《金屬材料與熱處理》第三章金屬的塑性變形對組織性能ppt課件

1、學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響一、了解塑性變形的本質(zhì)，單晶體金屬塑性變形的主要外形；二、了解壓力加工對金屬組織與性能的影響；三、了解冷加工和熱加工的區(qū)別；四、了解斷裂的方式和緣由。1學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響塑性變形的定義 金屬或合金在外力作用下，都能或多或少地發(fā)生變形，去除外力后，永遠殘留的那部分變形叫塑性變形。塑性變形對運用性能和加工性能的影響： 抵抗塑性變形是普通工程構件的根本要求，不希望構造件在承載時產(chǎn)生不可恢復的塑性變形； 塑性變形是金屬資料的一種重要加工成形方法，在資料加工過程中，人們希望它易于加工變形。塑性變形還可改動資料內(nèi)部組織與構造并影響其宏觀性能

2、。2學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1第一節(jié) 金屬的塑性變形1、單晶體的塑性變形2、多晶體的塑性變形3、合金的塑性變形3學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1塑性加工包括鍛造、軋制、 擠壓、拉拔、沖壓等方法。4學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1滑移晶體在切應力的作用下，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)相對于另一部分發(fā)生滑動叫滑移。 一、單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形根本方式：滑移、孿生 1. 滑移 5學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1滑移特征(1) 滑移是在切應力作用下發(fā)生的：當切應力超越彈性極限，晶體上下

3、部分產(chǎn)生相對滑移。當應力足夠大，晶體就會發(fā)生斷裂。6學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1(2).滑移的結果是使晶體外表構成臺階，產(chǎn)生滑移線和滑移帶。7學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1滑移面、滑移方向：晶體中易發(fā)生滑移的晶面和晶向分別稱為。2、滑移面、滑移方向和滑移系晶體滑移大多優(yōu)先發(fā)生在原子密度最大的晶面上；滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的能夠性越大，塑性就越好；滑移方向對滑移所起的作用比滑移面作用大；面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好；8學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1塑性對比：面心立方體心立方密排六方金屬三種常見晶格的滑移系 13 =

4、3 43 = 12 62 = 12滑移系 3個 3個 2個每個滑移面上的滑移方向0001 1個111 4個110 6個滑移面 密排六方晶格 面心立方晶格體心立方晶格 晶 格 9學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1課堂思索題1、滑移是在 的作用下發(fā)生的。2、常溫下金屬塑性變形的主要方式有和。3、體心立方晶格和面心立方晶格，哪種的塑性好一些？10學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.13. 孿生變形在切應力作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)生切變的變形過程發(fā)生切變后位向改動的一部分晶體稱為孿晶；孿晶與未變形部分晶體原子分布對稱。11學習

5、情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1孿生變形過程表示圖12學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1孿生所需的臨界切應力比滑移的大得多，孿生只在滑移很難進展的情況下才發(fā)生；滑移系較少的密排六方晶格金屬如鎂、鋅、鎘等, 容易發(fā)生孿生；體心立方晶格金屬如鐵在低溫或受沖擊時才發(fā)生孿生。 孿生變形的特征：13學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1晶格取向：滑移前后晶格方向不變，孿生后晶格方向發(fā)生變化；發(fā)生條件：孿生所需的臨界切應力比滑移的大得多，孿生只在滑移很難進展的情況下才發(fā)生。 滑移與孿生的區(qū)別：14學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1 二、多晶體的塑性

6、變形工程上運用的金屬絕大部分是多晶體；多晶體中每個晶粒的變形根本方式與單晶體一樣；多晶體資料中，各個晶粒位向不同，存在許多晶界，變形要復雜得多。1. 晶界的影響晶界上原子陳列不很規(guī)那么, 妨礙位錯的運動, 使變形抗力增大；金屬晶粒越細，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強度和塑性就越大；提示：細晶強化是金屬的一種很重要的強韌化手段。15學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1 2. 變形的不均勻性晶粒的位向不同，變形有先后；隨著外力的添加，滑移是分批逐次進展的。應力分布有變化，呵斥不均勻變形。16學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1三、合金的塑性變形 合金的組成相為固溶體時

