第六章　金属的塑性变形和再结晶.ppt

金属在外力作用下的变形过程分为： 弹性变形、弹塑性变形、断裂三个连续阶段 研究金属的受力变形特性，一般采用拉伸实验测得的应力-应变曲线 工程应用中,应力σ和应变?分别按下式计算: 第二节　单晶体的塑性变形 塑性变形： 物体的外形尺寸发生了永久变化的变形 塑性变形的方式: 滑移：(塑性变形的最基本方式) 晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对的滑动. 孪生: 晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀的切变,形成孪晶,这个过程称为孪生. 1.2 滑移的晶体学特征 滑移面：能够发生滑移的晶面叫之. 滑移方向：在滑移面上能够进行滑移的方向叫之 滑移系：晶体中一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系. 滑移系表示金属晶体在发生滑移时, 滑移动作可能采取的空间位向. 其他条件相同时,金属晶体中滑移系越多,滑移时可供采用的空间位向也越多,该金属的塑性也越好 1.3 滑移的临界分切应力 定义：使滑移系开始启动所需的最小分切应力 以圆柱形金属单晶体试样为例： 设柱体横截面积为Ａ，受轴向 拉力Ｆ的作用,滑移面法线与Ｆ的 夹角为φ , 滑移方向与Ｆ的夹角为λ, 则滑移面面积为Ａ/cosφ ,Ｆ在滑移 方向的分力为Ｆcosλ. 则外力在滑移方向分切应力τ为: 1.4 滑移时晶体的转动： 以只有一个滑移面的密排六方金属为例进行分析: 晶体在拉伸力F作用下产生滑移. 设不受夹头限制,滑移面 的滑移方向保持不变,则拉 伸轴的取向必不断变化.(a.b) 但实际肯定有夹头固定限 制,拉伸轴方向不能改变, 则晶 体取向就会不断发生变化(c) . 力求使滑移面转到与外力 平行的方向。 φ角增大为φ ，, λ角减小,即拉 伸轴与滑移方向的夹角不断减 小,造成了晶体位向的改变． 1.6 滑移的位错机制： 1.6.1位错的运动与晶体的滑移： 问题：实际金属晶体滑移时所需的临界切应力τK远小于理想晶体的τK，为什么？ 回答: 实际晶体中存在位错,晶体的滑移是通过位错在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动的结果 .如图 滑移实际是源源不断的位错沿着滑移面的运动.如图 位错沿滑移面的运动只需要很小的切应力即可实现，因此,实际滑移的τK远小于理论计算的τK... 1.6.2位错的增殖： 问题： ①形成一条滑移线需要上千个位错,晶体塑性变形时产生大量滑移带,需要为数极多的位错，晶体中有如此大量的位错吗？ ②滑移是位错扫过滑移面并移出晶体表面造成的.随着塑性变形的进行，晶体中的位错数目是否会越来越少，形成无位错的理想晶体？ 回答： 　通过塑性变形，晶体中位错数目会显著增多． 原因:变形过程中,晶体中存在不断增殖的位错源 位错增殖机制：弗兰克－瑞德位错源 塞积：当位错运动遇到障碍物（固定位错、杂质粒子、晶界等）的阻碍时，领先的位错在障碍物前被阻止，后续的位错被堵塞，这种现象叫做位错的塞积； 塞积的结果：形成位错的平面塞积群,并在障碍物前端形成高度应力集中，如图 第三节 多晶体的塑性变形 多晶体与单晶体塑性变形的相同点: 每个晶粒的塑性变形仍以滑移、孪生方式进行； 多晶体与单晶体塑变过程的不同点:(复杂) 多晶体塑变受晶界阻碍和位向不同的晶粒的影响； 任一个晶粒的塑变都不是处于独立的自由变形状态,需要周围晶粒同时发生变形来配合，以保持晶粒间的结合和整个物体的连续性。 原因:(多晶体的特点) ①相邻晶粒位向不同；②各晶粒间存在晶界； 多晶体的塑性变形过程的特点 各晶粒变形的不同时性. 随外力增加，对位向有利的晶粒，其滑移系的分切应力首先达到临界值，开始塑变。相邻晶粒位向不同，先变形晶粒滑移面的运动位错在晶界处受阻，形成位错的平面塞积群，造成很大应力集中。 各晶粒变形的相互协调性. 多晶体中晶粒彼此相邻，邻近晶粒必须相互配合，多个滑移系同时滑移,协调变形,以保持晶体连续性. 多晶体变形的不均匀性. 由于晶界及相邻晶粒位向不同, 晶粒之间及晶粒内部变形都是不均匀的.如图 晶粒大小对塑性变形的影响 1.晶粒越细小, 强化效果越好 2.晶粒越细小, 塑韧性越好. 原因： ①晶粒越细小，单位面积的晶粒数目多，有利于变形的取向多. ②晶粒越细小，晶内和晶界的应变差异小，变形均匀，引起的应力集中小，不易开裂. ③晶粒越细小，晶界多，且曲折，不利于裂纹的产生和传播. 综上,细晶粒具有强度高,塑、韧性好的综合机械性能,故生产中希望得到细小均匀晶粒组织. 第四节 合金的塑性变形 合 金 1、单相固溶体合金的塑性变形 与多晶体纯金属的基本相同,但产生固溶强化. 固溶强化:由于固溶体中溶质原子的存在,使其塑性变形抗力增加,强度、硬度增高,塑韧性下降的现象 固溶强化是提高金属机械性能的重要途径. 原因： 固溶体发生晶格畸变