六金屬的塑性變形

1、金屬的塑性變形金屬的塑性變形一.金屬的塑性變形方式二.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響三.塑性變形對金屬性能的影響四.塑性變形后的金屬在加熱時 組織和性能的變化五.金屬的熱加工金屬的塑性加工金屬的塑性加工 金屬材料通過冶煉、鑄造,獲得鑄錠后,可通過塑性加工的方法獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的型材、材、管材或線材,零件毛坯或零件. 塑性加工包括鍛造、軋制、 擠壓、拉拔、沖壓等方法. 金屬在承受塑性加工時,產(chǎn)生塑性變形,這對金屬的組織、結(jié)構(gòu)和性能會產(chǎn)生重要的影響. 一.金屬的塑性變形方式1. 滑移 滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對于另一部分

2、發(fā)生滑動。 滑移面為晶體的密排面,滑移方向為滑移面上的密排方向,這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大,結(jié)合力最弱. 一個滑移面與其上的一個滑移方向組成一個滑移系.滑移系越多,金屬發(fā)生滑移的可能性越大,塑性就越好.滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?所以面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好. 體心立方晶格滑移面滑移方向62=12面心立方晶格密排六方晶格43=1213=3滑移系滑移系滑移的位錯機(jī)制1.位錯運動造成滑移 滑移是晶體內(nèi)部位錯沿著滑移面逐步運動的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體的相對滑動,而是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。 2.塑性變形使位錯大量增殖2. 孿生 在切應(yīng)力作

3、用下晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)發(fā)生切變的變形過程稱孿生。 發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶體稱為孿晶。孿晶與未變形部分晶體原分布形成對稱。 孿生所需的臨界切應(yīng)力比滑移的大得多。孿生只在滑移很難進(jìn)行的情況下才發(fā)生。體心立方晶格金屬（如鐵）在室 溫或受沖擊時才發(fā)生孿 生。而滑移系較少的密 排六方晶格金屬如鎂、 鋅、鎘等, 則比較容易 發(fā)生孿生。 二.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響（1）晶粒發(fā)生變形 晶粒沿形變方向被拉長或壓扁. 金屬中的夾雜物形成纖維組織.（2）亞結(jié)構(gòu)形成 金屬經(jīng)大的塑性變形時,由于 位錯的密度增大和發(fā)生交互作用, 大量位錯堆積在局部地區(qū), 并相互

4、纏結(jié), 形成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。（3）形變織構(gòu)產(chǎn)生 金屬塑性變形大于70%時, 由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動, 使各晶粒的位向趨近于一致, 形成特殊的擇優(yōu)取向, 這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。 三.塑性變形對金屬性能的影響（1）產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力(外力去除后,金屬內(nèi)部殘留下來的應(yīng)力) 由于在發(fā)生塑性變形時, 金屬各部分變形不均勻(宏觀內(nèi)應(yīng)力), 晶粒或亞晶粒變形不均勻(微觀內(nèi)應(yīng)力),位錯、空位等晶體缺陷增多,造成點陣畸變. 金屬內(nèi)部會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力(1:10:100). 殘余內(nèi)應(yīng)力會使金屬的耐腐蝕性能降低,嚴(yán)重時可導(dǎo)致零件變形或開裂. 齒輪等零件,如表

5、面通過噴丸處理,可產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力,可提高疲勞強(qiáng)度。（2）形變強(qiáng)化 (加工硬化) 金屬發(fā)生塑性變形, 隨變形度的增大, 金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高, 塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。產(chǎn)生原因：金屬發(fā)生塑性變形時, 位錯密度增加, 位錯間的交互作用增強(qiáng), 相互纏結(jié), 造成位錯運動阻力的增大, 引起塑性變形抗力提高. 晶粒破碎細(xì)化.（3）產(chǎn)生各向異性 由于纖維組織和形變織構(gòu)的形成, 使金屬的性能產(chǎn)生各向異性。 沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性高。（4）物理化學(xué)性能變化 電阻增大, 耐蝕性降低.四四.塑性變形后的金屬在加熱時塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化組織和性能的變化 一.回復(fù) (去應(yīng)

6、力退火) 變形后的金屬在較低溫度T=(0.250.3)T熔點(K) 加熱,發(fā)生回復(fù)。由于加熱溫度不高, 原子擴(kuò)散能力不大, 只是晶粒內(nèi)部位錯、空位、間隙原子等缺陷通過移動、復(fù)合消失而大大減少,晶粒仍保持變形后的形態(tài),顯微組織不發(fā)生明顯變化.此時材料的強(qiáng)度和硬度只略有降低,塑性稍有增高,但殘余應(yīng)力則大大降低. 二、再結(jié)晶 1. 再結(jié)晶過程及其對金屬組織、性能的影響 變形后的金屬在較高溫度加熱時,由于原子擴(kuò)散能力增大,被拉長或壓扁、破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶(晶格類型無變化)的過程稱為再結(jié)晶.再結(jié)晶后加工硬化現(xiàn)象完全消除. 2.最低再結(jié)晶溫度 用冷塑性變形量大于70%的

