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§1.3 金属的塑性变形与再结晶 1、滑移原理 (1)正应力σ作用下,试样发生弹性伸长并在σ足够大时发生断裂。切应力τ能使试样发生弹性歪扭,当τ增大到一定值时,则一定晶面两侧的两部分晶体产生相对移动。 (2)如果除去外力,晶格的弹性歪扭随之消失,而滑移到新位置的原子已经不能回到原来地位置,在新的位置上处于平衡状态。 (3)以上原因使得晶体产生微量的塑性变形,许多晶面滑移的总和,就产生了宏观的塑性变形。 2、滑移特点: (1)滑移总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面和晶向进行(原子结合力强,其面间距大,晶面间结合力弱,滑移阻力小。同理,晶向阻力也小)。 (2)三种典型金属晶格的滑移面和滑移方向是不一样的,它们的数量也是不同的。(如下图) (3)滑移面和滑移方向是原子密排面和密排方向。 ( 4 ) 面心立方晶格中滑移面是{111}晶面族,共有4个不同方位的晶面;滑移方向是〈110〉晶向族,每个{111}晶面有3个〈 110〉晶向。 体心立方晶格中滑移面是{110}晶面族,共有6个晶面;滑移方向是〈111〉晶向族,每个{110}晶面有2个〈 111〉晶向。 (5)面心立方晶格和体心立方晶格都有12个滑移系。由于滑移方向对滑移影响比滑移面较大,所以面心立方晶格的塑性好。 (6)滑移是晶体间的相对运动,不引起晶格类型的变化,滑移是通过滑移面的位错运动逐步实现的。 二、多晶体的塑性变形 (一)晶界及晶粒取向的影响 1、晶界处原子排列紊乱,滑移抗力大。 2、各个晶粒的位向不同,将使得各个晶粒的变形有先有后。但是,只有各个晶粒相互协调才能变形。 (二)晶粒大小对变形的影响 金属晶粒越小,单位体积中的晶界面积越大,并且不同位向的晶粒越多,因而金属的塑性变形抗力越大,金属的强度也就越高。 三、塑性变形后金属的组织与性能 (一)位错密度增加,产生加工硬化 加工硬化(冷作硬化):金属在变形后强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象。 注:塑性变形主要是通过位错实现的,主要是位错密度增加。 (二)冷塑性变形引起的各向异性 1、形成纤维组织 2、变形织构的产生 变形织构:晶粒位向有序化结构,称为-。 (三)产生残余内应力 1、金属表层和心部变形不均匀--宏观内应力; 相邻晶粒变形不均匀--微观内应力; 由于位错等缺陷造成晶格畸变应力--是金属主要 变形强化原因。 第二节 变形金属在加热时组织和性能的变化 一、回复: 加热温度较低;原子活动能力不大;变形金属的显微组织不发生显著变化;加工硬化后的强度和硬度基本不变塑性回升;残余内应力基本消除物理、化学性能基本恢复到变形前的情况。 注:晶格畸变减少(位错、空位等)。 二、再结晶: 加热温度较高;变形金属显微组织发生显著变化;晶粒转变成均匀细小的等轴晶粒;这一过程类似结晶过程,也是通过形核和长大的方式完成的,故称为“再结晶” 注:1、再结晶前后晶粒的晶格类型不变、化学成分 不变,只改变晶粒形状,因此再结晶不发生相变。 2、再结晶不是在恒温下进行的,而是在一定的温度范围进行。 特点:经过再结晶的 金属强度、硬度下降 塑性、韧性上升,所 有性能回复到变形前 的水平。 三、再结晶后的晶粒的长大 当晶界从一个晶粒向另一个晶粒推进时,把另一晶粒中晶格的位向逐步改变成为与这个晶粒相同的位向,于是另一个晶粒便逐步被这个晶粒“吞并”,最后合成一个大晶粒。 * 第一节 金属的塑性变形 一、单晶体的塑性变形方式:滑移和孪生 (一)滑移: 晶体的两个部分之间沿一定晶面(滑移面)和晶向(滑移向)发生的相对移动。 如图:当金属晶体受到外力F作用时,不论外力的方向、大小与作用方式如何,均可将总的应力σF分解成垂至于某一滑移面的正应力σ和平行于此面的切应力τ。 (二)孪生: 晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)进行剪切变形的现象。 密排六方金属常以孪生方式变形; 体心立方金属只有在低温拉伸或受到冲击载荷时才发生孪生变形; 面心立方金属容易滑移变形一般不发生孪生变形。 序言:金属经过冷变形后,内能升高,处于不稳定状态,并存在向稳定状态转变的趋势。低温时这种转变不易实现,通过加热可以使变形金属的组织与性能最后趋于稳定。 温度升高变形金属发生: 回复→再结晶→晶粒长大 再结晶温度主要决定于变形度。变形程度越大,晶体的缺陷越多,组织就越不稳定,再结晶温度越低 * * *
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