第三塑性變形 (2)

1、2.12.1 純純金屬的結晶金屬的結晶2.22.2 合金的結晶合金的結晶2.32.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工2.42.4 鋼的熱處理鋼的熱處理2.52.5 鋼的合金化鋼的合金化2.6 2.6 表面技術表面技術第第2 2章章 金屬材料的金屬材料的 組織與性能控制組織與性能控制 a a2.3.1金屬的塑性變形金屬的塑性變形2.3.2塑性變形后的金屬在加熱時組織塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化和性能的變化2.3.3金屬材料的熱加工和冷加工金屬材料的熱加工和冷加工2.3 金屬的塑性加工金屬的塑性加工2.3.12.3.1金屬的塑性變形金屬的塑性變形1 1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形2

2、2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形3 3塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響滑移滑移在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生滑動沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）發(fā)生滑動?；频膶崿F滑移的實現 借助于借助于位錯運動位錯運動flash演示演示滑移觀察滑移觀察孿生孿生在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）在切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變，產生塑性變形。和晶向（孿生方向）發(fā)生切變，產生塑性變形。黃銅中

3、的孿晶黃銅中的孿晶 而滑移系較少的密排六方晶格金屬如鎂、鋅、鎘等, 則比較容易發(fā)生孿生。 1 1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形單晶體變形的基本形式單晶體變形的基本形式 彈性變形、塑性變形（滑移彈性變形、塑性變形（滑移 和和 孿生）孿生）正應力正應力使晶格發(fā)生使晶格發(fā)生彈性變形彈性變形或或斷裂斷裂,見教材見教材P23圖圖3-5切應力切應力使晶格發(fā)生使晶格發(fā)生彈性歪扭彈性歪扭或或塑性變形塑性變形塑性變形的實質塑性變形的實質 原子移動到新的穩(wěn)定位置原子移動到新的穩(wěn)定位置滑移特點：（1）滑移只能在切應力作用下才會發(fā)生，不同金屬產生滑移的最小切應力(稱滑移臨界切應力)大小不同。鎢、鉬、鐵的滑移臨界切應

4、力比銅、鋁的要大。（2）滑移是晶體內部位錯在切應力作用下運動的結果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體的相對滑動,而是通過位錯的運動來實現的。（3）由于位錯每移出晶體一次即造成一個原子間距的變形量，因此晶體發(fā)生的總變形量一定是這個方向上的原子間距的整數倍。（4）滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進行，這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大，結合力最弱。因此滑移面為該晶體的密排面，滑移方向為該面上的密排方向。一個滑移面與其上的一個滑移方向組成一個滑移系。如體心立方晶格中，面和111晶向即組成一個滑移系?；葡翟蕉啵饘侔l(fā)生滑移的可能性越大，塑性就越

5、好?；品较驅扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好。晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯運動，使形抗力增大晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯運動，使形抗力增大,見圖見圖3-9所示。所示。晶粒小晶粒小 晶界多晶界多 變形抗力大變形抗力大 強度，硬度強度，硬度（細晶強化細晶強化）晶粒小晶粒小 變形分散，應力集中小變形分散，應力集中小 塑性塑性，韌性，韌性2 2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形2 2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形2.晶粒分批逐步變形多晶體中每個晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切應力方向(稱晶粒處于軟位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方向

6、與最大切應力方向相差較大(稱晶粒處于硬位向)。在發(fā)生滑移時，軟位向晶粒先開始。當位錯在晶界受阻逐漸堆積時，其它晶粒發(fā)生滑移。因此多晶體變形時晶粒分批地逐步地變形，變形分散在材料各處。3 3塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響(1) 晶粒拉長，晶粒拉長，纖維組織纖維組織 各向異性各向異性 (沿纖維方向的強度、塑性最大）沿纖維方向的強度、塑性最大）變形變形10% 100變形變形40% 100 變形變形80%纖維組織纖維組織100 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵不同變形度不同變形度的顯微組織的顯微組織（2）織構織構絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現各向異性。絕大部分晶粒的某

7、一位向與外力方向趨于一致，性能出現各向異性。晶粒拉長，但未出現織構。晶粒拉長，但未出現織構。晶粒拉長，且出現晶粒拉長，且出現織構織構。（3）加工硬化加工硬化（形變強化（形變強化強化材料的手段之一）強化材料的手段之一）加工硬化的原因加工硬化的原因塑性變形塑性變形 位錯密度增加，相互纏結位錯密度增加，相互纏結(亞晶界亞晶界)，運動阻力加大，運動阻力加大 變形抗力變形抗力金屬在冷變形時，強度、硬度金屬在冷變形時，強度、硬度 ，塑性、韌性，塑性、韌性。視頻演示視頻演示（4）殘余內應力殘余內應力 由金屬內部不均勻變形引起由金屬內部不均勻變形引起殘余內應力的危害殘余內應力的危害引起零件加工過程變形、開裂。