7、金屬,經(jīng)一小時加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示. T再=(0.350.4)T熔點 (K)3.影響最低再結(jié)晶溫度的因素： (1)預(yù)先變形度 金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大, 金屬的晶體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定, 最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后, 金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。 (2)雜質(zhì)和合金元素 由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點元素, 阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。(3)加熱速度和保溫時間 再結(jié)晶是一個擴(kuò)散過程, 需要一定時間才能完成。提高加熱速度會使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生, 而保溫時間越長, 再結(jié)晶溫度越低。

8、(4)熔點4.影響再結(jié)晶退火后晶粒度的主要因素：(1)預(yù)先變形度 變形度的影響主要與金屬變形的均勻度有關(guān)。變形越不均勻, 再結(jié)晶退火后的晶粒越大。 變形度很小時，因不足以引起再結(jié)晶，晶粒不變。 當(dāng)變形度達(dá)到210%時，金屬中少數(shù)晶粒變形，變形分布很不均勻，所以再結(jié)晶時生成的晶核少，晶粒大小相差極大，非常有利于晶粒發(fā)生吞并過程而很快長大，結(jié)果得到極粗大的晶粒。使晶粒發(fā)生異常長大的變形度稱作臨界變形度。生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在臨界變形度范圍內(nèi)的塑性變形加工。 超過臨界變形度之后，隨變形度的增大，晶粒的變形更加強(qiáng)烈和均勻，再結(jié)晶核心越來越多，因此再結(jié)晶后的晶粒越來越細(xì)小。 但是當(dāng)變形度過大（約90%)時,

9、 晶?？赡茉俅纬霈F(xiàn)異常長大,一般認(rèn)為它是由形變織構(gòu)造成的。（2）加熱溫度 加熱溫度越高, 原子擴(kuò)散能力越強(qiáng), 則晶界越易遷移, 晶粒長大也越快。5.再結(jié)晶退火溫度 為了縮短處理時間,實際采用的再結(jié)晶退火溫度要比最低再結(jié)晶溫度高100200三、晶粒長大 再結(jié)晶完成后的晶粒是細(xì)小的, 但如果繼續(xù)加熱, 加熱溫度過高或保溫時間過長時, 晶粒會明顯長大, 最后得到粗大晶粒的組織, 使金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等機(jī)械性能都顯著降低。 當(dāng)金屬變形較大, 產(chǎn)生織構(gòu), 含有較多的雜質(zhì)時, 晶界的遷移將受到阻礙, 因而只會有少數(shù)處于優(yōu)越條件的晶粒(例如尺寸較大, 取向有利等)優(yōu)先長大, 迅速吞食周圍的大量小晶

10、粒,最后獲得晶粒異常粗大的組織,稱為二次再結(jié)晶,大大降低金屬的機(jī)械性能。五.金屬的熱加工 在金屬的再結(jié)晶溫度以上(下)的塑性變形加工稱為熱(冷)加工.鋼材的熱鍛和熱軋,由于溫度處于再結(jié)晶溫度以上,金屬材料發(fā)生塑性變形后,隨即發(fā)生再結(jié)晶過程.因此塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除,使材料保持良好的塑性狀態(tài).（1）熱加工能使鑄態(tài)金屬中的氣孔 疏松 微裂紋焊合,提高金屬的致密度,減輕或消除樹枝晶偏析和改善夾雜物 第二相的分布等,提高金屬的機(jī)械性能,特別是韌性和塑性. （2）熱加工能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，并通過再結(jié)晶獲得等軸細(xì)晶粒,而使金屬的機(jī)械性能全面提高.但這與熱加工的變形量和加工終了溫度關(guān)系很大,一般來說變形量應(yīng)大些,加工終了溫度要低些. (3）熱加工能使金屬中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物和第二相沿金屬流動方向被拉長,形成 “流線”和帶狀組織,使金屬的機(jī)械性能特別是塑性和韌性具有明顯的方向性,縱向性能顯著大于橫向性能。 作業(yè)一.術(shù)語解釋10：滑移、孿晶、回復(fù)、再結(jié)晶、形變強(qiáng)化、加工硬化、熱加工、冷加工、形變織構(gòu)、殘余內(nèi)應(yīng)力二.填空 是非判斷 選擇題：P9-2(6)(7)(8)(9)(10).P10-3(6)(7)(8)(9)(10).P11-4(5) 三.綜合分析題6：33.P14-5(14)34.P14-5(15)35.P14-5(16)36