【精品】金屬的變形特性

1、 /12大多數(shù)金屬材料經(jīng)冶煉澆注后大多數(shù)要進(jìn)行各種壓力加工：鑄態(tài)組織：晶粒粗大且不均勻，組織不致密，成分偏析等缺陷各種壓力加工：軋制鍛造擠壓拉絲沖壓金屬經(jīng)壓力加工后不僅改變外形尺寸內(nèi)部組織和性能也發(fā)生變化：冷軋冷拉等冷塑性變形后，金屬強(qiáng)度顯著提高而塑性下降熱軋鍛造等熱塑性變形后，強(qiáng)度提高不明顯，塑性韌性有所改善若壓力加工工藝不當(dāng)，變形量超過塑性值，將產(chǎn)生裂紋或斷裂第一節(jié)金屬的變形特性金屬在外力載荷的作用下彈性變形階段：首先發(fā)生彈性變形彈塑性變形階段：載荷增加到一定值，還發(fā)生塑性變形即彈塑性變形斷裂階段：繼續(xù)增加載荷，塑性變形繼續(xù)增加，直至金屬發(fā)生斷裂一，工程應(yīng)力應(yīng)變曲線或載荷變形曲線低碳鋼的應(yīng)

2、力應(yīng)變曲線6.1所示：工程應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力或工程應(yīng)力或名乂應(yīng)力b二-A0L一L應(yīng)變或工程應(yīng)變或名義應(yīng)變e二0L0工程應(yīng)力應(yīng)變曲線和載荷變形曲線相似，只是坐標(biāo)不同在應(yīng)力應(yīng)變曲線上分析低碳鋼的變形過程特點(diǎn)：當(dāng)應(yīng)力低于b時(shí)：應(yīng)力應(yīng)變成正比，應(yīng)力去除變形消失，彈性極限表示材料e保持完全彈性變形時(shí)的最大應(yīng)力當(dāng)應(yīng)力超過b后e金屬的變形特性金屬的變形特性 /12 /12：應(yīng)力應(yīng)變直線關(guān)系破壞，出現(xiàn)屈服平臺(tái)或屈服齒，應(yīng)力或載荷去除變形恢復(fù)一部分，屈服極限或屈服點(diǎn)表示材料對(duì)起始微量塑性變形的抗力當(dāng)應(yīng)力超過Q后：明顯均勻塑性變形，要想使試樣應(yīng)變增加，必須增加應(yīng)力s值，這種隨塑性變形增加塑性變形抗力增加的現(xiàn)象稱為加

3、工硬化或者形變強(qiáng)化當(dāng)應(yīng)力達(dá)到Q時(shí)：均勻變形階段終止，強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度表示材料對(duì)最大b均勻塑性變形的抗力當(dāng)應(yīng)力超過Q后：不均勻塑性變形，出現(xiàn)縮頸，應(yīng)力下降，最后應(yīng)力達(dá)到bbK時(shí)試樣斷裂，條件斷裂強(qiáng)度表示材料對(duì)塑性變形的極限抗力試樣斷裂的非突發(fā)性：塑性斷裂：產(chǎn)生一定塑性變形后的斷裂材料的塑性：LlAa斷裂前的塑性變形量伸長率5二f0和斷面收縮率屮匚LA00材料的韌性：表征斷裂抗力，可由曲線下的面積進(jìn)行度量材料不同應(yīng)力應(yīng)變曲線不同：銅鋁及其合金或經(jīng)熱處理的鋼材：沒有明顯的屈服平臺(tái)鋁青銅和某些奧氏體鋼：斷裂前產(chǎn)生一定量得塑性變形，沒有縮頸某些脆性材料如淬火狀態(tài)下的中高碳鋼：拉伸時(shí)幾乎沒有明顯的塑性變

