華科復(fù)試課件塑性變形

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第五章金屬材料的塑性變形

§5–1單晶體的塑性變形一、滑移是單晶體塑性變形的主要形式

1.滑移：在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象?！翊司娣Q滑移面，此晶向稱滑移方向，通常是晶體中原子排列最緊密的晶面和晶向?！裨诨泼婕盎品较蛏系那袘?yīng)力達(dá)到一定大?。ㄅR界值），滑移就開始進(jìn)行。

●在晶體表面形成的滑移小臺(tái)階稱滑移線,很多滑移線構(gòu)成的大臺(tái)階就是滑移帶,如后頁圖所示。

單晶體在切應(yīng)力作用下的塑性變形2滑移帶的顯微照片與示意圖32.滑移的特征⑴滑移總是沿晶體中的滑移面和滑移方向進(jìn)行。一個(gè)滑移面加上此面上的一個(gè)滑移方向合稱一個(gè)滑移系。

Bcc,fcc和hcp的滑移系如下表所示?；葡档臄?shù)目越多，一個(gè)滑移面上的滑移方向越多，則晶體的塑性越好。故金屬材料中fcc的塑性最好，bcc次之，hcp最差。4⑵滑移總是在切應(yīng)力的作用下進(jìn)行56⑶晶體在滑移時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)單晶體拉伸時(shí)，外力總是可以分解為垂直于滑移面的分正應(yīng)力和沿滑移方向的分切應(yīng)力?；崎_始后，滑移面上下的分正應(yīng)力組成一力偶，使滑移面轉(zhuǎn)向與外力平行的方向；而滑移面上下的分切應(yīng)力組成的力偶則使滑移方向轉(zhuǎn)向最大切應(yīng)力的方向。所以單晶體在滑移時(shí)，起其取向因子在不斷變化，滑移會(huì)變得越來越容易或越來越困難，這樣的現(xiàn)象就稱為幾何軟化或幾何硬化。7二、滑移的本質(zhì)

1.實(shí)際金屬滑移所需的切應(yīng)力比理論值低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，如：

金屬滑移理論切應(yīng)力滑移實(shí)測(cè)切應(yīng)力

Cu6272MPa0.98MPa

Ag4410MPa0.588Mpa

Zn4704Mpa0.921Mpa

2.研究表明：

⑴

滑移是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。實(shí)際金屬滑移時(shí),并不是整個(gè)晶體上半部的原子相對(duì)于下半部一起位移，而僅需位錯(cuò)中心附近的極少量的原子在切應(yīng)力作用下作微量的位移即可，所以它所需要的臨界切應(yīng)力便遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體剛性滑移。8⑵滑移時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量新的位錯(cuò)，即位錯(cuò)增殖。

CD是晶體中的某滑移面上的一條位錯(cuò)線，C、D是不同位錯(cuò)線的二個(gè)交點(diǎn)。因相交于一點(diǎn)的各位錯(cuò)線在滑移時(shí)不能一致行動(dòng)，C、D即成為固定的結(jié)點(diǎn)不能運(yùn)動(dòng)。在外力作用下，位錯(cuò)線CD就依次發(fā)生下列變化，最終形成一條位錯(cuò)線段和一個(gè)位錯(cuò)環(huán)。外力繼續(xù)作用使此過程不斷重復(fù)，產(chǎn)生大量的位錯(cuò)環(huán)并移出晶體──Frank-Read位錯(cuò)增殖機(jī)制。3.任何阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的因素都使滑移的阻力增大，增加塑性變形的難度，就可以提高金屬材料的強(qiáng)度。

這就是強(qiáng)化金屬的基本原理Frank-Read位錯(cuò)源示意圖9三、塑性變形的另一種方式──孿生

1.孿晶：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)相對(duì)另一部分發(fā)生切變，形成對(duì)稱的晶格排列，此對(duì)稱的兩部分晶體稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生。

2.孿生發(fā)生的條件:●當(dāng)外力在孿生方向的分切應(yīng)力達(dá)到孿生臨界分切應(yīng)力時(shí),即發(fā)生孿生?！駥\生臨界分切應(yīng)力大于滑移臨界分切應(yīng)力，在滑移很難進(jìn)行時(shí)，才發(fā)生孿生。

