《金屬材料與熱處理》第三章金屬的塑性變形對組織性能課件

學(xué)習(xí)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形狀；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、了解斷裂的方式和原因。1學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響一、了解塑性變形的學(xué)習(xí)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(yuǎn)殘留的那部分變形叫塑性變形。塑性變形對使用性能和加工性能的影響：抵抗塑性變形是一般工程構(gòu)件的基本要求，不希望結(jié)構(gòu)件在承載時(shí)產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形；塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，在材料加工過程中，人們希望它易于加工變形。塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。2學(xué)習(xí)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塑性學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1第一節(jié)學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性加工包學(xué)習(xí)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(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

單晶體的塑性變形基本方式：滑移、孿生

1.滑移

5學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移晶體在學(xué)習(xí)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(yīng)力作用下發(fā)生的：當(dāng)切應(yīng)力超過彈性極限，晶體上下部分產(chǎn)生相對滑移。當(dāng)應(yīng)力足夠大，晶體就會發(fā)生斷裂。6學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移特征6學(xué)習(xí)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(jié)果是使晶體表面形成臺階，產(chǎn)生滑移線和滑移帶。7學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1(2).滑學(xué)習(xí)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)生滑移的可能性越大，塑性就越好；滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼孀饔么?；面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好；8學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移面、滑學(xué)習(xí)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

1×3=34×3=126×2=12滑移系

3個(gè)

<110>

3個(gè)<111>

2個(gè)

每個(gè)滑移面上的滑移方向{0001}

1個(gè){111}

4個(gè){110}

6個(gè)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性對比：學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題學(xué)習(xí)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(yīng)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)生切變后位向改變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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.13.孿生學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1孿生變形過程示意圖12學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1孿生變形過學(xué)習(xí)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(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；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(shí)才發(fā)生孿生。

孿生變形的特征：13學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

孿生學(xué)習(xí)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(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。

滑移與孿生的區(qū)別：14學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

晶格學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

二、多晶體的塑性變形

工程上使用的金屬絕大部分是多晶體；多晶體中每個(gè)晶粒的變形基本方式與單晶體相同；多晶體材料中，各個(gè)晶粒位向不同，存在許多晶界，變形要復(fù)雜得多。

1.晶界的影響

晶界上原子排列不很規(guī)則,阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動,使變形抗力增大；金屬晶粒越細(xì)，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強(qiáng)度和塑性就越大；提示：細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。15學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

學(xué)習(xí)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；隨著外力的增加，滑移是分批逐次進(jìn)行的。應(yīng)力分布有變化，造成不均勻變形。16學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

學(xué)習(xí)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(shí)，溶質(zhì)原子會造成晶格畸變，增加滑移抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，塑性變形能力降低。溶質(zhì)原子常常分布在位錯(cuò)附近，降低了位錯(cuò)附近的晶格畸變，使位錯(cuò)易動性減小，形變抗力增加，強(qiáng)度升高。17學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

三、學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題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(xì)，材料的塑性、強(qiáng)度越好？18學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2第二節(jié)壓學(xué)習(xí)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

晶粒沿形變方向被拉長或壓扁；變形量很大時(shí),晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時(shí)),金屬中的夾雜物也被拉長,形成纖維組織。變形前變形后20學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2一、冷塑性學(xué)習(xí)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(xì)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性變形中學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2）亞結(jié)構(gòu)形成

金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí),位錯(cuò)密度增大,大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū),相互纏結(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,產(chǎn)生亞晶粒。

金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)22學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2學(xué)習(xí)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(gòu)

金屬原本是偽各向同性，但金屬塑性變形到一定程度時(shí),由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動,使各晶粒的位向趨近于一致,導(dǎo)致各向異性的產(chǎn)生，這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做變形織構(gòu)。按照產(chǎn)品外形，變形織構(gòu)可分為：絲織構(gòu)和板織構(gòu)23學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2形變織構(gòu)示意圖

●絲織構(gòu)

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(gòu)

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(gòu)為{001}（110）。24學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2形變織構(gòu)示學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.225學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.225學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

2.金屬性能的影響

（1）力學(xué)性能

金屬發(fā)生塑性變形,隨變形度增大,金屬的強(qiáng)度和硬度顯著升高,塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱為形變硬化。工程應(yīng)用：在生產(chǎn)中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強(qiáng)度。26學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

