塑性變形課件

1、塑性變形 第四章第四章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 1. 1. 金屬及合金的塑性變形；金屬及合金的塑性變形； 2. 2. 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； 3. 3. 變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶；變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶； 4. 4. 金屬的熱加工。金屬的熱加工。 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握 1. 1. 金屬的變形及其本質(zhì)；金屬的變形及其本質(zhì)； 2.2. 塑性變形對(duì)金屬材料的組織和性能的影響；塑性變形對(duì)金屬材料的組織和性能的影響； 3.3. 經(jīng)冷變形的金屬，在加熱時(shí)的組織和性能的經(jīng)冷變形的金屬，在加熱時(shí)的組織和性能的變化；變化； 4. 4. 內(nèi)應(yīng)力的

2、產(chǎn)生及危害。內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生及危害。塑性變形 4.1 金屬的塑性變形金屬的塑性變形u塑性變形塑性變形：外力去除后，永久殘留的變形：外力去除后，永久殘留的變形 單晶體的塑變的主要形式單晶體的塑變的主要形式滑移孿晶滑移孿晶（一）單晶體金屬的塑性變形（一）單晶體金屬的塑性變形塑性變形u 滑移滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。u 滑移的特點(diǎn)：滑移的特點(diǎn)： 滑移線和滑移帶滑移線和滑移帶1. 只在切應(yīng)力作用下發(fā)生；只在切應(yīng)力作用下發(fā)生；2. 沿

3、原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）進(jìn)沿原子密度最大的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）進(jìn)行行 ；滑移系越多，塑性變形越好；滑移系越多，塑性變形越好3. 相對(duì)位移量總是該方向相對(duì)位移量總是該方向上原子間距的整數(shù)倍上原子間距的整數(shù)倍塑性變形4. 滑移伴隨著晶體轉(zhuǎn)動(dòng)；滑移伴隨著晶體轉(zhuǎn)動(dòng)； 拉伸拉伸時(shí)時(shí), ,滑移面和滑移方滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向向趨于平行于力軸方向 壓縮壓縮時(shí)，滑移面逐漸趨時(shí)，滑移面逐漸趨于垂直于壓力軸線。于垂直于壓力軸線。塑性變形5. 滑移是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的滑移是通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的塑性變形（二）多晶體金屬的塑性變形（二）多晶體金屬的塑性變形1. 1. 與單

4、晶體塑變的異同與單晶體塑變的異同同：都主要依靠滑移同：都主要依靠滑移異：存在不同時(shí)性，需相互協(xié)調(diào)異：存在不同時(shí)性，需相互協(xié)調(diào)2. 2. 塑變過(guò)程：塑變過(guò)程： 軟取向的晶粒先滑移軟取向的晶粒先滑移晶界處位錯(cuò)塞積晶界處位錯(cuò)塞積產(chǎn)生應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)力集中集中相鄰晶?；葡噜従Я；?滑移系數(shù)目越多越有利塑變滑移系數(shù)目越多越有利塑變3. 3. 晶粒細(xì)化：晶粒細(xì)化：強(qiáng)度強(qiáng)度，塑韌性，塑韌性塑性變形 4.2 合金的塑性變形與強(qiáng)化合金的塑性變形與強(qiáng)化 d. d. 化合物化合物 即第二相即第二相 第二相強(qiáng)化（彌第二相強(qiáng)化（彌散強(qiáng)化）散強(qiáng)化） 1 1金屬及合金的強(qiáng)度金屬及合金的強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度ss越高，其抵抗塑

5、性變形的能力越高，其抵抗塑性變形的能力就越高。就越高。 2. 2. 阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要因素阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要因素 a. a. 晶界晶界 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化 b. b. 固溶固溶 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 c. c. 位錯(cuò)增加位錯(cuò)增加加工硬化（形變強(qiáng)化）加工硬化（形變強(qiáng)化）網(wǎng)狀分布網(wǎng)狀分布；片狀分布片狀分布，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻合金第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻合金的強(qiáng)度、硬度越高的強(qiáng)度、硬度越高塑性變形珠光體珠光體含含1.4%C鋼的組織鋼的組織第二相形狀、分布第二相形狀、分布網(wǎng)狀分布網(wǎng)狀分布層片狀分布層片狀分布塑性變形4.3 塑性變形對(duì)金屬組織及性能影響塑性變形對(duì)金屬組織及性能影響4.3.14.3.1

6、塑性變形對(duì)組織影響塑性變形對(duì)組織影響 1.1. 晶粒變形晶粒變形 纖維組織纖維組織 塑性變形2.2. 晶粒破碎晶粒破碎 亞晶界亞晶界3.3. 形變織構(gòu)形變織構(gòu) 擇優(yōu)取擇優(yōu)取向向 塑性變形4.3.24.3.2 塑性變形對(duì)性能的影響塑性變形對(duì)性能的影響 1. 1. 性能具有方向性性能具有方向性 軸向強(qiáng)度和塑性高于橫向軸向強(qiáng)度和塑性高于橫向 2.2. 加工硬化加工硬化 1 1）加工硬化加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。強(qiáng)化金屬的重要途徑強(qiáng)化金屬的重要途徑； 2 2）利

7、弊）利弊 利：材料加工成型的保證。利：材料加工成型的保證。 弊：變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大；弊：變形阻力提高，動(dòng)力消耗增大； 脆斷危險(xiǎn)性提高。脆斷危險(xiǎn)性提高。塑性變形1. 1. 內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力：外力去除后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。外力去除后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。2. 2. 三種三種內(nèi)內(nèi)：a. a. 宏觀宏觀 內(nèi)內(nèi), , 或一類或一類 內(nèi)內(nèi)： 金屬各部位（如表層或心部）金屬各部位（如表層或心部） 變形不均勻所造成的。變形不均勻所造成的。 b. b. 微觀微觀 內(nèi)內(nèi), , 或第二類或第二類 內(nèi)內(nèi)： 晶粒之間或晶內(nèi)各部分晶粒之間或晶內(nèi)各部分 變形不均引起的變形不均引起的 內(nèi)內(nèi)。c. c.