3.孿生有利于產(chǎn)生新的滑移,孿生和滑移交替進(jìn)行,可提高難變形材料的變形能力。單晶體在切應(yīng)力作用下的塑性變形10§5–2多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

多晶體受外力作用時(shí)，各晶粒的滑移系上均受到分切應(yīng)力的作用，但

1。各晶粒的滑移系所受分切應(yīng)力的大小不一，達(dá)到臨界值的先后不一，故變形不均勻。

2。因晶界及晶粒取向的影響，變形更困難。

二、細(xì)晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能

1。晶粒越細(xì)，則晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更困難，強(qiáng)度就越高。

Hall-Petch公式：σs=σ0

+Kd

–1/2

2。晶粒越細(xì)，變形分散，應(yīng)力集中小，裂紋不易產(chǎn)生和發(fā)展，塑性和韌性就越好。

11三、塑性變形對(duì)金屬組織性能的影響

1。對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響

⑴產(chǎn)生纖維組織

晶粒及夾雜物沿變形方向伸長及分布，使縱向力學(xué)性能大于橫向。

⑵亞結(jié)構(gòu)細(xì)化

因塑性變形時(shí)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、增殖和其間復(fù)雜的交互作用，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)，使晶粒碎化成更小的亞晶粒。

122。對(duì)力學(xué)性能的影響⑴加工硬化：塑性變形使金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。原因：塑性變形使位錯(cuò)密度增大，晶粒碎化，晶格嚴(yán)重畸變，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)越來越困難。加工硬化也稱位錯(cuò)強(qiáng)化。應(yīng)用：●提高金屬強(qiáng)度。

●使冷變形產(chǎn)品得到均勻的變形。⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應(yīng)力，易變形開裂，且耐蝕性下降。13

§5–3塑性變形后金屬在加熱時(shí)的變化一、塑性變形后金屬的狀態(tài)

塑性變形后金屬加工硬化且有內(nèi)應(yīng)力殘留，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。加熱促使原子運(yùn)動(dòng)，使以下轉(zhuǎn)變得以進(jìn)行。二、塑性變形后金屬加熱時(shí)的組織性能變化按加熱溫度的不同，可分為三個(gè)階段：1?；貜?fù)階段：在再結(jié)晶溫度（T再）以下的溫度。只發(fā)生晶格內(nèi)部的變化，變形晶粒外形不變，加工硬化保留，但內(nèi)應(yīng)力下降。應(yīng)用：去應(yīng)力退火，用于去除冷塑性變形后的殘留應(yīng)力。2。再結(jié)晶階段：在再結(jié)晶溫度（T再）以上的溫度。逐漸形成與原始變形晶粒晶格相同的等軸晶粒，加工硬化、內(nèi)應(yīng)力完全消除。應(yīng)用：再結(jié)晶退火，用于冷壓力加工中的中間退火。3。晶粒長大階段：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱。晶粒不均勻異常長大，使力學(xué)性能惡化，應(yīng)當(dāng)避免。14三、金屬熱加工的作用1。熱加工的概念●在再結(jié)晶溫度（T再）以下的加工變形稱為冷加工，形成纖維組織,冷加工變形產(chǎn)生加工硬化和內(nèi)應(yīng)力?！裨谠俳Y(jié)晶溫度（T再）以上的加工變形稱為熱加工，熱加工變形時(shí)同時(shí)發(fā)生再結(jié)晶，形成等軸晶粒，加工硬化和內(nèi)應(yīng)力會(huì)隨即消除。2。金屬熱加工（鍛造）的作用●消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷（晶粒粗大、不致密等）?！穹墙饘賷A雜物沿變形方向伸長，形成熱加工流線。當(dāng)流線與零件承受的主要應(yīng)力方向一致時(shí)，可提高零件的壽命。15§5–4強(qiáng)化金屬的基本原理和方法一、基本原理

阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使滑移困難，金屬得到強(qiáng)化。二、主要方法1。細(xì)晶強(qiáng)化：晶界阻