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第五章 金属塑性变形的物理基础 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。 塑性成形工艺的分类 体积成形 本章的任务 目的： 科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。 任务： 掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优质的性能； 金属的晶体结构和组织 合金：由两种或两种以上的金属构成，按组织特征分为单相合金（以基体金属为基的单相固溶体组织）和多相合金（除基体外，还有第二相）。 多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调性是其变形的主要特点。 晶界：晶粒之间为晶界，晶界表现出许多与晶粒内部不同的性质；如： 室温时晶界的强度和硬度高于晶内，高温时则相反； 晶界中原子的扩散速度比晶内原子快得多； 晶界的熔点低于晶内；晶界容易被腐蚀等。 铁碳合金中的固溶体： ①铁素体F(单相组织) 它是碳在α-Fe中的间隙固溶体，最大溶碳量仅0.0218%(在727℃时实现的),在室温下一般为0.008%以下。 性能特点：强度、硬度低，塑性、韧性好 ②奥氏体A(单相组织) ： 它是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，最大溶解度为2.11%(在1148 ℃时实现的)。如图所示； 性能特点：强度、硬度不高，但塑性优良； （塑性变形一般加热到奥氏体状态） 3、机械混合物 由结晶过程所形成的两相混合物； 铁碳合金中的机械混合物： ①珠光体P： F+ Fe3C ②莱氏体Ld：A+ Fe3C 低温莱氏体Ld’： P+ Fe3C 滑移的结果使大量的原子逐步发生迁移，从而产生宏观的塑性变形。 晶内滑移受到晶界的阻碍，还受到周围难滑移晶粒的阻碍。而且，随变形增加，还会发生多系滑移，滑移面还会发生扭转、弯曲等。 2．孪生 孪生变形：在切应力的作用下，晶体的变形部分与未变形部分形成以孪晶面为分界面成镜面对称的位向关系. 如 密排立方（锌、镁）—— 常温、慢速拉伸 体心立方（?铁） —— 室温、冲击载荷 或 低温、不太大的变形速率 面心立方（纯铜） —— 极低温度（-230℃），高速冲击载荷 孪生变形引起的变形量是较小的，因此，晶体的塑性变形主要依靠滑移变形。 多晶体金属的塑性变形与单晶体的本质是一致的，即每个晶粒的塑性变形仍以滑移、孪生等方式进行； 但多晶体与单晶体相比有两点不同：①相邻的晶粒位向不同；②各晶粒之间存在晶界； 三、塑性变形特点 （1）各晶粒变形的不同时性 塑性变形首先在位向有利的晶粒内发生,位错源开动,但其中的位错却无法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位错塞积产生的应力场越过晶界作用到相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外加应力的增大,最终使相邻位向不利的晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界值而开动起来,同时也使原来的位错塞积得到释放,位错运动移出晶粒。如此持续运作,使更多晶粒参与变形。 （2）各晶粒变形的相互协调性 晶粒的变形需要相互协调配合，如此才能保持 晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。 （3）变形的不均匀性 软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。 多晶体冷塑性变形机制 晶间变形 晶间变形的方式包括晶粒间的相互移动和转动。 晶界对变形的阻碍作用 （1）晶界的特点：原子排列不规则；分布有大量缺陷。 （2）晶界对变形的影响:滑移、孪生多终止于晶界,极少穿过。 （3）晶粒大小与性能的关系 a 晶粒越细，强度越高(细晶强化) 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 （有尺寸限制） ? 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