繼續(xù)加大，發(fā)生斷裂 必須注意的是，塑性變形發(fā)生時(shí)一定伴隨有必須注意的是，塑性變形發(fā)生時(shí)一定伴隨有彈性變形的存在。當(dāng)外力去除后，彈性變形必將彈性變形的存在。當(dāng)外力去除后，彈性變形必將消失，即發(fā)生消失，即發(fā)生“彈復(fù)彈復(fù)”現(xiàn)象現(xiàn)象。彈復(fù)對(duì)某些壓力。彈復(fù)對(duì)某些壓力加工件（如彎曲件）的加工質(zhì)量有很大影響，必加工件（如彎曲件）的加工質(zhì)量有很大影響，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┮员ＷC產(chǎn)品質(zhì)量。須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┮员ＷC產(chǎn)品質(zhì)量。2 2、 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)1)1)單晶體塑性變

3、形單晶體塑性變形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片 在金屬塑性變形過程中，金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了滑移，晶粒間也產(chǎn)生了滑移并轉(zhuǎn)動(dòng)。 單晶體的剛性滑移單晶體的剛性滑移位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 孿生變形孿生變形2) 2) 多晶多晶體塑變體塑變 多晶體是由許多晶格位向不同的晶粒所組成的，其塑性變形可視為各個(gè)單晶體塑性變形的綜合效應(yīng)。 晶粒位向的影響晶粒位向的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)

4、生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形這種彈性變形便成為塑性變形晶便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相于晶粒間的這種相互約束，使得多晶互約束，使得多晶體金屬的塑性變形體金屬的塑性變形抗力提高?？沽μ岣?。 3 3.2.2.2.2塑性變形塑性變形對(duì)組織和性能的影響對(duì)組織和性能的影響一一.塑性變形塑性變形對(duì)金屬材料微觀組織的影響對(duì)金屬材料微觀組織的影響 纖維組織形成纖維組織形成。（1 1）產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象）產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象 隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象

5、稱性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化加工硬化。二二. . 塑性變形對(duì)金屬性能的影響塑性變形對(duì)金屬性能的影響（2 2）使金屬的性能產(chǎn)生各向異性）使金屬的性能產(chǎn)生各向異性l形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。(4) (4) 產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力使零件尺寸不穩(wěn)定；殘余壓應(yīng)壓應(yīng)力力可提高疲勞強(qiáng)度，殘余拉應(yīng)力拉應(yīng)力降低腐蝕性能。 內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力是由于金

6、屬受力時(shí)時(shí), 內(nèi)部變形不均勻而引起的。內(nèi)部變形不均勻而引起的。 內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力)。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間, (微觀內(nèi)微觀內(nèi)應(yīng)力應(yīng)力)。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 (3) (3) 影響金屬的物理、化學(xué)影響金屬的物理、化學(xué) 性能性能電阻增加，抗腐蝕性能降低。 加工硬化加工硬化是強(qiáng)是強(qiáng)化金屬的重要方化金屬的重要方法之一法之一。純金屬及某。純金屬及某些不能通過熱處理方法些不能

7、通過熱處理方法強(qiáng)化的合金，如低碳鋼、強(qiáng)化的合金，如低碳鋼、純銅、防銹鋁、奧氏體純銅、防銹鋁、奧氏體不銹鋼、高錳鋼等，可不銹鋼、高錳鋼等，可通過冷拔、冷軋、冷擠通過冷拔、冷軋、冷擠壓等工藝來提高其強(qiáng)度壓等工藝來提高其強(qiáng)度和硬度和硬度加工硬化在生產(chǎn)中加工硬化在生產(chǎn)中的的實(shí)用意義實(shí)用意義三、三、 冷變形鋼在加熱過程中組織和性能的變化冷變形鋼在加熱過程中組織和性能的變化隨著加熱溫度的升高冷變形鋼經(jīng)歷三個(gè)階段：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大。 1 回復(fù)階段：回復(fù)階段：基本上保持加工硬化基本上保持加工硬化效果效果 。（1 1）顯微組織形貌保持不變；（2 2）強(qiáng)度硬度略有降低，）強(qiáng)度硬度略有降

