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机械工程材料 第二章 材料的塑性变形与再结晶 引 言 金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。 塑性加工方法：锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压等 第一节 金属的塑性变形 一、金属变形的三个阶段 二、单晶体的塑性变形 三、多晶体的塑性变形 第一节 金属的塑性变形 一、金属变形的三个阶段 弹性变形 塑性变形 断裂 一、金属变形的三个阶段：弹性变形 一、金属变形的三个阶段：塑性变形 强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度：材料断裂前所承受的最大应力值。 一、金属变形的三个阶段：塑性变形 弹塑性变形：当应力大于弹性极限时，材料不但发生 弹性变形，还要发生塑性变形。 屈服点：发生塑性变形的最小应力 条件屈服强度Rp0.2：对于无明显屈服极限的材料，规定以产生0.2%残余变形的应力作为屈服强度。 塑性变形的实质：材料内部原子离开其平衡位置，并达到新的平衡位置，产生永久位移，外力去除后原子不再恢复到原平衡位置，其变形不能恢复。 一、金属变形的三个阶段：断裂 加工硬化：当应力超过屈服强度后，试样将发生明显而均匀的塑性变形，欲使试样的应变增大，必须提高外加应力，这种随塑性变形的增大塑性变形抗力不断增加的现象（应变硬化） 颈缩：当应力达到强度极限后，试样开始发生不均匀的塑性变形，变形产生在试样局部而产生颈缩。 一、金属变形的三个阶段：断裂 强度极限Rm：材料产生不均匀塑性变形的抗力，是材料极限承载能力的表征。 韧性断裂：具有明显塑性变形后发生的断裂 脆性断裂：断裂前无明显塑性的断裂 二、单晶体的塑性变形 常温下单晶体塑性变形的主要方式是滑移，此外还有孪晶、扭折等其他方式。 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 大量局部滑移的积累构成金属的宏观塑性变形。 1）滑移只能在切应力作用下才会发生 2）其结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带 3）滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)进行,沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向,一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 4）滑移的同时伴随有晶体的转动 5）滑移是由位错运动造成的 (2)滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条滑移线组成一个滑移带。 (3) 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。 切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动 （5）滑移的机理 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大3-4个数量级。滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。 刃位错的运动 三.多晶体的塑性变形 1、晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变 通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 3.2晶界的影响 晶界强化（细晶强化）：细化晶粒增加晶界以提高金属强度的方法 是金属材料一种重要强化方法，不仅能提高材料的强度，还可改善材料的塑性和韧性 由于晶粒去向和晶界的影响，多晶体金属的塑性变形与单晶体相比，具有晶粒变形的不同时性、晶粒变形的相互协调性、塑性变形的不均匀性三个特点 多相合金的塑性变形与弥散强化 当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。 弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。 第二节 塑性变形对组织和性能的影响 一、塑性变形对组织结构的影响 二、塑性变形对金属性能的影响 三、残余应力 一、塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。 1、形成纤维组织：当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清. 2、亚结构细化：塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。 一、塑性