4、形二，真應(yīng)力真應(yīng)變曲線真實(shí)應(yīng)力：F瞬時(shí)載荷除以瞬時(shí)截面積b=FtA真實(shí)應(yīng)變L叫=in丄真應(yīng)力真應(yīng)變曲線圖6.3所示fL0LLo兩條曲線的比較：工程應(yīng)力應(yīng)變曲線：載荷達(dá)到最大值后轉(zhuǎn)而下降真應(yīng)力應(yīng)變曲線：載荷不斷上升直至斷裂不斷發(fā)生加工硬化外力需不斷增加才能使變形繼續(xù)，即使是縮頸之后縮頸處的真應(yīng)力仍然在增加沒有應(yīng)力下降階段流變曲線：均勻塑性變形階段的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線均勻塑性變形時(shí)的真實(shí)應(yīng)力計(jì)算公式：加工硬化指數(shù)：加工硬化指數(shù)表征：均勻塑性變形階段的加工硬化能力大多數(shù)金屬材料的加工硬化指數(shù)：0.100.50取決于：材料晶體結(jié)構(gòu)和加工狀態(tài)三，金屬的彈性變形金屬彈性變形的實(shí)質(zhì)：一句話描述就是：彈性畸變從

5、雙原子模型角度進(jìn)行說明：當(dāng)未加外力時(shí)：當(dāng)受到外力后：當(dāng)外力去除后：胡克定律：彈性變形階段應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系正彈性模量和切變模量：應(yīng)力應(yīng)變曲線上直線部分的斜率模量越大，彈性抗力越大，彈性變形越不容易進(jìn)行表征彈性變形抗力構(gòu)件的剛度：表征彈性變形難易程度拉伸件的剛度：材料選材時(shí)的重要意義：鏜床的鏜桿彈性變形越小加工精度越高影響彈性模量的因素：對(duì)組織不敏感取決于原子間結(jié)合力只與金屬本性晶體結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)材料合金化加工過程熱處理等影響小第二節(jié)單晶體的塑性變形常溫或低溫下金屬的塑性變形方式：主要是通過滑移方式，此外還有孿生等其他方式滑移帶滑移帶：金相顯微鏡下在拋光的表面觀察到的許多相互平行的線條滑移線：電子

6、顯微鏡下觀察滑移帶時(shí)可以觀察到每條滑移帶都許多相互平行的滑移線組成滑移線和滑移帶的關(guān)系：塑性變形以后晶體表面出現(xiàn)的一個(gè)個(gè)的小臺(tái)階相互靠近的一組小臺(tái)階在宏觀上就是一個(gè)大臺(tái)階也就是滑移帶晶體塑性變形前后的晶體結(jié)構(gòu)：晶體的塑性變形：晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)生滑動(dòng)當(dāng)發(fā)生滑移的晶面移出晶體表面時(shí)，在滑移晶面與晶體表面相交處形成滑移臺(tái)階一個(gè)滑移臺(tái)階就是一條滑移線每條滑移線所對(duì)應(yīng)的臺(tái)階高度表示滑移面的滑移量臺(tái)階的累積就造成了宏觀的塑性變形效果滑移：晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)生滑動(dòng)孿生：晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿某些晶面和晶向作均勻切變塑性變形的不均勻性：在滑移帶內(nèi)每條

7、滑移線間的距離約為100個(gè)原子間距，而滑移帶間的距離約為10000個(gè)原子間距說明滑移集中發(fā)生在某些晶面上，滑移帶之間或滑移線之間的晶體層片并沒有變形金屬的變形特性金屬的變形特性 /12 /12滑移帶和滑移線的發(fā)展：首先出現(xiàn)滑移線，然后發(fā)展呈帶滑移線的數(shù)目總是隨變形程度的增加而增加，滑移線之間的距離隨變形程度增加而減小晶面指數(shù)和晶向指數(shù)晶向族：原子排列相同空間位向不同的所有晶向晶面族：原子排列相同空間位向不同的所有晶面100:I10010101001和與之相反的晶向【110:11011011011F10H0J0T1和與之相反的晶向111:11擊11【11【11和與之相反的晶向気00：(100)(

8、010)(001)bo：611：(110)(01)611)T10)01)011)(111)(111)(11)(11)気12：滑移系滑移面和滑移方向：晶體在滑移面上的滑移方向滑移系：滑移系和金屬的塑性：空間位向越多塑性越好晶體結(jié)構(gòu)和滑移系：晶體結(jié)構(gòu)不同滑移系不同滑移面和滑移方向總是原子排列最密的晶面和晶向：面心立方金屬：密排面11密排晶向(110,12個(gè)滑移系，塑性較好體心立方金屬：密排面ho密排晶向：；11i,12個(gè)滑移系，塑性較好密排六方金屬：室溫時(shí)001密排晶向汀120，塑性較差金屬塑性的好壞：滑移系的多少滑移面上原子的密排程度和滑移方向的數(shù)目：a-Fe的塑性比銅鋁金銀的差些：滑移方向的個(gè)

