04第四章金属的塑性变形与再结晶.ppt

第四章 金属的塑性变形与再结晶 第一节 纯金属的塑性变形 第二节 合金的塑性变形与强化 第三节 塑性变形对组织和性能的影响 第四节 回复与再结晶 第五节 金属的热加工 塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著影响。了解塑性变形本质，塑性变形及加热时组织的变化,有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺。 第一节 纯金属的塑性变形 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。 塑性变形的形式：滑移和孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。 ㈠ 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。 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 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 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。 铝的杯状和锥状韧性断口 2、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 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。 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 二、多晶体金属的塑性变形 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。 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, 从而使金属的变形抗力提高。 晶界对塑性变形的影响 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 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 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。 因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。 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。 第二节 合金的塑性变形与强化 合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种。合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同。 一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 产生固溶强化的原因：溶质原子与位错相互作用。溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高。 二、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，合金的塑性变形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关。第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。 当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利; 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性； 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