塑性变形知识剖析.ppt

* 第三章 金属材料的塑性变形 ? 第一节????单晶体和多晶体的塑性变形 一、单晶体的塑性变形 1、滑移： 晶体中一部分相对于另一部分沿一定 的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向） 作整体切向滑移。 塑性变形的滑移带和滑移线实验观察 滑移带 滑移线 1.外力作用的塑变，是原子平面间发生相对切向滑动。 2.变形只在少数晶面间发生切向滑动，即金属塑变相当不均匀 依靠晶体整体滑移的塑性变形模型 塑性变形依靠晶体整体滑移非常困难，因为其需要滑移面两侧晶体的原子间键合几乎全部同时断开。 滑移面 刃型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型 位错运动使塑性变形容易 螺型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型 混合型位错运动使晶体滑移 引起塑性变形的模型 晶体的滑移塑性变形位错机制 晶体的滑移塑性变形 未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形 未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形 滑移面（面间结合力最小的晶面） 实验观察结论： （1）通常晶体宏观塑性变形由微观滑移（切向 变形）引起。 （2）微观滑移发生在晶体中确定的晶面（滑移面） 和确定的晶向（滑移方向）上（合称为滑移 系）。 滑移面（密排面） 滑移面上的滑移方向（密排晶向） 滑移塑性变形的特征: （1）滑移是位错的连续运动所致。 （2）存在滑移临界分切应力(其大小影响材料屈 服强度),不同晶体结构临界分切应力不同。 （3）原子移动的距离是晶格常数的整数倍，滑移 后仍保持晶体结构的完整性。 （3）滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上。 （4）不同的晶体结构常具有不同的滑移系（面心 和体心：12个；密排六方：3个），滑移系 越多，越易塑性变形，塑性越好。 密排六方结构滑移系示意图 面心立方结构滑移系示意图 研究结论：阻碍位错运动将提高材料屈服强度。 体心立方结构滑移系示意图 2、孪生：晶体中一部分相对于另一部分沿一定的晶面（孪生）和晶向（孪生方向） 作多层均匀切向移动。 τ τ τ τ 孪晶 镜面对称 二、多晶体塑性变形特点 1、晶粒取向的影响 使微观塑性变形不均匀和更复杂。? F F 晶粒之间塑性变形不均匀 （1）取向不同，滑移所需分τ不同：硬取向，软取向 （2）各晶粒都满足τ临界后，每晶粒各自沿自己滑移系滑移，又要保持金属结构的连续性。－－相互协调 相同外力，多晶体比单晶体塑变量小 2、晶界的影响 （1）阻碍位错滑移 故细化晶粒提高强度： бs =б0 + kd-1/2。 晶界 滑移面 位错 纯铁 （2）使微观塑性变形更为均匀，推迟断裂发生， 改善材料塑性、韧性。 原因： 在一定τ作用下，当总的变形量一定时，晶粒细，位错可在更多的晶粒中运动→塑变更均匀→不易应力集中→↑强度，↑塑韧性 第二节 金属的形变强化 一、形变强化（加工硬化） 1、冷变形（冷加工）后晶体内部组织的变化 （1）晶粒碎化，点缺陷、位错密度增大。内部 能量增大（储存了部分形变能）。 变形金属中位错胞 位错密集区 （2）变形量很大时，晶粒拉长，出现纤维组织， 晶粒转动形成织构（择优取向），产生各向异性。 等轴晶 沿变形方向晶粒拉长 变形前 变形后 塑性变形量很大时会使各个晶粒的取向基本一致而产生“织构”并造成各向异性。 织构：晶粒空间取向趋于一致的组织状态。 2、冷变形（冷加工）后晶体性能的变化 产生形变强化，电阻率上升，耐蚀性下降。 形变强化：随塑性变形量的增大，晶体材料的强 度不断提高，塑性不断下降的现象。 原因：位错缠结，阻碍位错运动。 σs σb HB δ 塑性变形量 塑性变形对30号钢力学性能的影响 性能指标 3、形变后的残余应力（分三类残余应力）。? （1）宏观残余应力（第一类残余应力） 因材料各部分之间塑性变形不均而产生。 心部变形大 摩擦力使表 层变形小 拔丝模具 金属材料 拉拔力 金属拔丝示意图 金属拔丝变形后残余应力 金属弯曲变形后残余应力 （2）微观残余应力（第二类残余应力） 因晶粒之间塑性变形不均而产生。 （3）晶格畸变残余应力（第三类残余应力） 因晶粒内部位错等造成晶格畸变而产生。 晶粒之间塑性变形不均匀 产生第二类残余应力 变形金属晶粒中位错胞 产生第三类残余应力 高应力区 l 残余应力危害：减低工件承载能力；使工件 尺寸、形状变化；降低工件耐蚀性。 残余拉应力 拉应力 拉应力 表层残余压应力 拉应力 拉应力 残