六金屬的塑性變形

1、金屬的塑性變形金屬的塑性變形一.金屬的塑性變形方式二.塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響三.塑性變形對(duì)金屬性能的影響四.塑性變形后的金屬在加熱時(shí) 組織和性能的變化五.金屬的熱加工金屬的塑性加工金屬的塑性加工 金屬材料通過(guò)冶煉、鑄造,獲得鑄錠后,可通過(guò)塑性加工的方法獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的型材、材、管材或線材,零件毛坯或零件. 塑性加工包括鍛造、軋制、 擠壓、拉拔、沖壓等方法. 金屬在承受塑性加工時(shí),產(chǎn)生塑性變形,這對(duì)金屬的組織、結(jié)構(gòu)和性能會(huì)產(chǎn)生重要的影響. 一.金屬的塑性變形方式1. 滑移 滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對(duì)于另一部分

2、發(fā)生滑動(dòng)。 滑移面為晶體的密排面,滑移方向?yàn)榛泼嫔系拿芘欧较?這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大,結(jié)合力最弱. 一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系.滑移系越多,金屬發(fā)生滑移的可能性越大,塑性就越好.滑移方向?qū)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. 體心立方晶格滑移面滑移方向62=12面心立方晶格密排六方晶格43=1213=3滑移系滑移系滑移的位錯(cuò)機(jī)制1.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成滑移 滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)沿著滑移面逐步運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。滑移并非是晶體兩部分沿滑移面作整體的相對(duì)滑動(dòng),而是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2.塑性變形使位錯(cuò)大量增殖2. 孿生 在切應(yīng)力作

3、用下晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)發(fā)生切變的變形過(guò)程稱孿生。 發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶體稱為孿晶。孿晶與未變形部分晶體原分布形成對(duì)稱。 孿生所需的臨界切應(yīng)力比滑移的大得多。孿生只在滑移很難進(jìn)行的情況下才發(fā)生。體心立方晶格金屬（如鐵）在室 溫或受沖擊時(shí)才發(fā)生孿 生。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。 二.塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響（1）晶粒發(fā)生變形 晶粒沿形變方向被拉長(zhǎng)或壓扁. 金屬中的夾雜物形成纖維組織.（2）亞結(jié)構(gòu)形成 金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí),由于 位錯(cuò)的密度增大和發(fā)生交互作用, 大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū), 并相互

4、纏結(jié), 形成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。（3）形變織構(gòu)產(chǎn)生 金屬塑性變形大于70%時(shí), 由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 使各晶粒的位向趨近于一致, 形成特殊的擇優(yōu)取向, 這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。 三.塑性變形對(duì)金屬性能的影響（1）產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力(外力去除后,金屬內(nèi)部殘留下來(lái)的應(yīng)力) 由于在發(fā)生塑性變形時(shí), 金屬各部分變形不均勻(宏觀內(nèi)應(yīng)力), 晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆?微觀內(nèi)應(yīng)力),位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多,造成點(diǎn)陣畸變. 金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力(1:10:100). 殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件變形或開裂. 齒輪等零件,如表

5、面通過(guò)噴丸處理,可產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力,可提高疲勞強(qiáng)度。（2）形變強(qiáng)化 (加工硬化) 金屬發(fā)生塑性變形, 隨變形度的增大, 金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高, 塑性和韌性明顯下降。這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。產(chǎn)生原因：金屬發(fā)生塑性變形時(shí), 位錯(cuò)密度增加, 位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng), 相互纏結(jié), 造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的增大, 引起塑性變形抗力提高. 晶粒破碎細(xì)化.（3）產(chǎn)生各向異性 由于纖維組織和形變織構(gòu)的形成, 使金屬的性能產(chǎn)生各向異性。 沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性高。（4）物理化學(xué)性能變化 電阻增大, 耐蝕性降低.四四.塑性變形后的金屬在加熱時(shí)塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化組織和性能的變化 一.回復(fù) (去應(yīng)

6、力退火) 變形后的金屬在較低溫度T=(0.250.3)T熔點(diǎn)(K) 加熱,發(fā)生回復(fù)。由于加熱溫度不高, 原子擴(kuò)散能力不大, 只是晶粒內(nèi)部位錯(cuò)、空位、間隙原子等缺陷通過(guò)移動(dòng)、復(fù)合消失而大大減少,晶粒仍保持變形后的形態(tài),顯微組織不發(fā)生明顯變化.此時(shí)材料的強(qiáng)度和硬度只略有降低,塑性稍有增高,但殘余應(yīng)力則大大降低. 二、再結(jié)晶 1. 再結(jié)晶過(guò)程及其對(duì)金屬組織、性能的影響 變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí),由于原子擴(kuò)散能力增大,被拉長(zhǎng)或壓扁、破碎的晶粒通過(guò)重新生核、長(zhǎng)大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶(晶格類型無(wú)變化)的過(guò)程稱為再結(jié)晶.再結(jié)晶后加工硬化現(xiàn)象完全消除. 2.最低再結(jié)晶溫度 用冷塑性變形量大于70%的

