第6章--金属及合金的塑性变形与断裂要点解析.ppt

金属经一定量的塑性变形后，晶粒中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，形成位错缠结； 进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 随变形度增加，变形胞数量增多、尺寸减小。 在冷变形时，不同位向的晶粒随着变形程度的增加，在先后进行滑移过程中其滑移系逐渐趋于受力方向转动。 而当变形达到一定程度后，各晶粒的取向基本一致，该过程称为择优取向，而变形金属产生择优取向的结构，称为形变织构。 （三）形变织构 形变织构随加工变形方式不同主要有两种类型： 拔丝形成丝织构，其特征为各晶粒的某一晶向大致与拔丝方向平行； 轧板时形成板织构，其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋于同轧面与轧向平行。 工程应用: 不利的(大部分)和有利的 不利的现象: 制耳现象 如有织构的金属板材冲制筒形零件时，由于不同方向上塑性的差别较大，深冲之后零件的边缘不 齐出现“制耳” 有利的现象: 变压器硅钢片 利用织构可大大提高变压器的效率 防止措施：织构形成后很难消除，工业生产中为了避免织构，较大的变形量往往通过几次变形来完成，并进行中间退火。 二、塑性变形对金属性能的影响 （一）加工硬化 材料在变形后，强度、硬度显著提高，而塑性、韧性明显下降,这一现象即为加工硬化或形变强化。 加工硬化是强化金属的一种重要方式，有其实用意义。 加工硬化的作用： 对不能热处理强化的金属，加工硬化是其强化的重要手段； 提高工件使用过程的安全性。 加工硬化的工程意义： 加工硬化是强化材料的重要手段，尤其是对于那些不能用热处理方法强化的金属材料。 加工硬化有利于金属进行均匀变形。因为金属已变形部分产生硬化，将使继续的变形主要在未变形或变形较少的部分发展。 加工硬化给金属的继续变形造成了困难，加速了模具的损耗，在对材料要进行较大变形量的加工中将是不希望的，在金属的变形和加工过程中常常要进行“中间退火”以消除这种不利影响，因而增加了能耗和成本。 （二）塑性变形对对其它性能的影响 电阻率升高，电阻温度系数下降；导磁率下降；抗腐蚀性减弱等。 三、残余应力 塑性变形中外力所作的功除大部分转化成热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在形变材料内部。这部分能量叫做储存能。储存能的具体表现方式为：宏观残余应力、微观残余应力及点阵畸变。 按照残余应力平衡范围的不同，通常可将其分为三种： 1、第一类内应力，又称宏观残余应力， 它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围包括整个工件。例如，将金属棒施以弯曲载荷，则上边受拉而伸长，下边受到压缩；变形超过弹性极限产生了塑性变形时，则外力去除后被伸长的一边就存在压应力，短边为张应力。这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的0.1％左右。 2、第二类内应力，又称微观残余应力， 它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的。其作用范围与晶粒尺寸相当，即在晶粒或亚晶粒之间保持平衡。这种内应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致工件破坏。 3、第三类内应力，又称点阵畸变。 其作用范围是几十至几百纳米，它是由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的。 变形金属中储存能的绝大部分（80％~90％）用于形成点阵畸变。这部分能量提高了变形晶体的能量，使之处于热力学不稳定状态，故它有一种使变形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在加热时的回复及再结晶过程。 三类残余内应力之比约为1：10：100。 总体说来，残余应力是有害的，将导致材料及工件的变形、开裂和产生应力腐蚀； 但当表面存在一薄层压应力时，反而对使用寿命有利。 §6.6金属的断裂 断裂类型 根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。 一、 塑性断裂 二、 脆性断裂 三、 影响材料断裂的基本因素 四、 断裂韧度及其应用 一、 塑性断裂 塑性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形。微观断口形貌有韧窝 脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。 二、 脆性断裂 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂）， 裂纹在外力作用下，有3种扩展方式： 四、 断裂韧度及其应用 由于张开型裂纹最容易扩展、最常见，又最危险，故研究最多。在线弹性断裂力学中，裂纹属Ⅰ型，用