8、引起零件加工過程變形、開裂。耐蝕性耐蝕性2.3.22.3.2塑性變形后的金屬在加熱時塑性變形后的金屬在加熱時 組織和性能的變化組織和性能的變化1 1回復回復2 2再結晶再結晶3 3晶粒長大晶粒長大1. 1. 回復回復塑性變形后的金屬在低溫加熱時，發(fā)生塑性變形后的金屬在低溫加熱時，發(fā)生回復過程回復過程（去應力退火去應力退火） ：位錯和點缺陷大大位錯和點缺陷大大，內應力顯著，內應力顯著 ，強度、硬度略有，強度、硬度略有 ?；貜蜏囟然貜蜏囟?=（0.25 0.3 ）T02. 2. 再結晶再結晶塑性變形后的金屬在較高溫度加熱時，發(fā)生塑性變形后的金屬在較高溫度加熱時，發(fā)生再結晶再結晶過程過程（再結晶退火

9、再結晶退火）：）：通過重新形核、長大，生成新的等軸晶粒，晶格類型不變。通過重新形核、長大，生成新的等軸晶粒，晶格類型不變。加工硬化消除加工硬化消除 強度、硬度大大強度、硬度大大 ，塑性、韌性大大，塑性、韌性大大 。最低再結晶溫度最低再結晶溫度 TR純金屬純金屬TR =（0.4 0.35）T0合金合金TR =（0.5 0.7）T0溫度單位：絕對溫度溫度單位：絕對溫度( K )預變形度對預變形度對TR的影響的影響再結晶后的晶粒度再結晶后的晶粒度加熱溫度加熱溫度 T 晶粒直徑晶粒直徑 D預變形度的影響預變形度的影響當變形度達到當變形度達到2 210%10%時，金屬中少數晶粒變形，時，金屬中少數晶粒變

10、形，變形分布很不均勻，所以再結晶時生成的晶核少，晶粒大小相差極變形分布很不均勻，所以再結晶時生成的晶核少，晶粒大小相差極大，非常有利于晶粒發(fā)生吞并過程而很快長大，結果得到極粗大的大，非常有利于晶粒發(fā)生吞并過程而很快長大，結果得到極粗大的晶粒。使晶粒發(fā)生異常長大的變形度稱作臨界變形度。晶粒。使晶粒發(fā)生異常長大的變形度稱作臨界變形度。 3. 3. 晶粒長大晶粒長大變形變形80%工業(yè)純鐵再結晶退火工業(yè)純鐵再結晶退火 顯微照片顯微照片 100變形變形80% 600退火退火8小時小時變形變形80% 400退火退火8小時小時加熱溫度加熱溫度 T 和和 加熱時間加熱時間 t 晶界遷移、晶粒合并長大。晶界遷移

11、、晶粒合并長大。2.3.32.3.3金屬材料的熱加工和冷加工金屬材料的熱加工和冷加工1 1熱加工對組織和性能的影響熱加工對組織和性能的影響2 2冷加工對組織和性能的影響冷加工對組織和性能的影響1 1熱加工對組織和性能的影響熱加工對組織和性能的影響熱加工熱加工 在在 TR 以上溫度進行的變形加工，以上溫度進行的變形加工， 如鋼材的熱鍛和熱軋。如鋼材的熱鍛和熱軋。熱加工時，塑性變形引起的加工硬化效應隨即被再結晶過程的軟化作用所消除熱加工時，塑性變形引起的加工硬化效應隨即被再結晶過程的軟化作用所消除,使材料保持良好的塑性狀態(tài)。使材料保持良好的塑性狀態(tài)。 。熱加工對組織和性能的影響熱加工對組織和性能的

12、影響1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。2）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機械性能。）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機械性能。3）產生）產生 流線流線 分布分布 非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。鍛造曲軸鍛造曲軸切削加工曲軸切削加工曲軸 鍛造曲軸的合理流線分布，可保證曲軸工作時所受的最大拉應力與流線一致，而外加剪切應力或沖擊力與流線垂直，使曲軸不易斷裂。切削加工制成的曲軸，其流線分布不合理，易沿軸肩發(fā)生斷裂。 縱向上的性能顯著大于橫向上的 冷加工對組織

