04《工程材料》第四章 材料的变形与强化2007.ppt

第四章 材料的变形与强化 ; 塑性变形加工是提高材料性能和改变其尺寸与形状的重要途径。 金属重要特性: 良好的塑性。 ; 工程上对金属塑性变形加工的方法：轧制、锻造、挤压、拉拔、冲压等。;金属高温镦粗变形;挤压变形;滚压（轧制）变形;模锻变形：由简单形状加工为复杂形状;;冲压（冷塑性变形）;;采用热挤压变形的方法制造无缝钢管;采用热挤压变形的方法制造无缝钢管; 对金属进行塑性变形，可改变其外观形状、力 学性能、组织结构。 改变金属的组织结构，可改变其塑变能力，达 到设计尺寸形状要求。 研究金属（合金）塑性变形特性，需要了解其 塑变机理。;第一节 金属的塑性变形;单晶体的变形过程—刚性错开模型;单晶体的变形过程;滑移是如何进行的？; 显然，滑移并不是在晶体的滑移面上作整体的 刚性移动。 研究证明：滑移是滑移面上位错运动的结果， 位错在运动中依次破坏原来原子间的正常结合。;刃型位错运动过程动画;刃型位错运动过程动画;螺型位错运动过程动画;滑移面与滑移方向 滑移面： 滑移最容易在两个密度最大的晶面之间发生（这两个面之间的间距最大）。 滑移方向： 滑移又最容易在最密晶面上的原子最密排列的方向进行。;滑移最容易发生在两个密度最大的晶面之间；最容易在这个晶面上的原子最密排列的方向进行。;滑移系： 滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个滑移系。 滑移系数目↑，材料塑性↑； 滑移面↑，材料塑性↑； 滑移方向↑，材料塑性↑。 滑移方向对材料塑性的贡献大于滑移面。; 体心立方晶体的最密排面和密排方向。 有 6 个滑移面，每个滑移面有2个 滑移方向。 滑移系＝ 6×2 ＝ 12个;面心立方晶体的最密排面和密排方向。; 非密排面（非滑移面）上也存在着密排方向， 却不能构成滑移系。;在三种典型金属晶格中： 体心立方晶格的滑移系6(滑移面)×2(滑移方向)＝12 面心立方晶格的滑移系4(滑移面)×3(滑移方向)＝12 密排六方晶格的滑移系1(滑移面)×3(滑移方向)＝3 滑移系多、滑移面上的滑移方向多,晶体变形能力强。 金属塑性如Cu、γ-Fe（面心立方）＞α-Fe（体心立方）＞Zn（密排六方）。 ;受力滑移过程中的同时伴随着晶体的转动 ;（2）孪生 晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。 易发生孪生变形晶体： 密排六方晶体（Zn、Mg等）； 体心、面心晶体（低温、高速载荷时）。;二、多晶体的塑性变形;（一）多晶体的塑性变形过程 ; 影响多晶体塑性变形的因素： 1．晶粒位向：晶粒位向不一致 2．晶界 1)滑移障碍：晶界原子排列不规则，位错在晶界难以运动，滑移阻力↑，变形抗力↑ 。 2)协调变形：晶界变形与相邻不同变形量的晶粒保持连续。 ;（二）晶粒大小对塑性变形的影响;第二节 金属的冷塑性变形;一、冷塑性变形对金属组织与性能的影响 ①金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或压扁，成细条状， 晶界上夹杂物也被拉长, 形成纤维组织。;②亚结构形成 塑变时,大量位错在局部堆积、缠结, 晶粒被分成一些位向略有差别的小晶块, 形成亚晶粒。? ③形变织构产生? 变形很大 (70%以上),晶粒发生转动, 各位向趋于一致, 形成择优取向, 形成形变织构。; 纤维组织和形变织构使金属的性能出现各向异性。沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向。 有织构的板材冲制零件会出现“制耳”。;④产生加工硬化：金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。（位错密度增加, 交互作用，运动阻力增大）。 ;二、加热消除金属冷变形产生的结构与性能变化;（一）回复? 较低温度加热，发生回复。 回复使位错、空位、间隙原子大大减少，组织形貌无变化。 内应力大大降低，强度、硬度、塑性变化不大。 去应力退火，利用回复过程降低内应力而又保留加工硬化效果。;（二）再结晶 新形核－长大过程 加工硬化消除，力学性能恢复，长晶粒→等轴晶粒，强度↓。 利用再结晶退火消除加工硬化，使金属能够继续变形加工。; 线材生产中，需要将粗钢丝经过多次冷拔-再结晶过程 ;预变形度影响; 几种金属变形后的最低再结晶温度 Al 150℃ 低碳钢 450℃ W 1210℃ Zn 15℃ Sn