工程材料第一章5.ppt

切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动 刃位错的运动 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 轧制铝板的“制耳”现象 黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片 * * 什么是细晶强化？ 　 细晶强化：工业上常用细化晶粒来提高金属材料的常温力学性能，这一方法叫细晶强化。 ? 复习提问： 1.4 金属的塑性变形与再结晶 1.单晶体的塑性变形 （1）滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿着一定晶面的一定方向相对于晶体的另一部分发生的相对移动。 1.4.1 金属的塑性变形 ——以滑移为主。 单晶体在受外力作用时，外力（F）在晶内某一晶面上可分解为： ?—正应力，使晶格弹性伸长或断裂。 ?—切应力，使晶格相对滑移。 ＊实践证明：滑移总是在一定晶面并沿晶面上一定方向进行。 （a）滑移面：晶体沿某一晶面滑移时，该面称为滑移面。 （b）滑移方向：晶体在滑移面上的滑动方向。 （c）滑移系：晶体中每一个滑移面及其一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移是位错在切应力作用下运动的结果。 通过刃型位错运动造成滑移的示意图 （2）滑移的机理 ＊在?作用下，位错中心要移动一个原子间距，只需位错中心附近的少数原子作微量位移即可。 ＊当位错中心从晶体的一边移到另一边时，就使晶体上半部相对于下半部滑移了一个原子间距。 多 脚 虫 的 爬 行 三种常见金属晶格中的滑移面和滑移方向 （2）滑移的机理 ＊滑移方向对塑性变形的作用比滑移面更大 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 {110} {111} {110} {111} 晶格 滑移面 滑移 方向 滑移系 2.多晶体金属的塑性变形 （1）晶界对变形的影响— ?b↑。 由两个晶粒组成的金属试样在拉伸时的变形 晶界原子排列不规则，晶格畸变大，并有杂质存在，滑移过程中，位错受晶界阻碍?使晶界塑性变形抗力↑。 （2）晶格位向对变形的影响 — ?b↑。 多晶体中各晶粒的晶格位向不同，因而应力状态也不同，任一晶粒的滑移都要受到周围晶粒的约束和阻碍，只有在各个晶粒相互协调和配合下，才能发生滑移变形。 （3）晶粒大小对金属力学性能的影响 a.晶粒越细，强度越高。 b.晶粒越细，塑性、韧性也越好。 （a）相同体积内晶粒数目越多，变形时，相同的变形量能够分散到更多的晶粒中去，因而变形比较均匀，变形应力集中少。 （b）晶粒越细，晶界的曲折越多，越不利于裂纹的传播，使断裂前能够承受较多的塑性变形，表现出较高的塑性和韧性。 （a）单位体积内晶界越多??b越高。 （b）任一晶粒周围不同位向的晶粒越多??b越高。 1.4.2 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 1.塑性变形对金属组织的影响 （1）晶粒变形 （形成纤维组织，性能趋于各向异性） 纤维组织：金属在外力作用下产生塑性变形，当变形量很大时，各晶粒将会被拉长成为细条状或纤维状，晶界模糊不清，这种组织称为纤维组织。 性能呈各向异性：沿纤维组织方向?b、?好，垂直于纤维组织方向?b、?差。 5%冷变形纯铝中的位错网 (a) 正火态 (c) 变形80% (b) 变形40% （2）形成亚结构 金属的塑性变形，还会使晶粒逐渐碎化成许多位向 略有不同的小晶块，这种组织称为亚结构。 （3）产生形变织构 变形过程中产生的具有明显方向性的组织，称为 “形变织构”。拔丝产生的织构又称为丝织构， 轧制产生的织构又称为板织构。 丝织构与板织构示意图 各向异性导致的铜板 “制耳” 有 无 2.塑性变形对性能的影响 产生冷变形强化（加工硬化） （1）加工硬化：金属因塑性变形，使强度、硬度升高，塑性、韧性降低的现象。 （2）加工硬化产生的机理 ＊随着变形度的增加，等轴晶?纤维状?晶粒破碎成亚晶粒?位错密度↑?强度、硬度↑，塑性、韧性↓。 ＊加工硬化是强化金属材料的重要手段之一，特别是对那些不能用热处理来强化的金属尤为重要。 变形20%纯铁中的位错 未变形纯铁 （2）产生各向异性 金属中产生织构，其力学性能和磁性能亦呈各向异性 （3）金属内部产生残余内应力 残余内应力可分为三类： 宏观内应力 1% 微观内应力 10%（晶粒变形不均匀） 超微观内应力 90%（晶格畸变、位错密度增加） *残余应力对金属性能的影响 热处理容易开裂 降低疲劳强度 齿轮表面处理 加热温度对冷变形金 属组织和性能的影响 （1）概念：T?T1，组织无明显的变化。晶格畸变程度大为减轻，残余应力明显下降，加工硬化保留 组织没有明显变化。 1.4.3 冷变形金属在加热时组织和性能的变化 1. 回复 （2）生产上的