7、，溶質(zhì)原子會呵斥晶格畸變，添加滑移抗力，產(chǎn)生固溶強化，塑性變形才干降低。 溶質(zhì)原子經(jīng)常分布在位錯附近，降低了位錯附近的晶格畸變，使位錯易動性減小，形變抗力添加，強度升高。17學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1課堂思索題1、孿生是在 的作用下發(fā)生的。2、晶體滑移優(yōu)先發(fā)生在原子密度的面上。3、孿生變形之后，晶格方向變化。4、為什么晶粒越細，資料的塑性、強度越好？18學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2第二節(jié) 壓力加工對金屬組織與性能的影響19學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2一、冷塑性變形對金屬組織和性能的影響1.金屬組織的變化1晶粒發(fā)生變形 晶粒沿形

8、變方向被拉長或壓扁；變形量很大時, 晶粒變成細條狀(拉伸時), 金屬中的夾雜物也被拉長, 構成纖維組織。變形前變形后20學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.1塑性變形中的組織變化75變形細條狀纖維組織50變形拉長或壓扁的晶粒25變形滑移線未變形原始晶粒21學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.22亞構造構成 金屬經(jīng)大的塑性變形時, 位錯密度增大, 大量位錯堆積在部分地域, 相互纏結, 構成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 產(chǎn)生亞晶粒。 金屬經(jīng)變形后的亞構造22學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2 3變形織構 金屬本來是偽各向同性，但金屬

9、塑性變形到一定程度時, 由于晶粒發(fā)生轉動, 使各晶粒的位向趨近于一致,導致各向異性的產(chǎn)生，這種有序化的構造叫做變形織構。 按照產(chǎn)品外形，變形織構可分為：絲織構和板織構23學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2形變織構表示圖絲織構 各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。低碳鋼經(jīng)大變形量冷拔后, 其100平行于拔絲方向;板織構 各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向。低碳鋼的板織構為001110。24學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.225學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.22.金屬性能的影響1力學性能金屬發(fā)生塑性變形, 隨變形度增大, 金屬的強度和硬度顯著升高,

10、塑性和韌性明顯下降。這種景象稱為形變硬化。工程運用：在消費中可經(jīng)過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強度。26學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2產(chǎn)生形變硬化的緣由: 塑性變形時, 位錯密度添加, 位錯間的交互作用加強, 相互纏結, 位錯運動阻力增大, 塑性變形抗力提高；同時晶粒破碎細化, 強度提高。形變硬化27學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.22產(chǎn)生各向異性 纖維組織和變形織構的構成, 使金屬產(chǎn)生各向異性； 沿纖維方向的強度和塑性高于垂直方向。各向異性有織構的板材沖制筒形零件時, 由于各方向上塑性差別很大, 零件的邊緣出現(xiàn)“制耳。因形變織構呵斥深沖制品的制耳表示圖28學

11、習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2 3物理、化學性能變化塑性變形可影響金屬的物理、化學性能：電阻增大, 耐腐性降低。 在某些情況下, 織構的各向異性有用：制造變壓器鐵芯的硅鋼片, 沿100方向最易磁化, 采用這種織構可使鐵損減小, 變壓器的效率大大提高。29學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.23、產(chǎn)生剩余內(nèi)應力 定義：外力去除后，金屬內(nèi)部殘留下來的應力。 產(chǎn)生緣由：金屬發(fā)生塑性變形時，內(nèi)部變形不均勻，位錯、空位等晶體缺陷增多，會產(chǎn)生剩余內(nèi)應力。1宏觀內(nèi)應力2微觀剩余應力3晶格畸變應力30 課堂思索題1、在冷軋前后，金屬由各向同性轉變?yōu)?、形變硬化是如何產(chǎn)生的？學習情

