第六章 金属的塑性变形和断裂.ppt

第六章 金属及合金的塑性变形与断裂;???塑性加工（压力加工）：利用金属在外力下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。 塑性加工包括锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压等方法。 ;研究意义： 通过分析金属在外力作用下的变形过程和机理： ①了解金属材料强度和塑性的实质，探索金属强化的途径和方法； ②为制定压加工艺、分析、控制加工件的质量打下基础； ;本章重点： （1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标； （2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制； （3）加工硬化的本质及实际意义； （4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响： （5）金属材料的强化机制。 ;第一节　金属的变形特性;低碳钢的应力－应变曲线：如图6－1所示；;强度指标： σe、 σs（ σ0.2 ）、 σb、 σk； 塑性指标??延伸率δ、断面收缩率ψ; 工程应力—应变曲线中“颈缩”现象掩盖了 “加工硬化”;3、弹性变形： 定义：金属受力发生变形，当外力去除，立即恢复原状的变形，叫做弹性变形； 实质：利用双原子作用力模型解释： 仅原子间距发生微小的弹性变化，无显微组织的变化； 特点：①变形是可逆的； ②弹性应变很小； ③应力与应变成正比：符合虎克定律： 正应力：;则有：;第二节　单晶体的塑性变形;2.滑移特点：;由图可知： ①外力P在一定的晶面上分解为两种应力，一为平行于该晶面的切应力τ，另一为垂直于该晶面的正应力σ，如图（a）所示； ② σ只能引起晶格的弹性伸长，（由c—c’，a—a’） ，或进一步把晶体拉断，如图（b）所示； ③ τ可使晶格发生弹性扭曲后，进一步造成滑移，如图（c）所示； ④ 通过大量晶面的滑移，最终使试样被拉长变细，如图（d）所示； ;这样产生的变形叫做滑移变形； 特点：①不改变晶体的点阵类型； ②在晶体表面产生台阶； ③滑移在切应力的作用下发生。;2.1滑移带：;高锰钢中的滑移带，500X;2.2滑移的晶体学特征：滑移系； 滑移面：能够发生滑移的晶面； 滑移方向：在滑移面上能够进行滑移的方向； 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；（表示金属晶体发生滑移时滑移动作可能采取的空间位向） ;特点：滑移面总是原子最密排面，滑移方向总是原子的最密排方向； ①在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小，最易于滑移； ②同理，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力最小； ;几种常见金属的滑移面与滑移方向如表6－2所示；;2.3滑移的临界分切应力： 临界分切应力：使滑移系开动的最小分切应力； 如图所示；;外力在滑移方向分切应力τ为：;②当φ＝0°或90°时， μ＝0，则τ＝0，滑移面与外力方向垂直或平行时，无论施加多大的外力，也不能发生滑移，这种取向叫做硬取向； ③ φ小于或大于45°都属于不利于滑移的取向；;2.4滑移时晶体的转动：;几何软化：由于滑移和转动，使原来不利于滑移的晶面转到有利于滑移的方向上，（滑移面的法向与外力轴的夹角接近45°），从而有利于滑移的现象； 几何硬化：由于滑移和转动，使原来有利于滑移的晶面转到不利于滑移的方向上，（滑移面的法向与外力轴的夹角远离45°），从而不利于滑移的现象；;2.5多滑移：;2.6滑移的位错机制： 2.6.1位错的运动与晶体的滑移： 问题：实际金属晶体滑移所需的力仅是理想晶体的百分之一到千分之一，为什么？ 回答：位错的运动使滑移进行，如图6－16所示；;位错虽然移动了一个原子间距，但位错中心附近的少数原子只作远小于一个原子间距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于正常位置，所以这样的位错运动只需一个很小的切应力即可实现，故，实测的τK 远小于理论的τK 。 ;滑移的实质：位错中心的原子逐一递进，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置，通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个原子间距的滑移，如图6－15所示；;2.6.2位错的增殖： 问题： ①如图6－6所示；晶体变形时产生大量滑移带就需要为数极多的位错，晶体中有如此大量的位错吗？ ②随着变形的进行，晶体中的位错数目越来越少，最终导致形成无位错的理想晶体？ 回答： 晶体通过形变，位错数目会显著增多，原因位错的增殖； ;位错的增殖：弗兰克－瑞德位错源，如图6－11所示；;位错分为;2.6.3位错的交割与塞积： ①交割：位错线相交再通过的过程；例如，图6－12；;②位错的塞积：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