第3章节金属材料的塑性变形课件(1210KB).ppt

§3．4 塑性加工性能及影响因素 3.4.1 塑性加工性能及其指标 金属的塑性加工性能是指衡量金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。塑性加工性能常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。 金属的塑性指金属材料在外力作用下发生永久性变形而又不破坏其完整性的能力。常用截面收缩率、延伸率和冲击韧度等指标表示。变形抗力指变形过程中金属抵抗外力的能力。 3.4.2 塑性加工性能的影响因素 1．金属的本质 ⑴化学成分：纯金属的塑性加工性能比合金好。 ⑵金属组织：纯金属及固溶体（如奥氏体）的塑性加工性能好，而碳化物（如渗碳体）的塑性加工性能差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如细小而又均匀组织的塑性加工性能好。 2．加工条件 ⑴变形温度：随温度升高，金属的塑性上升，变形抗力下降，即金属的塑性加工性能提高。 锻造温度指始锻温度（开始锻造的温度）和终锻温度（停止锻造的温度）间的温度范围。始锻温度比AE线低200℃左右，终锻温度约为800℃左右。 ⑵变形速度：一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶过程来不及进行，不能及时克服形变强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，塑性加工性能变坏。另一方面金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高（称为热效应现象）。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高，变形抗力下降，塑性加工性能变好。当变形速度较小时，热效应不明显，故以强化为主；但变形速度增大到一定值后（例如高速锤锻造），热效应起主导作用，变形速度越大，则塑性加工性能越好。 变形速度与塑性的关系 塑 性 变形速度 B ⑶应力状态：金属内部存在的三个方向应力中压应力数目越多，金属的塑性越好，拉应力数目越多，金属的塑性越差。 * * * * * * 第3章 金属材料的塑性变形 金属材料经塑性变形后，内部组织会发生很大变化，使金属的性能得到改善和提高。 §3．1 单晶体和多晶体的塑性变形 3.1.1 单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。 1．滑移： 金属塑性变形最常见的方式就是滑移。晶体在切应力的作用下，一部分沿一定的晶面（亦称滑移面）和晶向（也称滑移方向）相对于另一部分产生滑移。 实际上，单晶体的滑移变形除了晶体内两部分彼此以刚性的整体相对滑移外，晶体内部的各种缺陷（尤其是位错）的运动更容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面时，晶体就产生了塑性变形。 滑移的实现 —— 借助于位错运动 金属晶体的滑移遵循一定的规律。 ⑴当金属晶体发生滑移时，原子移动的距离是晶格常数的整数倍，所以滑移后仍然可以保持晶体结构的完整性，滑移后晶体结构的取向也没有发生变化。 ⑵由于金属晶体中各类晶面和晶向的原子密度并不相等，各类晶面之间距离和不同晶向的原子之间距离也不相等，所以当外应力或分切应力一定时，金属晶体必定会以晶面间距较大即晶面之间结合力较小的最密排面作为滑移面进行滑移。反之，原子密度小的晶面，由于面间距离小，即晶面之间的结合力甚强而难于进行滑移。 ⑶同理，滑移方向一般也是金属晶体中的最密排方向。 ⑷将滑移面和滑移方向的组合数（即两者的乘积）称为滑移系。 ⑸金属的晶体结构不仅会影响滑移的临界分切应力的大小，还会对滑移系的多少产生影响。这两个因素都与金属的塑性直接有关。所以常见的金属中，面心立方金属塑性较好，体心立方金属塑性稍差，密排六方金属塑性更差。 2．孪生 晶体变形的另一种方式是孪生。孪生变形是在切应力作用下，晶体的一部分对应于一定的晶面（孪晶面）沿一定方向进行的相对移动。原子移动的距离与原子离开孪晶面的距离成正比，每个相邻原子间的位移只有一个原子间距的几分之一，但许多层晶面累积起来的位移便可形成比原子间距大许多的变形。 孪生 在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变，产生塑性变形。 黄铜中的孪晶 3.1.2 多晶体金属塑性变形的特点 1．晶粒取向对塑性变形的影响 多晶体中各个晶粒的取向不同，在大小和方向一定的外力作用下，各个晶粒中沿一定滑移面和一定滑移方向上的分切应力并不相等，因此在某些取向合适的晶粒中，分切应力有可能先满足滑移的临界应力条件而产生位错运动，这些晶粒的取向称为软位向。 另一些晶粒由于取向的原因可能还不符合发生滑移的临界应力条件而不会发生位错运动，这些晶粒的取向称为硬位向。在外力作用下，金属中处于软位向的晶粒中的位错首先发生滑移运动，但这些晶粒变形到一定程度后就会受到处于硬位向、尚未发生变形的晶粒的阻碍，只有当外力进一步增加才能使处于硬位向的晶粒也满足滑移的临界应力条件，产生位错运动从而出现均匀的塑性变形。 所以在多晶体金属中，由于各个晶粒取向不同，一方面使塑性变形表现出很大