职业技校金属材料与热处理(劳动版第五版)教案：金属材料的损坏与塑性变形.doc

职业技校金属材料与热处理(劳动版第五版)教案：金属材料的损坏与塑性变形 复习提问： 金属材料的结构与结晶 引入新课： 塑性变形的后果： 1、使用时损坏：表2-1（疲劳破坏、过载破坏，保养、检修、报废） 2、把金属加工成各种形状和尺寸（轧、冷弯、锻造、冲压）。 3、改变金属组织、性能，产生加工硬化，提高σb。 讲授新课： 金属材料的损坏与塑性变形 一、与变形相关的几个概念 1、载荷—金属材料在加工及使用过程中所受的外力。 根据载荷作用性质的不同分： （1）静载荷—大小不变或变化过程缓慢的载荷。 （2）冲击载荷—在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。 （3）交变载荷—大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。 按作用形式分类 （1）拉伸载荷：受轴向拉力，零件轴向伸长，径向缩短 （2）压缩载荷：受轴向压力，零件轴向缩短，径向增大 （3）弯曲载荷：受法向内力，产生弯短 （4）剪切载荷：受切向内力，产生位错 （5）扭转载荷：受力偶作用，绕轴线产生相对运动 2、内力—工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为。 图示举例，内力与外力大小相等、方向相反； 内力在外力使材料发生变形时产生； 在外力使材料发生断裂后消失。 3、应力—假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分布，单位横截面积上的内力。 R= 二、金属的变形 1、几个定义： (1)变形：金属受到不同载荷作用发生形状和尺寸的变化。 (2)变形的原因：金属原子相对位置改变，宏观表现出形状、尺寸变化。 (3)变形种类： 弹性变形：金属受力F＜Fe（参考拉伸曲线） 此外力克服原子间的作用力，使原子间距改变。 Fe消失后，原子间作用力使它们恢复平衡位置。 故弹性变形时，原子间距微小变化，原子暂时偏离平衡位置，对显微组织和性能无影响。 应用：弹簧、钢轨、刀具、连杆均在弹性变形范围内工作。 塑性变形：金属受力F＞Fe（参考拉伸曲线） 发生不可逆的变形，产生的变形时比弹性变形大得多，原理更加复杂。 2、过程：弹性变形→弹－塑性变形→断裂 （1）单晶体的塑性变形（补充）： 原理：以滑移方式进行，而滑移通过位错移动实现。 滑移：单晶体一部分沿一定晶面、晶向相对另一部分滑动，滑动后原子处于新的稳定位置，无法恢复。 滑移受力方向：作用在该晶面上的力为互相平行，方向相反的切应力τ，且τ值达到一定值，滑移开始。 原子滑移到新的平衡位置，晶体产生微量变形，许多晶面滑移的叠加，产生宏观塑性变形。 滑移 拉伸 压缩 τ 滑移面、滑移方向：滑移优先沿一定晶面和晶向进行。 滑移面：晶体中能够发生滑移的晶面。 滑移方向：晶体中能够发生滑移的晶向。 滑移面和滑移方向的数量与晶格类型有关，滑移面和滑移方向多，塑性好。 滑移本质：位错。 即滑移面上部分原子偏离平衡位置，所需外力很小，只要能破坏部分原子结合力即可。 位错结果：位错叠加形成滑移，最终产生宏观塑性变形。 （2）多晶体的塑性变形（金属材料多是多晶体）： 由于金属大都为多晶体，各晶粒间有晶界相连，晶粒位向不同，故与单晶体不同。 晶粒位向影响： 晶粒位向不同，在外力下，有些易滑移，有些难滑移，易滑移的晶粒受到周围晶粒的约束，滑移阻力增大，提高了塑性变形抗力。 多晶体受周围晶粒晶界影响，塑性变形逐步扩展，造成变形不均匀，产生内应力。 晶界的作用： 常温下，由于晶界处原子排列紊乱，位错不易发生，阻碍滑移，变形抗力增大，见下图。 高温下， 晶界处原子得到能量，易扩散，变形抗力减小(同一块铁板，高温时变软)。 晶粒大小的影响： 晶粒多，晶界多，变形抗力增大。 晶粒细，变形量分散在各晶粒中，变形均匀。 晶粒多，晶界多，不利于裂纹传播，断裂前产生较大变形，韧性和塑性提高。这是细化晶粒的原因。 三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化 1、形变强化（加工硬化）—冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。 2、特点：金属的冷塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。 3、塑性变形产生过程： （1）加工过程中塑性变形： 在生产实际中，为得到所需形状和尺寸，广泛采用冲压、冷拉、轧制等加工方法，借助一定工具和强大外力，使金属按要求进行塑性变形。 课后小结：1.与变形相关的几个概念