机械工程材料及性能处理_金属的塑性变形与再结晶_LJH.PPTVIP

机械工程材料及性能处理 金属的塑性变形及随后的加热对材料的组织和性能有显著的影响。 了解金属塑性变形的本质以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。 5.1 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。 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距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。 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. 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。 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。 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 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。这种弹性变形 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 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 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。 一、塑性变形对组织结构的影响 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 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称织构或择优取向。 二、塑性变形对力学性能的影响（加工硬化 ） 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。 冷塑性变形与性能关系 产生加工硬化的原因: 1、随变形量增加，位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加。 2、随变形量增加，亚结构细化。 3、随变形量的增加，空位密度增加。 4、几何硬化：由晶粒转动引起 加工硬化使已变形部分因硬化而停止变形，未变形部分开始变形。如果没有加工硬化，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，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 三、残余内应力 内应力是指平衡于金属内部的应力，是由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。金属塑性变形时，外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中。 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。 5.3 回复与再结晶 一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态的倾向。但