2.學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

產(chǎn)生形變硬化的原因:塑性變形時(shí),位錯(cuò)密度增加,位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng),相互纏結(jié),位錯(cuò)運(yùn)動阻力增大,塑性變形抗力提高；同時(shí)晶粒破碎細(xì)化,強(qiáng)度提高。形變硬化27學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

產(chǎn)生學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2）產(chǎn)生各向異性

纖維組織和變形織構(gòu)的形成,使金屬產(chǎn)生各向異性；沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性高于垂直方向。各向異性有織構(gòu)的板材沖制筒形零件時(shí),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(gòu)造成深沖制品的制耳示意圖

28學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2學(xué)習(xí)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(xué)性能變化

塑性變形可影響金屬的物理、化學(xué)性能：電阻增大,耐腐性降低。

在某些情況下,織構(gòu)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(gòu)可使鐵損減小,變壓器的效率大大提高。29學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2（3）物學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.23、產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力

定義：外力去除后，金屬內(nèi)部殘留下來的應(yīng)力。

產(chǎn)生原因：金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，內(nèi)部變形不均勻，位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多，會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。1）宏觀內(nèi)應(yīng)力2）微觀殘余應(yīng)力3）晶格畸變應(yīng)力30學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.23、產(chǎn)生殘課堂思考題1、在冷軋前后，金屬由各向同性轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǎ?、形變硬化是如何產(chǎn)生的？學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.231課堂思考題學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形學(xué)習(xí)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(shí)組織和性能的變化

金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生很大變化；對變形后金屬進(jìn)行加熱，其組織結(jié)構(gòu)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(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大3個(gè)過程。

32學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2二、冷塑性學(xué)習(xí)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(shí)組織和性能變化33學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

冷變學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、回復(fù)

變形后金屬在較低溫度加熱，發(fā)生回復(fù)過程。晶粒內(nèi)部位錯(cuò)等缺陷減少，晶粒仍保持變形后的形態(tài)，顯微組織不發(fā)生明顯變化；實(shí)際應(yīng)用：對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火、降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果。

34學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.22、再結(jié)晶

定義：變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí)，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，這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。提示：只有經(jīng)過塑性變形的金屬才會發(fā)生再結(jié)晶。35學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.22、再結(jié)晶學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(1）.再結(jié)晶對金屬組織、性能的影響

提示：再結(jié)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(jié)晶后，強(qiáng)度、硬度明顯降低，塑性、韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除，內(nèi)應(yīng)力全部消失；物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。36學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(1）.再學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(2）.再結(jié)晶溫度

再結(jié)晶溫度是一溫度范圍，并非一恒定溫度；再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再)：用經(jīng)過嚴(yán)重冷塑性變形的金屬,經(jīng)1小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。最低再結(jié)晶溫度：

T再=0.4T熔點(diǎn)

式中溫度單位為絕對溫度(K)。

37學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(2）.學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(3)再結(jié)晶溫度影響因素：

1）變形程度

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)一定大小后,最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。

2）金屬純度

：純度越高,最低再結(jié)晶溫度也就越低。

雜質(zhì)和合金元素（高熔點(diǎn)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；高純度鋁(99.999%)最低再結(jié)晶溫度為80℃；工業(yè)純鋁(99.0%)最低再結(jié)晶溫度提高到290℃。

3）加熱速度

再結(jié)晶是一擴(kuò)散過程,需一定時(shí)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；原始晶粒越粗大,再結(jié)晶溫度越高。

38學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(3)再結(jié)學(xué)習(xí)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(shí)間過長，晶粒會長大，得到粗大晶粒，使金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等機(jī)械性能顯著降低。影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：1）加熱溫度和保溫時(shí)間2）變形度3）加熱速度

