第三章金屬的塑性變形

1、壓力加工方法示意圖壓力加工方法示意圖第三章第三章 金屬的塑性變形金屬的塑性變形彈性變形：應(yīng)力去掉后，變彈性變形：應(yīng)力去掉后，變形完全恢復(fù)原狀。在彈性變形完全恢復(fù)原狀。在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間服從虎克定律。間服從虎克定律。彈塑性變形：應(yīng)力去掉后，彈塑性變形：應(yīng)力去掉后，變形不能恢復(fù)原狀變形不能恢復(fù)原狀斷裂：韌性斷裂、脆性斷裂斷裂：韌性斷裂、脆性斷裂韌性斷口韌性斷口脆性解理斷口脆性解理斷口任何外力都可以分解為：任何外力都可以分解為： 一個(gè)正應(yīng)力一個(gè)正應(yīng)力( ) 一個(gè)切應(yīng)力一個(gè)切應(yīng)力()正應(yīng)力正應(yīng)力_伸長(zhǎng)、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂切應(yīng)力切應(yīng)力_塑性變形塑性變形外力在晶面上的分

2、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塑性變形主要方式：滑移、孿生塑性變形主要方式：滑移、孿生滑移變形在晶體表面留下變形痕跡滑移變形在晶體表面留下變形痕跡孿晶變形在晶體內(nèi)部留下變形痕跡孿晶變形在晶體內(nèi)部留下變形痕跡 單晶體單晶體 彈性變形彈性變形 滑移變形滑移變形 孿生變形孿生變形滑移是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分滑移是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。移方向）相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料滑移的實(shí)現(xiàn)是借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。

3、滑移的實(shí)現(xiàn)是借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。位錯(cuò)在外加切應(yīng)力的作用下移動(dòng)至晶體表面位錯(cuò)在外加切應(yīng)力的作用下移動(dòng)至晶體表面 一個(gè)原子間距的滑移臺(tái)階一個(gè)原子間距的滑移臺(tái)階 塑性變形塑性變形平面位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)平面位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 3D位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性。種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性?；凭€：晶體表面的滑移臺(tái)階滑移線：晶體表面的滑移臺(tái)階滑移帶：大量的滑移線組成滑移帶：大量的滑移

4、線組成表明了晶體塑性變形的不表明了晶體塑性變形的不均勻性，滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，均勻性，滑移只是集中發(fā)生在一些晶面上，而滑移帶或滑移線之間的晶體層片則未產(chǎn)生而滑移帶或滑移線之間的晶體層片則未產(chǎn)生變形，只是彼此之間作相對(duì)位移而已。變形，只是彼此之間作相對(duì)位移而已?；泼妫壕w中能夠發(fā)生滑移的晶面滑移面：晶體中能夠發(fā)生滑移的晶面滑移方向：晶體中能夠發(fā)生滑移的晶向滑移方向：晶體中能夠發(fā)生滑移的晶向滑移面和滑移方向往往滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中是金屬晶體中滑移系：一個(gè)滑移面和其上一個(gè)滑移方向滑移系：一個(gè)滑移面和其上一個(gè)滑移方向的組合的組合滑移系數(shù)目：晶體內(nèi)可能滑移的滑移面數(shù)滑移系數(shù)目：晶

5、體內(nèi)可能滑移的滑移面數(shù)和滑移方向數(shù)的乘積和滑移方向數(shù)的乘積在其他條件相同時(shí)，晶體中的滑移系愈多，在其他條件相同時(shí)，晶體中的滑移系愈多，材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明顯。更明顯。一個(gè)滑移面一個(gè)滑移面和其上的一和其上的一個(gè)滑移方向個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移滑移面面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶滑移常沿晶體中原子

6、密度最大的晶面和晶向發(fā)生（在滑移系中進(jìn)行）向發(fā)生（在滑移系中進(jìn)行） 滑移量是滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，滑移量是滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，滑移結(jié)果在晶體的表面上造成臺(tái)階?；平Y(jié)果在晶體的表面上造成臺(tái)階。 滑移的同時(shí)必然伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)?；频耐瑫r(shí)必然伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶相對(duì)于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變的變形過程。向（孿生方向）發(fā)生切變的變形過程。金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對(duì)稱關(guān)系。兩側(cè)形成鏡面對(duì)稱關(guān)系

