工程材料第三节 金属的塑性加工 (2).ppt

T再与ε的关系 2. 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。 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度. 金属熔点越高, T再也越高. T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃ 塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响. 了解塑性变形的本质,塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺. 5万吨水压机 第三节 金属的塑性加工 一、 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。 (一)、单晶体金属的塑性变形 外力在晶面上的分解 切应力作用下的变形 锌单晶的拉伸照片 韧性断口 脆性解理断口 1. 滑移 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 塑性变形的形式：滑移和孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。 滑移变形的特点 ： ⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力. ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格 {110} {111} {110} {111} 晶格 滑移面 滑移 方向 滑移系 三种典型金属晶格的滑移系 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。 ⑶滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. 滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条滑移线组成一个滑移带。 铜拉伸试样表面滑移带 ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。 ㈡ 孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 孪晶组织 孪生示意图 与滑移相比： 孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距. 密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。 奥氏体不锈钢中退火孪晶 钛合金六方相中的形变孪晶 (二)、多晶体金属的塑性变形 1. 不均匀的塑性变形过程 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。 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。这种弹性变形 便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。 Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积 3. 晶界阻碍位错的运动 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。 1. 塑性变形对金属组织结构的影响 (1) 纤维组织形成 金属发生塑性变形时，外形发生变化，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。 (2) 亚结构形成塑性变形 还使晶粒破碎为亚晶粒。 （三）塑性变形对金属组织与性能的影响 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 5%冷变形纯铝中的位错网 (a) 正火态 (c) 变形80% (b) 变形40% (3)形变织构的产生 由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称织构或择优取向。 板织构 丝织构 形变织构示意图 各向异性导致的铜板 “制耳” 有 无 （1）产生加工硬化现象 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。 2. 塑性变形对金属性能的影响 （2）使金属的性能产生各向异性 形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生“制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