金属塑性成形原理解析.ppt

第一章 金属塑性变形的基础理论 主要内容 金属的晶体结构 位错理论基础 单晶体塑性变形 多晶体塑性变形 1.1 金属的晶体结构 基本概念 晶胞结构 实际金属的晶体结构 基本概念 晶体：原子按一定的几何规律在空间作周期性排列 晶格：用直线将原子中心连接起来，构成的空间格子 空间点阵：在空间由点排列起来的无限阵列，其中每一个点都与其它所有的点都具有相同的环境。 晶胞：只包含一个阵点的六面体 晶界: 晶粒和晶粒之间的界面 晶面: 晶体中，由原子组成的平面 晶向: 由原子组成的直线 晶胞结构 面心立方：Al、Ni、Cu、γ-Fe 体心立方：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti 密排六方：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co 晶向与晶面指数 一、晶向与立方晶系晶向指数 二、晶面与立方晶系晶面指数 二、晶面与立方晶系晶面指数 三、六方晶系晶面与晶向指数 三、六方晶系晶面与晶向指数 金属的实际晶体结构 一、多晶体结构 一、多晶体结构 二、多晶体的组织与性能： 三、晶体中的缺陷概论 三、晶体中的缺陷概论 常见的缺陷 点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。 二、点缺陷对材料性能的影响 三、空位的平衡浓度 三、空位的平衡浓度 二、位错的基本概念 一）、位错的原子模型 二）、柏氏矢量 二）、柏氏矢量 三）、位错的运动 三、位错的运动 三）、位错的运动 四、位错的观察 四、位错的观察 五、位错的应变能 六、位错与点缺陷的交互作用 七、位错间的交互作用 一、表面及表面能 一、表面及表面能 二、晶界 二、晶界 二、晶界 二、晶界 孪晶界 孪晶关系指相邻两晶粒或一个晶粒内部相邻两部分沿一个公共晶面（孪晶届）构成晶面对称的位向关系 亚晶界 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。 1.3.1 滑移 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。 滑移面：原子排列密度最大的晶面。 滑移方向：原子排列密度最大的方向。 滑移系:一种滑移面及其上的一个滑移方向构成 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 1、滑移变形的特点 ： ⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力. ⑵ 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。 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。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。 ⑶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。 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 转动的原因：晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶. 当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45°角时，滑移方向上切应力最大，因而最容易发生滑移 滑移后, 滑移面两侧晶体的位向关系未发生变化。 (5)滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的． 晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。 当一根位错移动到晶体表面时，便产生一个原子间距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位错移出，则在晶体表面形成一条滑移线。 滑移时的位错运动 一个位错移到晶体表面时，便形成一个原子间距的滑移量。同一滑移面上，有大量的位错移到晶体表面时，则形成一条滑移线。 临界剪切应力 晶体进入塑性时，在滑移面上，沿滑移方向的剪应力称为临界剪应力 晶面转动 平移滑移和复杂滑移 单滑移（平移滑移） 是沿着一定的结晶面和结晶方间进行。它仅可能在最初始的塑性变形阶段发生。 双滑移 所谓双滑移就是指从某一变形程度开始，同时有两个滑移系统进行工作。但这并不意味着它们的作用是同步的。 多滑移 与双滑移相似，晶体在滑移过程中，如果滑移同时在各个滑移系统上进行时，则称此滑移为多滑移。 交滑移 若滑移是沿两个不同的滑移面和共有的滑移方向上进行时，则称为交滑移。 ㈡ 孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。 孪生的结果使孪生面两