7、金屬,經(jīng)一小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來(lái)表示. T再=(0.350.4)T熔點(diǎn) (K)3.影響最低再結(jié)晶溫度的因素： (1)預(yù)先變形度 金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對(duì)變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大, 金屬的晶體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定, 最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后, 金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。 (2)雜質(zhì)和合金元素 由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點(diǎn)元素, 阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。(3)加熱速度和保溫時(shí)間 再結(jié)晶是一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程, 需要一定時(shí)間才能完成。提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生, 而保溫時(shí)間越長(zhǎng), 再結(jié)晶溫度越低。

8、(4)熔點(diǎn)4.影響再結(jié)晶退火后晶粒度的主要因素：(1)預(yù)先變形度 變形度的影響主要與金屬變形的均勻度有關(guān)。變形越不均勻, 再結(jié)晶退火后的晶粒越大。 變形度很小時(shí)，因不足以引起再結(jié)晶，晶粒不變。 當(dāng)變形度達(dá)到210%時(shí)，金屬中少數(shù)晶粒變形，變形分布很不均勻，所以再結(jié)晶時(shí)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(guò)程而很快長(zhǎng)大，結(jié)果得到極粗大的晶粒。使晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大的變形度稱作臨界變形度。生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在臨界變形度范圍內(nèi)的塑性變形加工。 超過(guò)臨界變形度之后，隨變形度的增大，晶粒的變形更加強(qiáng)烈和均勻，再結(jié)晶核心越來(lái)越多，因此再結(jié)晶后的晶粒越來(lái)越細(xì)小。 但是當(dāng)變形度過(guò)大（約90%)時(shí),

9、 晶?？赡茉俅纬霈F(xiàn)異常長(zhǎng)大,一般認(rèn)為它是由形變織構(gòu)造成的。（2）加熱溫度 加熱溫度越高, 原子擴(kuò)散能力越強(qiáng), 則晶界越易遷移, 晶粒長(zhǎng)大也越快。5.再結(jié)晶退火溫度 為了縮短處理時(shí)間,實(shí)際采用的再結(jié)晶退火溫度要比最低再結(jié)晶溫度高100200三、晶粒長(zhǎng)大 再結(jié)晶完成后的晶粒是細(xì)小的, 但如果繼續(xù)加熱, 加熱溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí), 晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大, 最后得到粗大晶粒的組織, 使金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等機(jī)械性能都顯著降低。 當(dāng)金屬變形較大, 產(chǎn)生織構(gòu), 含有較多的雜質(zhì)時(shí), 晶界的遷移將受到阻礙, 因而只會(huì)有少數(shù)處于優(yōu)越條件的晶粒(例如尺寸較大, 取向有利等)優(yōu)先長(zhǎng)大, 迅速吞食周圍的大量小晶

10、粒,最后獲得晶粒異常粗大的組織,稱為二次再結(jié)晶,大大降低金屬的機(jī)械性能。五.金屬的熱加工 在金屬的再結(jié)晶溫度以上(下)的塑性變形加工稱為熱(冷)加工.鋼材的熱鍛和熱軋,由于溫度處于再結(jié)晶溫度以上,金屬材料發(fā)生塑性變形后,隨即發(fā)生再結(jié)晶過(guò)程.因此塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過(guò)程的軟化作用所消除,使材料保持良好的塑性狀態(tài).（1）熱加工能使鑄態(tài)金屬中的氣孔 疏松 微裂紋焊合,提高金屬的致密度,減輕或消除樹枝晶偏析和改善夾雜物 第二相的分布等,提高金屬的機(jī)械性能,特別是韌性和塑性. （2）熱加工能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，并通過(guò)再結(jié)晶獲得等軸細(xì)晶粒,而使金屬的機(jī)械性能全面提高.但這與熱加工的變形量和加工終了溫度關(guān)系很大,一般來(lái)說(shuō)變形量應(yīng)大些,加工終了溫度要低些. (3）熱加工能使金屬中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物和第二相沿金屬流動(dòng)方向被拉長(zhǎng),形成 “流線”和帶狀組織,使金屬的機(jī)械性能特別是塑性和韌性具有明顯的方向性,縱向性能顯著大于橫向性能。 作業(yè)一.術(shù)語(yǔ)解釋10：滑移、孿晶、回復(fù)、再結(jié)晶、形變強(qiáng)化、加工硬化、熱加工、冷加工、形變織構(gòu)、殘余內(nèi)應(yīng)力二.填空 是非判斷 選擇題：P9-2(6)(7)(8)(9)(10).P10-3(6)(7)(8)(9)(10).P11-4(5) 三.綜合分析題6：33.P14-5(14)34.P14-5(15)35.P14-5(16)36