8、晶格畸變晶格畸變 內(nèi)內(nèi), , 或第三類或第三類 內(nèi)內(nèi)： 晶體缺陷引起的。晶體缺陷引起的。3. 3. 內(nèi)內(nèi)對(duì)材料影響對(duì)材料影響： a. a. 一類、二類不利，引起金屬變形，使耐磨性下降。一類、二類不利，引起金屬變形，使耐磨性下降。 b. b. 三類，形變亞結(jié)構(gòu)，加工硬化三類，形變亞結(jié)構(gòu)，加工硬化 ，強(qiáng)化的主要原因。，強(qiáng)化的主要原因。4. 4. 消除消除：去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火4.3.3 4.3.3 殘余內(nèi)應(yīng)力（約占變形功的殘余內(nèi)應(yīng)力（約占變形功的10%10%）塑性變形4.4 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶冷變形在加熱時(shí)的冷變形在加熱時(shí)的組織和性能的變化組織和性能的變化 對(duì)冷變形金屬加對(duì)冷變形金屬加熱使原

9、子擴(kuò)散能力熱使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次增加，金屬將依次發(fā)生發(fā)生回復(fù)回復(fù)、再結(jié)晶再結(jié)晶和和晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 塑性變形1.1. 回回 復(fù)復(fù)定定 義義在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中點(diǎn)缺陷及位在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)的近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化錯(cuò)的近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化特特 點(diǎn)點(diǎn)組織變化不明顯，強(qiáng)度、硬度略有下降，塑組織變化不明顯，強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高；但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降性略有提高；但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降工業(yè)上利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定工業(yè)上利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織有保留了加工硬化，這種熱處理方法稱為組織有保留了加

10、工硬化，這種熱處理方法稱為去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火塑性變形2.2. 再再 結(jié)結(jié) 晶晶1 1）定定 義義冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程冷塑性變形金屬冷塑性變形金屬加加 熱熱原子活動(dòng)能力增大原子活動(dòng)能力增大晶粒的形狀晶粒的形狀發(fā)生變化發(fā)生變化2 2）特）特 點(diǎn)點(diǎn) 再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程 再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相同再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相同 金屬的強(qiáng)度、硬度下降，韌性提高，加工硬化消失金屬的強(qiáng)度、硬度下降，韌性提高，加工硬化消失塑性變形3）再結(jié)晶溫度）再結(jié)晶溫度定定 義義發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度發(fā)

11、生再結(jié)晶的最低溫度再結(jié)晶在一再結(jié)晶在一個(gè)溫度范圍個(gè)溫度范圍內(nèi)完成內(nèi)完成經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式工業(yè)純金屬： T再 0.4T熔（K）影響因素影響因素變形量變形量 金屬純度金屬純度保溫時(shí)間保溫時(shí)間T再塑性變形 定義定義：為消除加工硬化而進(jìn)行的熱處理稱再結(jié)晶退火處。：為消除加工硬化而進(jìn)行的熱處理稱再結(jié)晶退火處。 退火溫度退火溫度：T再再+100 200 。再結(jié)晶退火的應(yīng)用再結(jié)晶退火的應(yīng)用： 恢復(fù)變形能力恢復(fù)變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性 4）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火塑性變形再結(jié)晶結(jié)束后繼續(xù)升溫或保溫，晶粒之間便會(huì)相互吞再結(jié)晶結(jié)束后繼續(xù)升溫或保溫，晶粒

12、之間便會(huì)相互吞并而長(zhǎng)大，這一階段稱為晶粒長(zhǎng)大。并而長(zhǎng)大，這一階段稱為晶粒長(zhǎng)大。 3. 3. 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大塑性變形4.5 金屬的熱加工金屬的熱加工1.1.冷熱加工的區(qū)別冷熱加工的區(qū)別冷變形：冷變形： 金屬在再結(jié)晶溫度以下的變形金屬在再結(jié)晶溫度以下的變形 金屬在變形過(guò)程中無(wú)再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬具金屬在變形過(guò)程中無(wú)再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬具有冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象；有冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象； 冷變形的變形程度不宜過(guò)大，否則發(fā)生破裂；冷變形的變形程度不宜過(guò)大，否則發(fā)生破裂； 冷變形使金屬獲得較高的強(qiáng)度、硬度和低粗糙度值冷變形使金屬獲得較高的強(qiáng)度、硬度和低粗糙度值冷變形的特點(diǎn)冷變形的特點(diǎn)塑性變形 熱加工所產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所熱加工所產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會(huì)帶來(lái)加工硬化的效果抵消，因而熱加工不會(huì)帶來(lái)加工硬化的效果熱變形的特點(diǎn)熱變形的特點(diǎn): :熱變形熱變形： 金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形 變形后，金屬具有再結(jié)晶組織、而無(wú)冷變形強(qiáng)化痕跡；變形后，金屬具有再結(jié)晶組織、而無(wú)冷變形強(qiáng)化痕跡； 在熱變形的情況下，