7、。發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。孿晶。孿生帶的晶格位向發(fā)孿生帶的晶格位向發(fā)生變化，發(fā)生孿生時(shí)生變化，發(fā)生孿生時(shí)各原子移動(dòng)的距離是各原子移動(dòng)的距離是不相等的。不相等的。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生

8、錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶黃銅中的孿晶黃銅中的孿晶鋅中的孿晶鋅中的孿晶二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。多晶界，變形復(fù)雜。2 2、多晶體的塑性變形、多晶體的塑性變形（A A）晶界的影響）晶界的影響 晶界起強(qiáng)化作用晶界起強(qiáng)化作用（ B B）晶粒位向的影響）晶粒位向的影響 軸向拉力軸向拉力F F，試樣橫截面積，試樣橫截面積A , A , 外力外力F F作用在滑移面上

9、，沿滑作用在滑移面上，沿滑 移移方向的分切應(yīng)力為方向的分切應(yīng)力為: : 多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。且存在許多晶界，變形復(fù)雜。5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%變形變形10% 10010% 100變形變形40% 10040% 100 變形變形80%80%纖維組織纖維組織100100 工業(yè)純鐵不同變形度的顯微組織工業(yè)純鐵不同變形度的顯微組織加工硬化（形變強(qiáng)化加工硬化（形變強(qiáng)化強(qiáng)化材料的手強(qiáng)化材料的手段之一）段之一）加工硬化的意義：加工硬化的意義：

10、（1）具有一定抗偶然過載的能力，保）具有一定抗偶然過載的能力，保證安全；證安全；（2）是冷變形工件成型的重要因素；）是冷變形工件成型的重要因素；（3）強(qiáng)化金屬的重要工藝手段。）強(qiáng)化金屬的重要工藝手段。（2 2）織構(gòu)）織構(gòu)絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，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。性能出現(xiàn)各向異性。晶粒拉長(zhǎng)，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長(zhǎng)，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長(zhǎng)，且出現(xiàn)晶粒拉長(zhǎng)，且出現(xiàn)織構(gòu)織構(gòu)。n（1 1）絲織構(gòu)）絲織構(gòu) （2 2）板織構(gòu)）板織構(gòu)n變壓器鐵芯的硅鋼片，沿變壓器鐵芯的硅鋼片，沿100100方向最易磁化，采用這種織方向最易磁化，采用這種織構(gòu)的板材，鐵

11、損減小。構(gòu)的板材，鐵損減小。制耳現(xiàn)象制耳現(xiàn)象各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度 T T再再純金屬純金屬T T再再 =0.4 T=0.4 T熔熔合金合金T T再再 = =（0.5 0.70.5 0.7）T T熔熔溫度單位：絕對(duì)溫度溫度單位：絕對(duì)溫度( K )( K )預(yù)變形度對(duì)預(yù)變形度對(duì)T T再再的影響的影響r r R 冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織分后的組織、名詞解釋、名詞解釋二二、簡(jiǎn)答題、簡(jiǎn)答題1 1、金屬塑性變形的主要方式和實(shí)質(zhì)、金屬塑性變形的主要方式和實(shí)質(zhì)? ?回復(fù)回復(fù) 再結(jié)晶再結(jié)晶加工硬化加工硬化熱加工熱加工 冷加工冷加工2 2、什么是細(xì)晶強(qiáng)化？其強(qiáng)化原理？、什么是細(xì)晶強(qiáng)化？其強(qiáng)化原理？3 3、回復(fù)和再結(jié)晶對(duì)塑性變形后金屬性能帶來什么影響、回復(fù)和再結(jié)晶對(duì)塑性變形后金屬性能帶來什么影響? ?4 4、鋼熱鍛和熱軋后是