工程材料第四章 金属的塑性变形和再结晶解析.ppt

第四章 金属的塑性变形和再结晶 §4-1 金属的塑性变形 滑移带 * 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使其发生塑性变形，以改善材料的组织和性能，并得到所需尺寸。 铸态金属： 组织粗大、不均匀、不致密、偏析 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。说明晶面之间发生了相对运动。 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和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。 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 二、 多晶体金属的塑性变形 多晶体塑性变形的影响因素： 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”。 2、 晶粒取向对塑性变形的影响 某些取向合适的晶粒，其分切应力有可能先满足的临界切应力条件而产生滑移。这些晶粒的取向称为“软位向” ，反之谓“硬位向”。 多晶体的塑性变形总是逐批滑移，从不均匀变形逐步发展到比较均匀的变形。 软位向 硬位向 接近45度的位向为软位向 接近0度与90度的位向为硬位向 （一）机械性能的变化－加工硬化 经过冷态下塑性变形之后的金属的机械性能发生很大的变化， 。 加工硬化：经过冷态下塑性变形之后，金属的强度和硬度随变形量的增加而增加，同时塑性却随之降低，这种现象叫做“加工硬化”或“冷作硬化”。 除了机械性能的变化，金属材料的理化性能也有所变化。 例：冷拉钢丝 强度提高，塑性降低 (二）物理性能变化 例：金属的电阻有所增大 ，抗蚀性降低 。 三、 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 （三） 显微组织的变化 晶粒沿加工方向拉长。 1、晶粒形态变化 晶粒破碎转变成亚晶粒结构 。 2、亚结构形成 当变形量非常大时，晶粒拉长严重变为纤维状。这种纤维状组织称为织构。织构产生各向异性，导致“制耳”。 3、产生织构 注意：这种各向异性，是伪各向异性。是多晶粒的位向趋同造成的。 （四） 出现残余内应力 外力的变形功〉90％ →热，〈10％的功→内应力，成为残余应力。 1、第一种残余内应力——宏观内应力 由晶粒之间或晶粒内部不同区域间的变形量不同而产生。 2、第二种残余内应力——显微内应力 由位错等晶格缺陷在塑性变形过程中的大量增加引起缺陷附近晶格畸变会而产生（占总内应力的大部分）。 3、第三种残余内应力——晶格畸变应力 由表层与心部的变形量不同而形成 。 残余应力的作用：第一、第二内应力引起金属宏观变形或开裂；第三内应力