学习情境三金属材料塑性变形对组织性能的影响.pptx

学习情境三; 金属的塑性变形对组织性能的影响;; 金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种压力加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件，并可以消除铸造过程中的某些缺陷。压力加工的实质就是塑性变形。 ;一、金属材料变形特性;单晶体的滑移;多晶体;单晶体塑性变形基本形式：滑移和孪生。;1、滑移定义 滑移：指晶体在切应力的作用下， 晶体的一部分沿一定的晶面 (滑移面)上的一定方向(滑移???向)相对于另一部分发生滑动。 滑移带：当试样经过塑性变形后，在显微镜下观察，可在表面看到许多相互平行的线条，称之为滑移带。 若干条滑移线组成一个滑移带。 ;2、滑移的特点：;正应力σ：仅使晶格产生弹性伸长，当超过原子间结合力时，使将晶体拉断； 切应力τ ：使晶格产生弹性歪扭，在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑动。; ——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。; 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。;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。;2、滑移的特点：;转动的原因：晶体滑移使试样两端的拉力不再处于统一轴线，产生一个力矩使滑移面转动 转动结果：滑移面趋向与拉伸轴平行，使外力作用在同一直线，使切应力分量大，更易于变形。 ;;（二）孪生 孪生：切应力作用下晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生均匀的移动。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。 ;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。;（1） 滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。孪生使一部分晶体发生均匀移动，滑移时伴随的移动只集中在滑移面上。 （2）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速。在滑移较难进行时发生孪生。 （3）滑移→位错运动→原子移动的相对位移是原子间距的整数值→不引起晶格位向的变化； 孪生→晶格切变→原子移动的相对位移是原子间距的分数值→孪晶晶格位向改变→促进滑移。 （4）孪生产生的塑性变形量小， 但引起的晶格畸变大。;（一）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，由于晶界处的原子排列紊乱，缺陷和杂质多，能量高，对位错的滑移起阻碍作用，位错受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。使位错运动阻力增大，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，当一处利于滑移方向晶粒发生滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移受到阻碍，从而提高金属塑性变形抗力。;（二） 晶粒大小的影响;细晶强化是唯一的使材料的强度和塑性同时提高的强化方法。 对铸态使用的合金，可控制铸造工艺来细化晶粒； 对热轧或冷变形后退火态使用的合金，可调整变形度和再结晶退火温度来细化晶粒； 对热处理强化态使用的合金可控制奥氏体化温度，利用相变重结晶来细化晶粒。 ;（三） 多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于45°的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系;（一） 单相固溶体合金的塑性变形 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。 ;（二） 多相合金的塑性变形与弥散强化 合金的塑性变形除与合金基体的性质有关外，还与第二相 的性质、形态、大小、数量和分布有关。 ;3、第二相在晶内呈颗粒状弥散分布时 不可变形颗粒（硬）不易被切变，因而阻碍了位错的运动，形成位错环，提高了变形抗力。;位错切割第二相粒子;第二相在晶内呈弥散质点分布时，可显著提高材料的强度和硬度，且分散的质点越多、越细，这种对材料的强化作用越强。 这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。; 纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成所谓纤维组织。 ??; 金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结， 形成不均匀的分布，