工程材料结构凝固与变形教学课件PPT.ppt

第2章 材料的结构 凝固与变形 教学目的与要求： 1.了解常用金属的晶体结构 2.了解金属结晶过程及其规律 3.了解材料塑性变形的实质及其 对材料组织与性能的影响 4.了解材料的同素异构现象 第一节 金属的晶体结构与结晶 一、金属的晶体结构 晶体与非晶体 (一)晶体的概念 晶体是指原子（离子﹑分子）在三维空间呈有规则的周期性重复排列的物质。 特点：各向异性、具有规则的外形、具有固定的熔点 （二）有关晶体的几个术语： 晶格 晶胞 晶格常数 晶面 晶向 晶格：通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线， 这些直线将形成空间格架，这种格架称为晶格。晶格的 结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。 晶体和晶格的示意图 晶胞：晶格中能够完整体现晶格排布特点的最小单元 晶格常数： 晶胞的各棱边的长度及其夹角 晶胞和晶格常数示意图 晶面：晶格中由一系列原子组成的平面 晶向：晶格中各原子列的位向 (三) 常用金属的晶体结构 1.体心立方晶格(bcc) 二、金属的实际晶体结构 2. 晶体缺陷与性能的关系 三、金属材料的结构特点 (二) 合金的相结构 四、金属的结晶 第二节 塑性变形与再结晶 一、单晶体的塑性变形 二、多晶体的塑性变形 三、合金的塑性变形 四、塑性变形对金属组织与性能的影响 五、变形金属在加热时组织与性能的变化 六、金 属 的 热 加 工 第三节 非金属材料的结构 第四节 材料的同素异构现象 (四) 残余内应力 残余内应力: 外力去除后,残留于金属内部且平衡于金属内部的应力, 它主要是金属在外力作用下,内部变形不均匀造成的 残余内应力的种类: 第一类内应力——宏观内应力: 材料表面和心部，塑性变形不均匀 第二类内应力——微观内应力: 晶粒间或晶内不同区域变形不均匀 第三类内应力——晶粒畸变应力: 超微观,由位错等缺陷的增加导致 第一类和第二类残余内应力的所占比例不大,而第三类占90%以上 金属材料在变形加工以后，为了消除残余应力或恢复其某些性能 （如提高塑性、韧性，降低硬度等），一般要对金属材料进行加热处理。 而加工硬化虽然使塑性变形比较均匀，但却给进一步的成形加工（例 如深冲）带来困难，所以常常需要将金属加热进行退火处理，以使其性 能向塑性变形前的状态转化。对变形金属加热使原子扩散能力增加，金 属的组织结构和性能又会发生变化。随着加热温度的提高，变形金属将 相继发生 回复、再结晶和晶粒长大 变形金属的回复、再结晶和晶粒长大过程示意图 (一) 回 复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程 产生回复的温度T回复为：?T回复 = (0.25～0.3) T熔点 ? 回复后的金属变化: 物理化学性能恢复，内应力显著降低， 强度和硬度略有降低 (二) 再 结 晶 再结晶 : 变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大， 被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、 细小的等轴晶,这个过程称为再结晶 产生再结晶的温度T再结晶为：?T再结晶= 0.4T熔点 ? 再结晶后的金属变化: 强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高， 加工硬化现象被消除，此时内应力全部消失， 物理、化学性能基本上恢复到变形以前的水平 (三) 晶 粒 长 大 再结晶完成后的晶粒是细小的, 但如果继续加热, 加热温度过 高或保温时间过长时, 晶粒会明显长大, 最后得到粗大晶粒的组织, 使金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。 一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象 (四) 影响再结晶后晶粒尺寸的主要因素 1. 加热温度和保温时间 加热温度越高,保温时间越长,晶粒越粗大 2. 变形程度 变形程度很小时,几乎没有再结晶现象 变形度在 2%～10% (临界变形度)时,再结晶后的晶粒特别粗大 变形度超过临界变形度后,随变形量的增大,再结晶晶粒越细小 变形度超过95%后,再结晶晶粒又开始随变形量的增大而粗大 (一) 热 加 工 与 冷 加 工 热加工: 将再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工 冷加工: 将再结晶温度以下进行的塑性变