第二章物理基礎(chǔ)復(fù)習(xí)2

1、l塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響。料組織和性能有顯著的影響。 了了解塑性變形的本質(zhì)解塑性變形的本質(zhì), , 及加熱時(shí)組織及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝潛力，正確確定加工工藝. . 5萬噸水壓機(jī)萬噸水壓機(jī)l單晶體受力后，外力在單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為任何晶面上都可分解為正應(yīng)力正應(yīng)力和和切應(yīng)力切應(yīng)力。正應(yīng)。正應(yīng)力只能引起彈性變形及力只能引起彈性變形及斷裂。只有在切應(yīng)力的斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。生塑性變形。一、單晶體金屬的塑性變形

2、一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片l 滑移滑移l滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。位移的現(xiàn)象。l塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移和孿生?；坪蛯\生。l金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。 l1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn) ：l 滑移只能在切應(yīng)力的作滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力. l 滑移常沿晶體中原

3、滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。晶向發(fā)生。因原子密因原子密度最大的晶面和晶向度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。移所需切應(yīng)力最小。l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向。方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。 l一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系滑移系。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移

4、面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系l滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。l因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格, 體心立方晶格好于密排六方晶格。體心立方晶格好于密排六方晶格。當(dāng)晶體受力時(shí)，由于各個(gè)滑移系相對(duì)于外力的空間位向當(dāng)晶體受力時(shí)，由于各個(gè)滑移系相對(duì)于外力的空間位向不同，其上所作用的切應(yīng)力分量的大小也必然不同。不同，其上所作用的切應(yīng)力分量的大小也必然不

5、同。l當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈45角時(shí)，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容角時(shí)，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移。這種取向成為易發(fā)生滑移。這種取向成為軟取向軟取向。l當(dāng)取向因子為零或接近于零的取向成為當(dāng)取向因子為零或接近于零的取向成為硬硬取向取向。多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行l(wèi)2、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理l滑移是通過滑移面上滑移是通過滑移面上位錯(cuò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。來實(shí)現(xiàn)的。l 孿生孿生l孿生孿生是指晶體的一是指晶體的一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。分所發(fā)生的切變。l發(fā)生切變的部分稱發(fā)生切變

6、的部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿其發(fā)生孿生的，沿其發(fā)生孿生的晶面稱晶面稱孿生面孿生面。l孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。 孿晶組織孿晶組織孿生示意圖孿生示意圖l與滑移相比：與滑移相比：l孿生使晶格位向發(fā)生改變；孿生使晶格位向發(fā)生改變；l所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快變形速度極快, 接近聲速接近聲速;l孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距.l晶間變形的主要方式是晶粒之間相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)晶間變形的主要方式是晶粒之間相互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)。l對(duì)于晶間變形不能簡(jiǎn)單地看成時(shí)晶界處

7、的相對(duì)對(duì)于晶間變形不能簡(jiǎn)單地看成時(shí)晶界處的相對(duì)機(jī)械滑移，而是晶界附近具有一定厚度的區(qū)域機(jī)械滑移，而是晶界附近具有一定厚度的區(qū)域內(nèi)發(fā)生應(yīng)變的結(jié)果。內(nèi)發(fā)生應(yīng)變的結(jié)果。l在冷態(tài)變形條件下，多晶體的塑性變形主要是在冷態(tài)變形條件下，多晶體的塑性變形主要是晶內(nèi)變形，晶間變形只起次要作用。晶內(nèi)變形，晶間變形只起次要作用。l合金可根據(jù)組織分為合金可根據(jù)組織分為單相固溶體單相固溶體和和多相混合物兩多相混合物兩種種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同.珠光體珠光體奧氏體奧氏體l一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化l單相固

8、溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 Cu-Ni合金成分與性合金成分與性能關(guān)系能關(guān)系l一、組織結(jié)構(gòu)的變化一、組織結(jié)構(gòu)的變化 l1、金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其、金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。l2、塑性變形、塑性變形還使晶粒破碎還使晶粒破碎為亞晶粒。為亞晶粒。l3、由于晶粒的

9、轉(zhuǎn)動(dòng)，、由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)織構(gòu)或或擇優(yōu)擇優(yōu)取向取向。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無二、二、對(duì)性能的影響對(duì)性能的影響l隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%10

10、40鋼(0.4%C)黃銅銅l一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 l金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅l二二 、靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)回復(fù)l在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷

11、及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺而使缺陷數(shù)量減少等。陷數(shù)量減少等。l點(diǎn)缺陷減少，位錯(cuò)密度點(diǎn)缺陷減少，位錯(cuò)密度下降，位錯(cuò)分布形態(tài)經(jīng)下降，位錯(cuò)分布形態(tài)經(jīng)過重新調(diào)整和組合處于過重新調(diào)整和組合處于低能態(tài)，但晶粒形狀沒低能態(tài)，但晶粒形狀沒有變化。有變化。l在回復(fù)階段，在回復(fù)階段，金屬組織變化金屬組織變化不明顯，強(qiáng)度、硬度略有下不明顯，強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性、韌性略有提高，降，塑性、韌性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力顯著下降。但內(nèi)應(yīng)力顯著下降。l工業(yè)上，利用回復(fù)現(xiàn)象工業(yè)上

