热处理工艺学(第四章).ppt

第四章 金属的塑性变形 第一节 塑性变形的概念 一般的金属都是多晶体，故金属的塑性变形可以认为是由晶内变形和晶间变形两部分组成的。在单个晶粒内部所发生的塑性变形称为晶内变形；金属晶粒之间的塑性变形称为晶间变形。 一、晶内变形 将一个表面经过良好抛光的纯锌单晶体进行拉伸试验.当试祥发生一定的塑性变形之后，在其表面上出现了许多相互平行的倾斜的浅条状的痕迹。锌单晶体塑性变形是沿着结晶平面发生，位于晶面两侧的两部分晶体发生相对滑移，滑移的结果造成了永久变形。这就是通常所称的滑移变形。实验表明滑移主要是发生在那些原子排列最紧密和较紧密的晶面之间，并且是沿着该晶面上原子排列最紧密的方向上进行的。这是由于原子排列最紧密的晶面内部结合力较强，它本身不容易被外力所破坏的缘故。能够发生滑移的晶面和晶向，通常称为“滑移面”和“滑移方向”。 不同晶格类型的金属，其滑移面和滑移方向的数目各不相同，一般地说，滑移面和滑移方向愈多，金属的塑性愈好。而滑移方向对金属塑性变形能力的影响比滑移面的影响更明显些. 在变形温度、大小都相同的情况下，面心立方晶格的金属大于晶粒于体心立方晶格,体心立方晶格的塑性大于密排六方晶格. 二晶间变形 多晶体变形中晶内变形与晶间变形比较,晶内变形是主要的。塑性变形中使晶粒被拉得很长，相邻晶粒之间的位移是不会很大的，晶间位移过大就意味着金属的破裂.讨论晶间变形，主要应考虑晶界及位向的影响. 1 .晶界的作用 观察只包含两个晶粒的试样、在受拉伸时的变形情况。其变形的特点是：在远离晶界的地方，变形很明显，而在接近晶界处，变形很少，出现了“竹节现象”。这一实验说明，晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。晶界的这种特性，主要是由晶界处的结构特点所决定的。 晶界是相邻晶位的过渡层，这里的原子排列比较紊乱，并常有杂质集中于此处，阻碍了滑移的进行.相邻晶格方向差别越大,晶界处的原子排列越紊乱,滑移抗力越大.多晶体的晶粒越细,晶界愈多,塑往变形抗力也愈大。 2 .各晶粒间位向差别的影响 各晶粒间的晶格方向差别也要影响塑性变形的进行。在多晶体金属中，由于各个晶粒的位向不同，当受外力作用时,有的晶粒处干滑移有利位置,有的处在不利位置．产少滑移的晶粒受到周围未滑移晶粒的牵制和阻碍,未滑移晶粒则受到滑移晶垃变形的作用而产生弹性变形，互相协调。这就使滑移的阻力增加了。 因此,金属的强度不仅与其原子间的接合力大小有关，还与晶拉的大小有关。晶位愈熟细,则金属的总晶界面积就越大，因而塑性变形抗力也愈大，强度也越高。 细晶粒的金属不仅强度较高，其塑性和韧性也优于粗晶粒金属。原因在于:粗晶的塑性变形集中在少数晶粒上面，由于变形不均匀，容易使少数晶粒滑移过度而造成破裂。而细晶粒金属，在一定体积内的晶粒数目比粗晶粒金属多，有利于滑移的晶粒也多，则在同样的变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，每个晶粒内的变形也比较均匀。此外，晶粒越细，晶界的曲折越多，更不利于裂纹的传播，从而使多晶粒金属能承受较大量的塑性变形而不致破裂,表现出较高的塑性和韧性。 因此，在生产上通常总是设法使金属获得细晶粒的组织。 第二节 金属的冷塑性变形 一、加工硬化 随着变形度的增加，强度、硬度提高，而塑性，韧性下降，这种现象称加工硬化。 二、冷变形对金属组织结构的影晌 经过冷变形后，金属内部的组织结构发生很大的变化。晶粒随着变形量的增加沿变形方向被拉长，当变形程度很大时，晶粒变为纤维状，晶粒间界也模糊了，形成所谓“纤维结构”。晶粒内部的晶格逐渐发生歪扭，并有晶粒碎片出现；由于各部分变形的不均匀性，冷塑性变形还将造成内应力。 冷变形以后的金属处于一种不稳定的状态，它本身就具有恢复到变形前原来组织状态的倾向。在常温下，由于原子扩散能为不足，这种不稳定状态能维持相当时间而不致子发生明显的变化。如将冷变形后的金属加热到较高的温度，使其原子具有一定的扩散能力，就会发生一系列组织和性能的变化。 第三节 回复和再结晶 冷变形后的金属，在加热的过程中随着加热温度的升高，一般要经历回复、再结晶和晶粒长大三个转变阶段。 一、回复 当加热温度不太高时，原子的扩散能力较低，这时从显微组织上看不到任何变化，但晶格的畸变程度减轻，金属的机械性能和物理、化学性能部分地恢复到变形前的情况。如温度、硬度稍有下降，塑性略有升高，电阻和内应力显著降低低等。