8、低， 內(nèi)應(yīng)力明顯下降；內(nèi)應(yīng)力明顯下降；（3 3）原子排列畸變程度減輕，空位劇烈減少，電阻明顯降低電阻明顯降低。（4)此階段稱為“去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火”組織隨加熱組織隨加熱溫度的變化溫度的變化T回=（0.250.3）T熔 2 2 再結(jié)晶：再結(jié)晶：溫度較高，加工硬化效果消除，恢復(fù)溫度較高，加工硬化效果消除，恢復(fù)材料的塑性變形能力。材料的塑性變形能力。 （1 1）組織：碎的，拉長(zhǎng)的晶粒）組織：碎的，拉長(zhǎng)的晶粒轉(zhuǎn)變細(xì)小的等軸晶粒。轉(zhuǎn)變細(xì)小的等軸晶粒。 （2 2）內(nèi)應(yīng)力：完全消失）內(nèi)應(yīng)力：完全消失 （3 3）性能：恢復(fù)塑性韌性，）性能：恢復(fù)塑性韌性，s sb、HB, HB, d d 、 （4 4）此階段

9、又稱再結(jié)晶退火。）此階段又稱再結(jié)晶退火。組織隨加熱組織隨加熱溫度的變化溫度的變化T再再=（0.4-0.5）T熔熔3.3.晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是這是一個(gè)自發(fā)的過程。一個(gè)自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580580C C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700700C C保溫保溫1010分后的組織分后的組織4.4.影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素： a a）變形程度）變形程度 很小時(shí)不發(fā)

10、生再結(jié)晶 2-8%晶粒特別粗大臨界變形程度 大于臨界變形程度，隨變形程度增加，晶粒顯著細(xì)化 b b）再結(jié)晶后狀態(tài)）再結(jié)晶后狀態(tài) 金屬在高溫下停留，晶粒長(zhǎng)大，力學(xué)性能變差四、冷變形、熱變形四、冷變形、熱變形 1 1、冷變形、冷變形 在再結(jié)晶溫度以下的變形。 對(duì)金屬冷變形將產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。（1）生產(chǎn)方法：冷沖壓、冷擠壓、冷軋、冷拔等（2）特點(diǎn)： a）位錯(cuò)密度上升顯著加工硬化 強(qiáng)度、硬度上升，韌、塑性下降 b）尺寸精度高、表面質(zhì)量好2 2、熱變形、熱變形 變形溫度高于再結(jié)晶溫度變形溫度高于再結(jié)晶溫度 （1 1）生產(chǎn)方式）生產(chǎn)方式：熱鍛、熱軋、熱擠壓 （2 2）坯料原始組織特征：）坯料原始組織特征：

11、晶粒粗大、組織不均勻、有氣孔、縮松、微裂紋、非金屬夾雜物等缺陷。（3 3）熱變形后的組織特征）熱變形后的組織特征： a）加工硬化和再結(jié)晶同時(shí)發(fā)生 b）冶金缺陷得到改善或消除 c）最終得到細(xì)小的等軸晶 d）組織致密，力學(xué)性能顯著提高 熱軋對(duì)晶粒組織的影響熱軋對(duì)晶粒組織的影響 舉例：鉛、錫在室溫下的加工屬于熱變形；鎢的再結(jié)晶溫度為1210，即使在1000的高溫下進(jìn)行的加工也屬于冷變形。五、鍛造流線與鍛造比五、鍛造流線與鍛造比 金屬的變形程度越大，纖維組織越明顯。變形程度用鍛造比Y鍛來表示。拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比：鐓粗時(shí)的鍛造比：FF0Y拔HH0Y鐓 當(dāng)鍛造比為25時(shí)，纖維組織愈來愈明顯，金屬呈現(xiàn)各向異性。鍛造流線：鍛造流線：鑄錠中分布在晶粒邊界上的雜質(zhì)，隨晶粒的變形被拉長(zhǎng)，而再結(jié)晶時(shí)金屬晶粒形狀改變，但雜質(zhì)依然沿著被拉長(zhǎng)的方向保留下來纖維組織（熱加工流線）。沿纖維方向強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高沿纖維方向強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性高垂直纖維方向強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性低。垂直纖維方向強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性低。 熱軋對(duì)晶粒組織的影響熱軋對(duì)晶粒組織的影響設(shè)計(jì)時(shí)要注意：設(shè)計(jì)時(shí)要注意：零件工作時(shí)：零件工作時(shí)： 最大拉應(yīng)力方向與流線方向重合最大拉應(yīng)力方向與流線方向重合 最大剪應(yīng)力或沖擊應(yīng)力方向與流線垂最大剪應(yīng)力或沖擊應(yīng)力方向與流線垂直直 流線能沿零件外形輪廓連續(xù)分布，不流線能沿零件外形