机械工程材料第二版课件教学课件 ppt 作者 高琪妹 主编4第四章 金属的塑性变形和再结晶.ppt

《机械工程材料》 -----教材配套PPT课件 主编 高琪妹 化学工业出版社 第四章 金属的塑性变形 和再结晶 第四章 金属的塑性变形 与再结晶 第一节 金属的塑性变形 第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 塑性变形金属加热时组织和性能的变化 第四节 金属的热变形加工 第一节 金属的塑性变形 单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。 二、多晶体金属的塑性变形 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。 ㈠晶界及晶粒位向差的影响 1、晶界的影响 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。 2、晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹 ㈢ 晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变 第二节 冷塑性变形对组织和性能的影响 一、塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。 当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清. 轧制铝板的“制耳”现象 二、加工硬化 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。 三、残余内应力 内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时,内部变形不均匀而引起的。 第三节 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 ㈠ 回复 回复 加热温度较低时，晶格畸变程度减轻，从而使内应力有所降低，塑性略有恢复，强度和硬度稍有下降，这个阶段称为回复。 在回复阶段，组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。工业上常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。 ㈡ 再结晶 当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。 这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。 再结晶温度： 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。 影响再结晶温度的因素为： 1、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。 再结晶也是晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后晶粒的晶格类型和成分完全相同。 ㈢ 再结晶后的晶粒长大 再结晶完成后，若继续升温或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。 第四节 金属的热变形加工 一、冷加工与热加工的区别 在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。 如 Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加工仍为冷加工。而 Pb (熔点为327℃) 的再结晶温度为-33℃，则其在室温下的加工为热加工。 热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。 自由锻 金属的冷热加工 二、热加工对金属组织和性能的影响 热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。 热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。 在加工亚共析钢时,发现钢中的 F 与 P呈带状分布，这种组织称带状组织。 热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。 而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。 * * 1 弹性变形：当外力消除后，金属能恢复原来形状的变形，称为弹性变形。 2 塑性变形 ：当金属因受外力作用而发生变形，外力撤消后不能消失的那