吉林大学工程材料第2章 金属的塑性变形和再结晶.ppt

第二章 金属的塑性变形和再结晶 §2-1 金属的塑性变形 滑移带 3、热加工温度低、(或)变形量小、(或)变形速率高时，加工硬化占主导。温度高、(或)变形量大、(或)变形速率低时，回复和在结晶占主导。 纯铁高温变形的应力与应变关系示意图 650℃ 700℃ 750℃ 800℃ 850℃ 900℃ 真应力 真应变 当温度恒定，改变应变速率时，提高应变速率所起到的作用与降低加工温度的作用相似。 热加工还可以改变铸态金属中的成分偏析和夹杂物的分布，使原来沿着树枝晶分布的偏析元素和夹杂物发生改变，而使它们沿变形方向线形分布，形成在宏观检测时通常所称的“流线”。流线使金属的机械性能出现明显的各向异性，与流线平行方向的强度、塑性和韧性明显地大于垂直方向的相应性能。 经过热加工后，可以把铸态金属中粗大的枝晶、枝状晶以及夹杂物破碎为细小的晶粒，从而使晶粒细化。提高强度和韧性。 三、热加工后的组织和性能 通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，提高致密度。提高强度和韧性。 1、细化晶粒： 2、提高致密度： 3、形成流线： * * 工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过冷热压力加工而发生塑性变形后再使用。 铸态金属： 铸件 铸锭（组织粗大、不均匀、 不致密、偏析） 原因： 改变外形焊合孔洞晶粒细化 零件毛坯型材。 可塑性?? 压力加工（水压机、锻打、轧制） ?? 加热再结晶 (冷加工后） 改善晶粒的大小、形态、分布 等 改善性能 ?? ─→ ?? ?? 1 、单晶拉伸试验 一、 　单晶体金属的塑性变形 单晶体抛光表面出现相互平行斜线。说明晶面之间相对运动， 塑性变形是通过“滑移”完成的。 P P 单晶体表面出现相互平行的斜线且与外力成45°。 滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面发生相对滑动，滑移结果晶体发生塑性变形。 2 、滑移过程分析 (1) 外力（P）分解为正应力（?）和切应力（?）。正应力引起弹性变形，而不能造成塑性变形。正应力超过原子间结合力时晶体发生断裂。 P ? ? ? P ? P P ? ? ? ? P ： 载荷 ?：正应力 ?：切应力 (2) 切应力作用下晶面相对位移，外力去除后位移不能恢复。塑性变形只能在切应力（?）作用下才能发生。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 (4) 金属晶体中的滑移总是沿着一定的晶面和晶向发生的 滑 移 面： 发生滑移的晶面就是“滑移面”；滑移方向： 发生滑移的晶向就是“滑移方向”。 (3) 塑性变形后的晶体，在显微镜下观察时，就能发现在晶粒内部出现一些线条，称为 ，用电子显微镜进一步观察，就会发现这些滑移带都是由许多密集的﹑更细的线条组成，这种线条称为 。 滑移线 200? “滑移线” “滑移带” （A）体心立方晶格滑移系： 6 ×2 = 12 滑移面： {110} 6个 滑移方向：111 2个。 (5) 滑移系： 一个滑移面和其面上的一个滑移方向的组成称为“滑移系” （B）面心立方晶格滑移系： 4 ×3 = 12 滑移面： {111} 4个 滑移方向：110 3个 {110} 111 110 {111} 3、三种典型金属晶格的滑移系 （C）密排六方晶格滑移系： 1 ×3 = 3 滑移面： 六方底面 １个 滑移方向：底面对角线 ３个 临界切应力（?c）： 能够发生滑移的最小切应力叫做为)。当切应力（?）满足?? ?c时滑移才能发生。 铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa 4、滑移机理 滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。 位错运动造成滑移示意图 二、 多晶体金属的塑性变形 1、多晶体和单晶体对比试验 2、 两个晶粒试样拉伸 （一）多晶体拉伸试验 （二）塑性变形影响因素 1、 晶界对塑性变形的影响 晶界处原子排列不规则晶格畸变严重，位错运动受到阻——强度、硬度提高； 晶粒细，变形均匀，减少应力集中，推迟裂纹发生和发展——塑性、韧性好。 ∴ 晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 通过压力加工和热处理细化晶粒，是工业上重要金属强化手段。——“细晶强化”。 三、 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 2、 晶粒取向对