12、境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.231學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2二、冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化金屬經(jīng)塑性變形后，組織構造和性能發(fā)生很大變化；對變形后金屬進展加熱，其組織構造和性能又會發(fā)生變化；隨加熱溫度提高，變形金屬將相繼發(fā)生回復、再結晶和晶粒長大3個過程。 32學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2冷變形金屬加熱時組織和性能變化33學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.21、回復變形后金屬在較低溫度加熱，發(fā)生回復過程。晶粒內(nèi)部位錯等缺陷減少，晶粒仍堅持變形后的形狀，顯微組織不發(fā)生明顯變化；實踐運用：對變形金屬進展去應力退火、

13、降低剩余內(nèi)應力，保管加工硬化效果。34學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.22、再結晶定義：變形后的金屬在較高溫度加熱時，被拉長或壓扁、破碎的晶粒經(jīng)過重新生核、長大變成新的均勻、細小的等軸晶，這個過程稱為再結晶。提示：只需經(jīng)過塑性變形的金屬才會發(fā)生再結晶。35學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2(1.再結晶對金屬組織、性能的影響提示：再結晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。變形金屬再結晶后，強度、硬度明顯降低，塑性、韌性大大提高，加工硬化景象被消除，內(nèi)應力全部消逝；物理、化學性能根本上恢復到變形以前的程度。36學習情境三：金屬的塑性變形對組織性

14、能的影響 3.2 (2.再結晶溫度再結晶溫度是一溫度范圍，并非一恒定溫度；再結晶溫度指的是最低再結晶溫度(T再)：用經(jīng)過嚴重冷塑性變形的金屬,經(jīng)1小時加熱后能完全再結晶的最低溫度來表示。 最低再結晶溫度：T再=0.4T熔點式中溫度單位為絕對溫度(K)。37學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2(3)再結晶溫度影響要素：1變形程度 金屬再結晶前塑性變形的相對變形量稱為預先變形度；預先變形度越大, 金屬的晶體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定, 最低再結晶溫度也就越低；當預先變形度達一定大小后, 最低再結晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。2金屬純度：純度越高, 最低再結晶溫度也就越低。 雜質(zhì)和合金元素高熔

15、點元素妨礙原子分散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結晶溫度；高純度鋁(99.999%)最低再結晶溫度為80 ；工業(yè)純鋁(99.0%)最低再結晶溫度提高到290 。3加熱速度 再結晶是一分散過程, 需一定時間才干完成；提高加熱速度會使再結晶在較高溫度下發(fā)生；原始晶粒越粗大, 再結晶溫度越高。38學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2加熱溫度過高或保溫時間過長，晶粒會長大，得到粗大晶粒，使金屬的強度、硬度、塑性、韌性等機械性能顯著降低。影響再結晶后晶粒大小的要素：1加熱溫度和保溫時間2變形度3加熱速度 3、晶粒長大及影響再結晶后晶粒大小的要素39學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響

16、 3.2三、金屬的熱加工及其對組織、性能影響 鋼材的熱鍛和熱軋，溫度處于再結晶溫度以上發(fā)生塑性變形后，隨即發(fā)生再結晶；塑性變形引起的加工硬化隨即消除，使資料堅持良好的塑性形狀。40學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.21、熱加工與冷加工的區(qū)別熱加工：在再結晶溫度以上的塑性變形加工。冷加工：在再結晶溫度以下的塑性變形加工。留意：熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時能否加熱來區(qū)分，而是根據(jù)變形時的溫度處于金屬的再結晶溫度以上還是以下來劃分。金屬塑性變形加工方法：熱加工：熱鍛、熱軋、熱擠壓、熱拔冷加工：冷鐓、冷軋、冷擠壓、冷沖、切削41學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.22、熱加工的特點及其運用熱加工變形的優(yōu)點：1變形抗力低，塑性、韌性提高2改善鑄錠和坯料的組織性能3構成熱變形纖維組織如圖4消費周期短421.控制較低的加工終了溫度 2.控制較大的變形程度3.控制較快的冷卻速度學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.23、熱加工晶粒大小控制措施43學習情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響 3.2 四、金屬的斷裂 1、斷裂過程： 低碳鋼的拉伸過程，