2.3金属的塑性变形.ppt

第一节 金属的塑性变形 一、单晶体金属的塑性变形 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。 塑性变形有两种形式：滑移和孪生。在多数情况下，金属的塑性变形是以滑移方式进行的。 （一）滑移 1. 滑移与滑移带 1)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。因为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。 4.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。 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侧的晶体呈镜面对称。 与滑移相比： 孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速； 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。 二、多晶体金属的塑性变形 单个晶粒变形与单晶体相似。而 多晶体变形比单晶体复杂得多。 ㈠ 晶界及晶粒位向差的影响 1、晶界的影响 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起 来，称位错的塞积。要使变形继续进行，则必须增加外 力，从而使金属的塑性变形抗力提高。 2、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。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变 形阻力。由于晶粒间的这 种相互约束，使得多晶体 金属的塑性变形抗力提高。 ㈡ 多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有 大量晶粒发生滑移后，金属 便显示出明显的塑性变形。 ㈢ 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。 因金属晶粒越细，晶 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前 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。 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 1.晶粒变形 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。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。 塑性变形还使 晶粒破碎为亚 晶粒。 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 2.形变织构 在塑性变形过程中，由于晶粒的转动，当变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称织构或择优取向.。 形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生“制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。 产生加工硬化的原因是： 由于加工硬化的存在，使已变形部分发生硬化而停止变形，而未变形部分开始变形，因此，没有加工硬化，金属就不会发生均匀塑性变形。 加工硬化是强化金属的重要手段之一，尤其对于那些不能以热处理强化的金属和合金更为重要。 3.残余内应力 残余应力是指去除外力后仍残留于金属内部的应力。它主要是由于金属内部变形不均匀引起的。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（约10%）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。 内应力分为三类： 第一类内应力平衡于表面与心部之间（宏观内应力）。 第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间，（微观内应力） 。 第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。 第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。 内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。 第三节 回复与再结晶 金属经冷塑性变形后，组织处于不稳定状态，有自发恢复到变形前组织状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可以维持