金属材料及热处理 课件 项目三 金属的塑性变形与再结晶.pptx

项目三金属的塑性变形与再结晶认知任务一认识金属的塑性变形任务二认识冷塑性变形对金属组织和性能的影响任务三认识冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化任务四认识金属的热加工

一单晶体的塑性变形金属在外力作用下发生形状和尺寸的变化称为变形。弹性变形是指外力去除后能恢复原来形状的变形；塑性变形是指外力去除后不能恢复而保留下来的那部分变形。塑性变形又称永久变形或不可逆变形。任务一认识金属的塑性变形

作用于单晶体试样的拉力F可沿一定的晶面分解为垂直于晶面的正应力σN和切应力τN。在正应力σN作用下，晶格被拉长，原子偏离原来的平衡位置，产生弹性变形；当正应力σN大于原子间引力时，晶体被拉断，产生脆性断裂。晶体在正应力作用下只能产生弹性变形和脆性断裂，不能产生塑性变形。

当切应力较小时，晶格将产生弹性变形；当切应力增大到一定值后，晶体的一部分沿着某一晶面相对于另一部分产生滑动，产生塑性变形。滑动的距离为原子间距离的整数倍。

1.滑移?在切应力的作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面上的一定方向相对于另一部分产生相对滑动的现象称为滑移。产生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。滑移通常沿着晶体中原子排列密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)进行。

一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。晶体通过位错移动而产生滑移时，并不需要整个滑移面上的全部原子同时移动，只需位错附近的少量原子作微量的移动即可，因而位错移动所需的切应力就小得多。

2.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的晶面和晶向发生剪切变形的变形方式称为孪生。发生孪生的晶面和晶向分别称为孪生面和孪生方向，发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。孪晶与未变形部分晶体以孪生面为对称面呈镜像分布。

滑移和孪生的主要区别：（1）孪生通过切变使晶格位向改变，且变形晶体与未变形部分呈对称分布；滑移是晶体中两部分晶体的相对滑动，晶格位向不变。（2）孪生变形时，孪晶带内的原子沿孪生方向的位移都是原子间距的分数倍，而滑移变形时，原子在滑移方向的位移是原子间距的整数倍。（3）孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。（4）孪生产生的塑性变形量比滑移小得多。（5）孪生变形速度极快，接近声速。

二多晶体的塑性变形1.晶粒位向的影响在多晶体中，由于各个晶粒位向不同，在外力作用下，当一部分处于有利于滑移方向的晶粒开始进行滑移时，必然会受到另一部分处于不利方向的晶粒的制约，各晶粒必须相互协调、相互适应才能变形，这样就使得滑移阻力增加，塑性变形抗力提高。

2.晶界的影响?晶界处的塑性变形抗力比晶粒本身大得多。这是因为晶界附近晶格畸变大，原子排列比较紊乱，同时也是杂质原子和各种缺陷集中的地方，这些都会阻碍位错的运动，从而提高变形抗力。

3.多晶体的塑性变形过程处于软位向的晶粒首先发生滑移时，产生的位错在晶界处受阻逐渐堆积，而其周围处于硬位向的晶粒还不能进行滑移，只能以弹性变形相适应。随着外力的增大，应力集中程度也不断增大，当达到一定程度后，变形将越过晶界，传递到另一批晶粒中，促使其发生滑移变形。细化晶粒可以同时提高金属的强度、塑性和韧性，是强化金属的重要手段之一。

任务二认识冷塑性变形对金属组织和性能的影响一冷塑性变形对金属组织的影响1.晶粒变形?在外力作用下，内部晶粒会沿变形方向被拉长或压扁。当变形程度很大时，各晶粒将会被拉成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，这种组织称为纤维组织。形成纤维组织后，金属的性能产生各向异性。

2.亚结构细化金属经大的塑性变形后，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，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，这些小晶块称为亚晶粒，这种结构称为亚结构。

3.形变织构产生金属经过大量变形(70%以上)后，由于晶粒发生转动，各晶粒的某一位向将与外力方向趋于一致，这种现象称为择优取向，这种有序化的结构称为形变织构。织构的形成使多晶体金属出现各向异性。形变织构的性质与金属的变形方式有关。

二冷塑性变形对性能的影响1.加工硬化金属发生塑性变形时，随着变形程度的增大，强度和硬度逐步提高，塑性和韧性不断下降，这种现象称为加工硬化，又称形变强化。

产生加工硬化的原因：塑性变形后，晶界面积增大，位错密度增加，位错间的交互作用增强，造成位错运动阻力的增大，引起塑性变形抗力的提高。此外，原来晶粒破碎，形成细小的亚结构，在亚晶粒边界上聚集着大量位错，产生严重的晶格畸变，也对滑移产生巨大阻碍作用。加工硬化的作用：（1）强化金属（2）使变形均匀（3）提高