3、晶粒長大及影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素39學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2加熱溫度過學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響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(jié)晶溫度以上發(fā)生塑性變形后，隨即發(fā)生再結(jié)晶；塑性變形引起的加工硬化隨即消除，使材料保持良好的塑性狀態(tài)。40學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2三、金屬的學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、熱加工與冷加工的區(qū)別熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工。冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工。注意：熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時(shí)是否加熱來區(qū)分，而是根據(jù)變形時(shí)的溫度處于金屬的再結(jié)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(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、學(xué)習(xí)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(diǎn)及其應(yīng)用熱加工變形的優(yōu)點(diǎn)：（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）形成熱變形纖維組織（如圖）（4）生產(chǎn)周期短42學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.22、熱加工（1）.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(xué)習(xí)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（1）.控制較低的加工終了溫度學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對學(xué)習(xí)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，微觀上其斷裂過程：形成縮頸—出現(xiàn)空洞—空洞聚集為裂紋—裂紋擴(kuò)展—斷裂2、斷裂的分類：是否發(fā)生塑性變形：a.延性斷裂b.脆性斷裂（圖）斷面與應(yīng)力的關(guān)系：a.正斷b.切斷裂紋發(fā)展的路徑：a.穿晶斷裂b.沿晶斷裂44學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2四、金脆性斷裂與延性斷裂學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.245脆性斷裂與延性斷裂學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響課堂思考題1、冷塑性變形后的金屬隨著加熱溫度的升高，其組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生（）—（）—（）。2、沒有經(jīng)過塑性變形的金屬加熱（）發(fā)生再結(jié)晶。3、再結(jié)晶的過程是由（）和（）組成。學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.246課堂思考題學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.247學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.247學(xué)習(xí)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形狀；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、了解斷裂的方式和原因。48學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響一、了解塑性變形的學(xué)習(xí)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(yuǎn)殘留的那部分變形叫塑性變形。塑性變形對使用性能和加工性能的影響：抵抗塑性變形是一般工程構(gòu)件的基本要求，不希望結(jié)構(gòu)件在承載時(shí)產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形；塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，在材料加工過程中，人們希望它易于加工變形。塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。49學(xué)習(xí)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塑性學(xué)習(xí)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50學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1第一節(jié)學(xué)習(xí)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。51學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性加工包學(xué)習(xí)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(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

單晶體的塑性變形基本方式：滑移、孿生

1.滑移

52學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移晶體在學(xué)習(xí)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(yīng)力作用下發(fā)生的：當(dāng)切應(yīng)力超過彈性極限，晶體上下部分產(chǎn)生相對滑移。當(dāng)應(yīng)力足夠大，晶體就會發(fā)生斷裂。53學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移特征6學(xué)習(xí)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(jié)果是使晶體表面形成臺階，產(chǎn)生滑移線和滑移帶。54學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1(2).滑學(xué)習(xí)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)生滑移的可能性越大，塑性就越好；滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼孀饔么?；面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好；55學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1滑移面、滑學(xué)習(xí)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

1×3=34×3=126×2=12滑移系

3個(gè)

<110>

3個(gè)<111>

2個(gè)

每個(gè)滑移面上的滑移方向{0001}

1個(gè){111}

4個(gè){110}

6個(gè)滑移面密排六方晶格面心立方晶格體心立方晶格晶格56學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性對比：學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題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？57學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題學(xué)習(xí)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(yīng)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)生切變后位向改變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。58學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.13.孿生學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1孿生變形過程示意圖59學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1孿生變形過學(xué)習(xí)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(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；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(shí)才發(fā)生孿生。

孿生變形的特征：60學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

孿生學(xué)習(xí)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(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。

滑移與孿生的區(qū)別：61學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

晶格學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

二、多晶體的塑性變形

工程上使用的金屬絕大部分是多晶體；多晶體中每個(gè)晶粒的變形基本方式與單晶體相同；多晶體材料中，各個(gè)晶粒位向不同，存在許多晶界，變形要復(fù)雜得多。

1.晶界的影響

晶界上原子排列不很規(guī)則,阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動,使變形抗力增大；金屬晶粒越細(xì)，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強(qiáng)度和塑性就越大；提示：細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。62學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

學(xué)習(xí)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；隨著外力的增加，滑移是分批逐次進(jìn)行的。應(yīng)力分布有變化，造成不均勻變形。63學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

學(xué)習(xí)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(shí)，溶質(zhì)原子會造成晶格畸變，增加滑移抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，塑性變形能力降低。溶質(zhì)原子常常分布在位錯(cuò)附近，降低了位錯(cuò)附近的晶格畸變，使位錯(cuò)易動性減小，形變抗力增加，強(qiáng)度升高。64學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1

三、學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題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(xì)，材料的塑性、強(qiáng)度越好？65學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1課堂思考題學(xué)習(xí)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66學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2第二節(jié)壓學(xué)習(xí)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

晶粒沿形變方向被拉長或壓扁；變形量很大時(shí),晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時(shí)),金屬中的夾雜物也被拉長,形成纖維組織。變形前變形后67學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2一、冷塑性學(xué)習(xí)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(xì)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68學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.1塑性變形中學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2）亞結(jié)構(gòu)形成

