3-1 塑性变形对性能的影响.ppt

第三章 改变材料性能的途径 * 第一节 金属塑性变形对性能的影响 1、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的基本方式：滑移、孪生 塑性变形的基本形式 一、塑性变形过程及组织、性能的变化 滑移变形 孪生变形 在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定 晶面和晶向发生相对滑动。 （1）滑移变形及其特点 正应力（σ）作用：使晶体产生弹性伸长， 将晶体拉断。 切应力（τ）作用：使晶体产生弹性歪扭， 晶体发生相对滑移。 单晶体的滑移变形 P σ τ 1）滑移变形 2）切应力作用下的变形 变形前 弹性变形 滑移 塑性变形后 变形前：未受外力作用，原子处于平衡位置。 弹性变形：切应力较小，晶格发生弹性歪扭。 滑移：切应力大于原子间的结合力，在某晶界两侧原子 发生相对滑移。 塑性变形后：晶格歪扭得以恢复，滑移原子不能回复。 3）滑移的特点 ① 滑移只在切应力τ作用下发生。 ② 滑移距离为原子间距的整数倍。 ③ 滑移常沿晶体中原子的密排面和密排方向进行。 Ⅰ—Ⅰ：晶面原子排列最紧密，晶面间距最 大，晶面间结合力最弱，故常沿这 样的晶面发生滑移。 Ⅱ—Ⅱ：晶面原子排列最稀面间距较小， 晶面间结合力效强，故不易沿此 晶面滑移。 滑移面示意图 a b ab 三种常见晶格金属的滑移系 x z y 晶向指数为截距的倒数 a3 a1 a2 c 1 1/2 1 1 在塑性变形过程中，滑移方向起主要作用 ④ 滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带。 滑移带 滑移线 ⑤ 滑移的同时伴随有晶体的转动。 最大切应力 使其旋转的分力 滑移方向上的分力 位错滑移造成晶体滑移 近代科学研究表明，滑移是通过晶体中的位错线沿滑移面的移动来实现的，晶体在切应力作用下，滑移面两侧的位错线相对错开，形成了一个原子间距的滑移量，其结果是晶体产生了一定量的塑性变形。 刃型位错的原子位移 （2）滑移的机理 （3）孪生 1）孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿一定晶面和晶向产生剪切变形。 2）特点： ① 孪生面两侧的晶体形成镜面对称关系 ② 孪生带中的晶格位向发生变化 孪生带两边外侧晶体的晶格位向不变化 ③ 原子移动距离较小（分数值） 3）孪生与滑移的区别 孪生变形：原子移动间距较小（分数值），晶格位向发生变化 滑移变形：原子移动间距较大（整数倍），晶格位向不发生变化 孪生变形所需的临界切应力比滑移变形的临界切应力大得多。因此，只有当滑移很难进行时，晶体才发生孪生。 1）阻碍位错滑移 故细化晶粒提高强度 晶界 滑移面 位错 2）使微观塑性变形更为均匀， 推迟断裂发生，改善材料 塑性和韧性。 晶界阻碍位错的滑移，在一定τ作用下，当总的变形量一定时， 晶粒细，位错可在更多的晶粒中运动→塑变更均匀→不易应力集中 →强度高，塑性和韧性好。 （1）晶界的影响 2、多晶体的塑性变形 结论： （2）晶格位向的影响 晶粒之间塑性变形不均匀 1）晶格位向取向不同，滑移所需的τ不同：硬取向大，软取向小。 2）各晶粒都满足τ临界后，每晶粒各自沿自己滑移系滑移， 又要保持金属结构的连续性。（相互协调） 多晶体的塑性变形 （3）多晶体塑性变形的特点 1）多晶体中存在晶界和晶格位向不同，随着外力的增加， 晶粒有先有后、分期分批地进行滑移。 2）软位向的晶粒首先滑移，硬位向晶粒最后产生滑移。 3）晶粒在滑移过程中，还伴随着晶粒的转动。 4）晶界上的原子排列紊乱， 造成晶格畸变，使滑移 困难，变形不明显， 形成“竹节”现象。 竹 节状现象 3、塑性变形对组织和性能的影响 纤维组织表现出各向异性的特征，沿纤维方向的强度和塑性远大于垂直方向的强度和塑性。 （1）组织纤维化，性能各向异性 变形前 变形中 变形后形成纤维组织 冷变形纤维组织 变形前的显微组织 变形后的显微组织 （2）晶粒胞状化，产生加工硬化 1）亚结构形成 晶粒破碎后形成许多位向差异的亚晶粒。亚晶粒越多，位错密度 越大，位错运功受到阻碍，滑移变得困难，增加了变形抗力。 2）产生加工硬化现象 加工硬化：随着变形程度增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性 下降的现象。 变形度的影响 加工硬化的意义： ① 强化金属，