東南大學材料成型基礎(chǔ)第三章

1、第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.1單晶體和多晶體的塑性變形3.2金屬的形變強化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)第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.13.1單晶體和多晶體的塑性變形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?2.晶界對塑性變形的影響第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形 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)生彈性變形或破斷第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形 晶體只有在切

2、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第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形1.1.單晶體的滑移單晶體的滑移第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形鋅單晶體的滑移變形示意圖鋅單晶體的滑移變形示意圖滑移特點：滑移是在切應(yīng)力作用下完成的；滑移時移動的距離是原子間距的整數(shù)倍；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?；频膶嵸|(zhì)是位錯運動的結(jié)果。因此滑移的實際臨界切應(yīng)力遠遠大于理論臨界切應(yīng)力。第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的

3、塑性變形位錯運動位錯運動引起的滑移變形示意圖引起的滑移變形示意圖未變形未變形 彈性變形彈性變形 彈塑性變形彈塑性變形 塑性變形塑性變形第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形滑移面滑移面的確定的確定第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形常見金屬晶格中的主要滑移系常見金屬晶格中的主要滑移系體心立方體心立方晶格晶格 面心立方面心立方晶格晶格 密排六方晶格密排六方晶格(110)*6 (111)*4 底面底面*1111*2 110*3 底面對角線底面對角線*36*2 4*3 1*3第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形2.2.孿生孿生*試比較滑試比較滑移和孿生的移和孿生的異

4、同點異同點第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形1.1.晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懢ЯＨ∠驅(qū)λ苄宰冃蔚挠绊?在多晶體中，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,即強度高.第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形多晶體塑性變形示意圖多晶體塑性變形示意圖第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形2.2.晶界對

5、塑性變形的影響晶界對塑性變形的影響第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.23.2金屬的形變強化金屬的形變強化3.2.1形變強化現(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)降低工件的耐蝕性第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.2.13.2.1形變強化現(xiàn)象形變強化現(xiàn)象 定義:金屬經(jīng)過冷態(tài)下的塑性變形(冷加工)后,其強度、硬度提高,而塑性、韌性降低的現(xiàn)象叫做形變強化,或加工硬化

6、或冷作硬化.形變強化還使物理、化學性能發(fā)生變化,如電阻增大,耐蝕性降低.在冷加工時,形變強化使金屬塑性降低,進一步加工困難,應(yīng)安排中間退火工藝.第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.33.3塑性變形金屬在加熱時組織和性能變化塑性變形金屬在加熱時組織和性能變化3.3.1回復 T回=（0.250.3)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)力和形變強化現(xiàn)象3.3.3晶粒長

7、大3.3.4冷變形和熱變形3.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形形變強化金屬的回復和再結(jié)晶示意圖形變強化金屬的回復和再結(jié)晶示意圖第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形晶粒長大示意圖臨界變形度臨界變形度織構(gòu)織構(gòu)第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.3.43.3.4冷加工冷加工和和熱加工熱加工在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)生形變強化,進一步變形困難;熱加工消除了形變強化現(xiàn)象,若對鑄錠進行熱加工,能使鑄錠的氣孔及縮松焊合、提高致密度、并能細化晶粒,還能形成纖維組織.第第3章章 金屬材料的塑性變

8、形金屬材料的塑性變形3.3.53.3.5金屬纖維組織及其應(yīng)用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。第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形纖維組織的應(yīng)用纖維組織的應(yīng)用第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形3.43.4塑性加工性能及影響因素塑性加工性能及影響因素3.4.1塑性加工性能及其指標 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)的影響第第3章章 金屬材料的塑性變

9、形金屬材料的塑性變形變形溫度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。第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形金 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

10、 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表表1 常用金屬材料的鍛造溫度范圍常用金屬材料的鍛造溫度范圍 第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形變形速度的影響變形速度的影響塑性、變形抗塑性、變形抗力力第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響 擠壓時金屬應(yīng)力狀態(tài)擠壓時金屬應(yīng)力狀態(tài) 拉拔時金屬應(yīng)力狀態(tài)拉拔時金屬應(yīng)力狀態(tài)第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形本章小結(jié)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)力的作用下進行的，塑性變形將產(chǎn)生形變強化，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)生回復或再結(jié)晶及晶粒長大，其形變強化現(xiàn)象消除。第第3章章 金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形思考題思考題1.塑性變形的機理是什么？2.碳鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)變