金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí),位錯(cuò)密度增大,大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū),相互纏結(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,產(chǎn)生亞晶粒。

金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)69學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2學(xué)習(xí)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(gòu)

金屬原本是偽各向同性，但金屬塑性變形到一定程度時(shí),由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動,使各晶粒的位向趨近于一致,導(dǎo)致各向異性的產(chǎn)生，這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做變形織構(gòu)。按照產(chǎn)品外形，變形織構(gòu)可分為：絲織構(gòu)和板織構(gòu)70學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2形變織構(gòu)示意圖

●絲織構(gòu)

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(gòu)

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(gòu)為{001}（110）。71學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2形變織構(gòu)示學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.272學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.225學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

2.金屬性能的影響

（1）力學(xué)性能

金屬發(fā)生塑性變形,隨變形度增大,金屬的強(qiáng)度和硬度顯著升高,塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱為形變硬化。工程應(yīng)用：在生產(chǎn)中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強(qiáng)度。73學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

2.學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

產(chǎn)生形變硬化的原因:塑性變形時(shí),位錯(cuò)密度增加,位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng),相互纏結(jié),位錯(cuò)運(yùn)動阻力增大,塑性變形抗力提高；同時(shí)晶粒破碎細(xì)化,強(qiáng)度提高。形變硬化74學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

產(chǎn)生學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2）產(chǎn)生各向異性

纖維組織和變形織構(gòu)的形成,使金屬產(chǎn)生各向異性；沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性高于垂直方向。各向異性有織構(gòu)的板材沖制筒形零件時(shí),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(gòu)造成深沖制品的制耳示意圖

75學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

（2學(xué)習(xí)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(xué)性能變化

塑性變形可影響金屬的物理、化學(xué)性能：電阻增大,耐腐性降低。

在某些情況下,織構(gòu)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(gòu)可使鐵損減小,變壓器的效率大大提高。76學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2（3）物學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.23、產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力

定義：外力去除后，金屬內(nèi)部殘留下來的應(yīng)力。

產(chǎn)生原因：金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，內(nèi)部變形不均勻，位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多，會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。1）宏觀內(nèi)應(yīng)力2）微觀殘余應(yīng)力3）晶格畸變應(yīng)力77學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.23、產(chǎn)生殘課堂思考題1、在冷軋前后，金屬由各向同性轉(zhuǎn)變?yōu)椋ǎ?、形變硬化是如何產(chǎn)生的？學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.278課堂思考題學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形學(xué)習(xí)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(shí)組織和性能的變化

金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生很大變化；對變形后金屬進(jìn)行加熱，其組織結(jié)構(gòu)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(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大3個(gè)過程。

79學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2二、冷塑性學(xué)習(xí)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(shí)組織和性能變化80學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

冷變學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、回復(fù)

變形后金屬在較低溫度加熱，發(fā)生回復(fù)過程。晶粒內(nèi)部位錯(cuò)等缺陷減少，晶粒仍保持變形后的形態(tài)，顯微組織不發(fā)生明顯變化；實(shí)際應(yīng)用：對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火、降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果。

81學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2

1、學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.22、再結(jié)晶

定義：變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí)，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，這個(gè)過程稱為再結(jié)晶。提示：只有經(jīng)過塑性變形的金屬才會發(fā)生再結(jié)晶。82學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.22、再結(jié)晶學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(1）.再結(jié)晶對金屬組織、性能的影響

提示：再結(jié)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(jié)晶后，強(qiáng)度、硬度明顯降低，塑性、韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除，內(nèi)應(yīng)力全部消失；物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。83學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(1）.再學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(2）.再結(jié)晶溫度

再結(jié)晶溫度是一溫度范圍，并非一恒定溫度；再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再)：用經(jīng)過嚴(yán)重冷塑性變形的金屬,經(jīng)1小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。最低再結(jié)晶溫度：

T再=0.4T熔點(diǎn)

式中溫度單位為絕對溫度(K)。

84學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(2）.學(xué)習(xí)情境三：金屬的塑性變形對組織性能的影響3.2(3)再結(jié)晶溫度影響因素：

1）變形程度

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)一定大小后,最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。

2）金屬純度

：純度越高,最低再結(jié)晶溫度也就越低。

雜質(zhì)和合金元素（高熔點(diǎn)元素）阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移,可顯