第4章金属的塑性加工.ppt

第4章 金属的塑性加工 4.1 金属的塑性变形 4.2 合金的塑性变形 4.3 塑性变形对金属组织和性能的影响 4.4 塑性变形金属加热时组织与性能的变化 4.5 金属的热塑性加工 4.1 金属的塑性变形 拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力σ和切应力τ 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。 1 滑移 1) 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。 ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 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。 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 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. 4.1.2 多晶体的塑性变形 多晶体变形比单晶体复杂得多，除晶内滑移变形外，还伴随着晶粒间的滑移和转动。 晶界对塑性变形的影响 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 4.2 合金的塑性变形 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. 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. 1) 当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利; 2) 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； 3)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，塑性、 韧性略有下降，这种强化方法 称弥散强化或沉淀强化。 4.3 塑性变形对金属组织和性能的影响 4.3.1 塑性变形对组织和结构的影响 晶粒拉长或压扁甚至成纤维状、亚结构细化并出现变形织构。 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随变形量增加, 空位密度增加 ④几何硬化：由晶粒转动引起 由于加工硬化, 使已变形部分发生硬化而停止变形, 而未变形部分开始变形。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。 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。 4.4 塑性变形金属加热时组织与性能的变化 4.4.2 再结晶 再结晶: 冷变形组织在加热时由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒的晶体重新彻底改组的过程称再结晶。 由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。 再结晶温度及其影响因素 再结晶温度: 发生再结晶的最低温度称再结晶温度。 4.5 金属的热塑性加工 冷加工: 低于再结晶温度的加工称为冷加工 热加工: 高于再结晶温度的加工称为热加工。 金属的冷热加工 冷轧与热轧 热加工对金属组织和性能的影响 热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。 在加工亚共析钢时,发现钢中的 F 与 P呈带状分布，这种组织称带状组织。 变形20%纯铁中的位错 未变形纯铁 2）产生内应力 内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火 过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要 进行退火。 曲轴中内应力的模拟 晶界位错塞积所引起的应力集中 加热温度 ℃ 黄铜 4.4.1 回复 回复: 是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。 在回复阶段，组织变化不明显，其强度、硬度略有下降， 塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。 回复阶段 铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热 冷变形黄铜组织性能随温度的变化 冷变形(变形量为38%)黄铜580oC保温15分后的的再结晶组织 影响再结晶温度的因素： （1）金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度越低。 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系: T再（K）≈0.4T熔（K） 其中T再、T熔为绝对温度。 金属熔点越高, T再也越高。 T再与