12、，利用回復(fù)現(xiàn)象將冷將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，消除組織又保留加工硬化，消除殘余應(yīng)力，這種熱處理方法殘余應(yīng)力，這種熱處理方法稱稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。l冷沖擠的黃銅彈殼。冷沖擠的黃銅彈殼。l三、靜態(tài)再結(jié)晶三、靜態(tài)再結(jié)晶l當(dāng)變形金屬被加熱到較當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，狀開始發(fā)生變化，由破由破碎拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾槔L(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。的等軸晶粒。l這種冷變形組織在加熱這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程時(shí)重新徹底改組的過程稱稱再結(jié)晶。再結(jié)晶。鐵素體變形鐵

13、素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱l再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不是相和長(zhǎng)大的過程，但不是相變過程，變過程，再結(jié)晶前后新舊再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完晶粒的晶格類型和成分完全相同。全相同。冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上于高密度位錯(cuò)基體上l由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化、塑性、韌性提高，加工

14、硬化、內(nèi)應(yīng)力消失，內(nèi)應(yīng)力消失，大體回復(fù)到大體回復(fù)到冷冷變形前。變形前。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織l四四 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大l再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升升高加熱溫度高加熱溫度或或延長(zhǎng)保溫時(shí)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，間，將發(fā)生將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大，這這是一個(gè)自發(fā)的過程。是一個(gè)自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580580C C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700700C C保溫保溫1010分

15、后的組織分后的組織（晶粒大小與溫度和變形量之間的關(guān)系）（晶粒大小與溫度和變形量之間的關(guān)系）l1、加熱溫度和保溫時(shí)間、加熱溫度和保溫時(shí)間l加熱溫度越高，保溫時(shí)間越加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響 金屬的熱加工金屬的熱加工 在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，冷加工，而高于再結(jié)而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為晶溫度的加工稱為熱加工。熱加工。軋制軋制

16、模鍛模鍛拉拔拉拔熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會(huì)帶來加工硬化效果。因而熱加工不會(huì)帶來加工硬化效果。一一 動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶再結(jié)晶 1 1 動(dòng)態(tài)回復(fù)：動(dòng)態(tài)回復(fù)：在熱塑變過程中發(fā)在熱塑變過程中發(fā)生 的 回 復(fù) 。 （ 靜生 的 回 復(fù) 。 （ 靜態(tài)態(tài)) 2 2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：在熱塑變過程中發(fā)在熱塑變過程中發(fā)生的再結(jié)晶。生的再結(jié)晶。 （靜（靜態(tài)態(tài)) 第八章第五節(jié)熱變形l沒有本質(zhì)區(qū)別?；貜?fù)回復(fù) 再結(jié)晶再結(jié)晶靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)Text靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)Text二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響二、熱

17、加工對(duì)金屬組織和性能的影響 l1、改善晶粒組織（鑄態(tài)金屬）：熱加工可使鑄態(tài)金屬與合、改善晶粒組織（鑄態(tài)金屬）：熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎，從而使組氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或柱狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高?？椫旅堋⒊煞志鶆?、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。 鍛壓鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖結(jié)晶示意圖二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響 l2、鍛合內(nèi)部缺陷、鍛合內(nèi)部缺陷 鑄態(tài)金屬中部疏松、空隙和微裂紋等缺陷被壓實(shí)，鑄態(tài)金屬中部疏松、空隙和微裂紋等缺陷被壓實(shí)，從而提高了金屬的致密度。從而提高了金屬

18、的致密度。中心壓實(shí)法（硬殼鍛造法）中心壓實(shí)法（硬殼鍛造法） 3.破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布變向鍛造變向鍛造 l4、形成流線：熱加工使鑄、形成流線：熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長(zhǎng)，形成彼此平行形方向拉長(zhǎng)，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作的宏觀條紋，稱作流線。流線。l由這種流線體現(xiàn)的組織稱由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖纖維組織維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異。它使鋼產(chǎn)生各向異性。性。l5.改善偏析改善偏析滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織一、超塑性的概念一、超塑性的概

19、念 金屬材料在受到拉伸應(yīng)力時(shí)，顯示出很大金屬材料在受到拉伸應(yīng)力時(shí)，顯示出很大的延伸率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸率的延伸率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，把延伸率能超過能超過2 200%00%的材料統(tǒng)稱為的材料統(tǒng)稱為“超塑性材料超塑性材料”，相，相應(yīng)地把延伸率超過應(yīng)地把延伸率超過2 200%00%的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做“超塑性超塑性”。 金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即金屬超塑性歸納為以下幾方面的特點(diǎn)：即大延伸、無縮頸、小應(yīng)力、易成形。大延伸、無縮頸、小應(yīng)力、易成形。二、超塑性的分類二、超塑性的分類 按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等）可按照超塑性實(shí)現(xiàn)的條件（組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等）可將超塑性分為以下幾類。將超塑性分為以下幾類。 1 1細(xì)晶超塑性細(xì)晶超塑性( (結(jié)構(gòu)超塑性和恒溫超塑性）結(jié)構(gòu)超塑性和恒溫超塑性）。 特點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的特點(diǎn)是材料具有穩(wěn)定的超細(xì)等軸晶粒超細(xì)等軸晶粒組織，在一定的組織，在一定的溫度區(qū)間（溫度區(qū)間（T0.4TT0