9、數(shù)：滑移面上原子排列密集程度：滑移面的間距：原子間結(jié)合力：滑移的臨界分切應(yīng)力滑移是在切應(yīng)力的作用下發(fā)生的什么是臨界分切應(yīng)力：并不是所有的滑移系同時(shí)開動(dòng)晶體中的滑移系是否滑移取決于：力在滑移面內(nèi)沿滑移方向上的分切應(yīng)力的大小最小分切應(yīng)力：分切應(yīng)力的計(jì)算：Fcos九cos臨界分切應(yīng)力的計(jì)算：T=COS九COS臨界分切應(yīng)力T的大小取決于：KsK晶體結(jié)構(gòu)純度加工狀態(tài)實(shí)驗(yàn)溫度和加載速度外力大小方向及作用方式單晶體的屈服極限&與取向因子之間的關(guān)系圖6.7：外力大小方向作用方式有關(guān)S當(dāng)外力與滑移面滑移方向的夾角都是45度時(shí)：最容易滑移，軟取向當(dāng)外力與滑移面平行=90或垂直九二90時(shí)：根本無法滑移，硬取向當(dāng)取向

10、因子介于00.5之間時(shí)：單系滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)說明滑移時(shí)晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)論：金屬在單純切應(yīng)力的作用下滑移，晶體的取向不改變金屬在任意一個(gè)力的作用下滑移，總是分解為沿滑移方向的分切應(yīng)力和垂直于滑移面的分正應(yīng)力晶體在滑移的同時(shí)發(fā)生滑移面和滑移方向的轉(zhuǎn)動(dòng)只有一個(gè)滑移面的密排六方金屬為例說明滑移時(shí)晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象：假如拉伸機(jī)的夾頭可自由移動(dòng)，這時(shí)滑移面的滑移方向保持不變，而拉伸軸的方向發(fā)生變化假如拉伸機(jī)的夾頭固定，則拉伸軸的方向不變，而晶體的取向發(fā)生變化a）試樣中部滑移面朝著與拉伸軸平行的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使角增加九角減小，從而晶體位向發(fā)生變化說明滑移時(shí)晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的分析圖6.9滑移面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)：將作用在O和O,

11、上的外加應(yīng)力分解，滑移面上最大切應(yīng)力12方向上的切應(yīng)力T和T，滑移面法線方向上的正應(yīng)力Q和，這時(shí)12n1n2和就會(huì)組成一個(gè)力偶使滑移面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)n1n2滑移方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)：當(dāng)最大切應(yīng)力方向與滑移方向不一致時(shí)，晶體還會(huì)以滑移面法線方向?yàn)檩S發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，將最大切應(yīng)力T和T分解：滑移方向上的12T和T，垂直于滑移方向上的T和T，這時(shí)T和T，組成的力偶將使晶體的滑12bbbb移方向發(fā)生變化同理，在壓縮時(shí)晶體的滑移面則趨向于與壓力方向垂直的位置，而滑移面的法線趨向于與壓力軸重合說明滑移時(shí)晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)論：滑移時(shí)不僅滑移面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)滑移方向也在發(fā)生變化即晶體的位向在發(fā)生變化取向因子也在發(fā)生變化如果某一滑移系的取向處于軟取向：那么拉伸時(shí)晶體取向發(fā)生變化，滑移面的法向與外力方向遠(yuǎn)離45度，滑移越來越困難，幾何硬化如果某一滑移系的取向處于硬取向：那么拉伸時(shí)晶體取向發(fā)生變化，滑移面的法向與外力方向趨于45度，滑移越來越容易，幾何軟化多系滑移晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律是在單系滑移條件下討論的晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律多出現(xiàn)于滑移系較少的密排六方結(jié)構(gòu)的金屬中立方晶系的金屬滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)：1.滑移首先發(fā)生在取向最有利的滑移系上滑移過程中晶體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)其它滑移系的分切應(yīng)力有可能達(dá)到臨界值兩個(gè)或更多的滑移系同時(shí)開動(dòng)或者交替開動(dòng)如果外力軸的方向合適，滑移一開始就在一個(gè)以上的滑移系上同時(shí)進(jìn)行