13、和性能的影響冷加工對組織和性能的影響冷加工冷加工 在在 TR 以下溫度進行的變形加工，以下溫度進行的變形加工，如低碳鋼的冷拔、冷沖如低碳鋼的冷拔、冷沖。冷加工時，無冷加工時，無再結晶過程，與前述塑性變形對組織和性能的影響相同，再結晶過程，與前述塑性變形對組織和性能的影響相同，如產生加工硬化等。如產生加工硬化等。小結小結重點要求重點要求 一般要求一般要求 1. 1. 金屬在冷加工時組織和性能的變化。金屬在冷加工時組織和性能的變化。 2. 2. 金屬再結晶時組織和性能的變化。金屬再結晶時組織和性能的變化。3. 3. 加工硬化、細晶強化的概念。加工硬化、細晶強化的概念。 1. 1. 塑性變形的本質和

14、滑移機理。塑性變形的本質和滑移機理。2. 2. 熱加工對金屬組織和性能的影響。熱加工對金屬組織和性能的影響。思考題思考題1.1. 用下述三種方法制成齒輪，那一種方法較為理想？為什么？（1）用厚鋼板切出圓餅，再加工成齒輪；（2）由粗鋼棒切下圓餅，再加工成齒輪；（3）由圓棒鍛成圓餅，再加工成齒輪。2.2. 冷加工與熱加工后的金屬能否根據其顯微組織加以區(qū)別？為什么？3.3. 銅只能通過冷加工并經隨后加熱才能細化晶粒，而鐵則不需要冷加工，只需加熱到一定溫度即可細化晶粒，分析兩者差別的原因。 作作 業(yè)業(yè) 2 2c cP914week8,Oct192.2. 7), 8)7), 8)3.3. 6), 6),

15、 9), 10), 10)4.4. 3), 5)3), 5) 5.5. 16), 17)16), 17)作業(yè)作業(yè)2 2b b 參考答案參考答案 P9-102.2. 14) 14) 珠光體的本質是：珠光體的本質是：15) 15) 一塊純鐵在一塊純鐵在912912發(fā)生發(fā)生- FeFe - FeFe 轉變時，體積將轉變時，體積將層片狀的共析體層片狀的共析體( F + ( F + 共析共析 Fe3C )Fe3C )16) 16) 在鐵碳合金室溫平衡組織中，含在鐵碳合金室溫平衡組織中，含FeFe3C CII最多的合金成分點最多的合金成分點為為：減小。減小。2.11%2.11%，含含 LeLe最多的合金成

16、分點最多的合金成分點為為：4.3%4.3%17) 17) 用顯微鏡觀察某亞共析鋼，若估計其中的珠光體含量體積分數用顯微鏡觀察某亞共析鋼，若估計其中的珠光體含量體積分數 為為80%80%，則此鋼的碳的質量分數為：，則此鋼的碳的質量分數為： 0.77% 0.77% 80% = 0.616 % 80% = 0.616 %3.3. 14) 14) 鐵素體的本質是碳在鐵素體的本質是碳在- FeFe 中的間隙相。（中的間隙相。（ ）NoNo15) 2015) 20 鋼鋼 比比 T12T12 鋼鋼 的碳質量分數要高。（的碳質量分數要高。（ ）NoNo16) 16) 在退火狀態(tài)（接近平衡組織）在退火狀態(tài)（接近

17、平衡組織）4545 鋼鋼 比比 2020 鋼鋼 的塑性和強度都高。的塑性和強度都高。 （ ）NoNo17) 17) 在鐵碳合金平衡結晶過程中在鐵碳合金平衡結晶過程中，只有碳質量分數為只有碳質量分數為4.3%4.3%的鐵碳合金的鐵碳合金 才能發(fā)生共晶反應。（才能發(fā)生共晶反應。（ ）NoNo4.4. 10) 10) 奧氏體是奧氏體是：a. a. 碳在碳在- FeFe 中的間隙固溶體中的間隙固溶體b. b. 碳在碳在- FeFe 中的間隙固溶體中的間隙固溶體c. c. 碳在碳在- FeFe 中的有限固溶體中的有限固溶體作業(yè)作業(yè)2 2b b 參考答案參考答案 P11-1312) 12) T10 T10 鋼的碳的質量分數為鋼的碳的質