材料成型原理-4.ppt

第 二 篇 材料成形 第十三章 金属塑性成形的 物理基础 材料成形力学原理研究的对： 金属塑性成形 第一节 绪 论 塑性： 材料在外力的作用下产生一定的永久变形而不破坏其完整性的能力。 塑性成形： 材料成形的基本方法之一，它是利用材料的塑性，在外力作用下获得所需尺寸和形状的工件的一种加工方法，又称为塑性加工。 二、塑性成形工艺的分类 体积成形 （热加工） 三、塑性变形成形理论的发展概况 塑性成形力学，是塑性理论（或塑性力学）的发展和应用中逐渐形成的： 1864年法国工程师H.Tresca首次提出最大切应力屈服准则 1925年德国卡尔曼用初等应力法建立了轧制时的应力分布规律； 萨克斯和齐别尔提出了切块法即主应力法；再后来，滑移线法、上限法、有限元法等相继得到发展。 四、本课程的任务 目的： 科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。 任务： 掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优质的性能； 第二节　金属在冷态下的塑性变形 一、金属的晶体结构和组织 合金：由两种或两种以上的金属构成，按组织特征分为单相合金（以基体金属为基的单相固溶体组织）和多相合金（除基体外，还有第二相）。 多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调性是其变形的主要特点。 晶界：晶粒之间为晶界，晶界表现出许多与晶粒内部不同的性质；如： 室温时晶界的强度和硬度高于晶内，高温时则相反； 晶界中原子的扩散速度比晶内原子快得多； 晶界的熔点低于晶内；晶界容易被腐蚀等。 多晶体的塑性变形包括晶内变形和晶界变形。 二、金属冷态下的塑性变形机理 （一）晶内变形 晶内变形的主要方式为滑移和孪生，其中滑移是主要的 1．滑移 滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分与另一部分沿一定的晶面（滑移面：原子密度最大或比较大的晶面）和晶向（滑移方向：原子密度最大的密排方向）产生相对滑动。一个滑移面和该面上的一个滑移方向构成滑移系。 滑移的结果使大量的原子逐步发生迁移，从而产生宏观的塑性变形。 晶内滑移受到晶界的阻碍，还受到周围难滑移晶粒的阻碍。而且，随变形增加，还会发生多系滑移，滑移面还会发生扭转、弯曲等。 2．孪生 孪生变形：在切应力的作用下，晶体的变形部分与未变形部分形成以孪晶面为分界面成镜面对称的位向关系 孪生变形所需的切应力大于滑移变形时所需的切应力。所以，滑移是优先发生的变形方式。 发生孪生变形的条件主要与晶体结构、变形温度和变形速度有关：密排立方和体心立方的金属易发生孪生变形，一般在冲击载荷和较低温度下易发生孪生变形。 如 密排立方（锌、镁）—— 常温、慢速拉伸 体心立方（?铁） —— 室温、冲击载荷 或 低温、不太大的变形速率 面心立方（纯铜） —— 特别低的温度（-230℃） 注：孪生变形引起的变形量是较小的，因此，晶体的塑性变形主要依靠滑移变形。 （二）晶间变形 晶间变形的方式包括晶粒间的相互滑动和转动。 在外力的作用下，当沿晶界处的切应力足以克服晶粒相互滑动的阻力时，晶粒间发生相互滑动。 多晶体变形的不均匀性使得在相邻的晶粒间产生了力偶，造成晶粒间的相互转动。 晶粒相对转动的结果可使已发生滑移的晶粒逐渐转到位向不利的位置而停止滑移，而使另外一些晶粒转至有利的位向而发生滑移。 （三）晶界变形 低温时，晶界处原子排列极不规则，并聚集着较多的杂质原子，使滑移受到阻碍，变形阻力较大。 其次，由一个晶粒到另一个晶粒的位向有突变，即晶界处晶粒的结构是不连续的，因此，晶界处各晶粒相互制约晶界变形困难。 多晶体金属的晶粒越细，单位体积内的晶界面积越大，滑移在相近的晶粒间传播所需要的能量越多，塑性变形抗力大，强度较高； 而且单位体积内位向有利的晶粒也越多，变形分布较均匀，塑性较好。 因此，细晶金属不容易产生裂纹，发生裂纹后也不容易扩展，因此细晶金属的韧性也较好。 这就是可以通过细化晶粒来提高金属材料综合性能的原因。 三、合金的塑性变形 合金具有纯金属不可比拟的力学性能和特殊的物理、化学性能。 合金的相结构有两大类： 固溶体（如钢中的铁素体） 化合物（钢中的Fe3C）。 常见的合金组织有两大类： 单相固溶体合金