2.32.6 金屬材料的塑性變形

1、重點：塑性變形對金屬組織和性能的影響。難點：塑性變形的機理。5萬噸水壓機2.32.6 金屬的塑性變形1塑性變形的目的： 1、制造零件毛坯、型材； 2、改善材料組織和性能。 2 2.3.1 單晶體的塑性變形 外力在晶面上的分解切應力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片31、金屬塑性變形的方式滑移：主導作用，占90%。孿生：輔助作用，最多占10%。42、滑移1）定義晶體中的一部分沿著一定的晶面和該面上的一定晶向，生產(chǎn)相對切向移動的現(xiàn)象。 5滑移線62）滑移系一個滑移面（原子排列最密的晶面）+ 此面上的一個滑移方向（原子排列最密的晶向）。7滑移面示意圖8在其它條件相同時，金屬晶體中滑移系愈多或滑移方向愈多，

2、該金屬的塑性愈好。9金屬的塑性：面心立方晶格 體心立方晶格 密排六方晶格。103）滑移的條件 必要條件： 晶體的滑移是在切應力作用下進行。11充分條件： 大于臨界分切應力c。 124）滑移的同時伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動13切應力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動143、滑移的機理滑移是借助位錯運動實現(xiàn)的。因此，金屬塑性變形的實質(zhì)是位錯運動。多 腳 蟲 的 爬 行15晶體通過位錯運動產(chǎn)生滑移時，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠小于一個原子間距，因而所需臨界切應力小，這種現(xiàn)象稱作位錯的易動性。16刃位錯的運動173、多晶體塑性變形的特點1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性。ACB18（2）

3、塑性變形的協(xié)調(diào)性；（3）塑性變形由不均勻性到均勻；（4）細晶強化：19晶界對塑性變形的影響20晶粒越細，強度和硬度越高。原因：晶界面積越大，位錯障礙越多，塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬強度關系21晶粒越細，其塑性和韌性越高原因： 晶粒越細變形越均勻應力集中小塑性變形。 強度、塑性斷裂消耗的功韌性。222.4 冷變形金屬對金屬組織和性能的影響 2.4.1 對組織的影響1) 形成纖維組織 晶粒被拉長或壓扁。23工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯網(wǎng)(a) 正火態(tài)(c) 變形80%(b) 變形40%242）形成形變織構(gòu)： 板織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖各向異性導致的銅板 “制耳”有

4、無在變形量很大時，各晶粒的取向趨于一致的現(xiàn)象。25軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象263）晶粒碎化：晶粒尺寸10-2 下降到10-4 或10-6 cm；4）位錯密度增加：10(68) 增加10(1112) cm-2。27變形20%純鐵中的位錯未變形純鐵282.4.2 對金屬性能的影響1）呈現(xiàn)明顯的各向異性：由于形成了纖維組織和變形織構(gòu)導致金屬性能具有方向性。292）產(chǎn)生加工硬化：隨著變形量的增加，位錯密度升高，導致位錯纏結(jié)和定軋，對位錯的滑移產(chǎn)生巨大的阻礙作用，可使金屬的變形抗力顯著升高。應用 30冷塑性變形與性能關系31 3）金屬的導電性、電阻溫度系數(shù)和導熱性下降。 4）耐腐蝕性下降。 5）產(chǎn)生大量殘

5、余應力： 32 2.5 冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化冷變形金屬受熱后，其的組織和性能將發(fā)生一系列的變化，可分為回復、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段。 33晶粒大小強 度電阻率342.5.1 回復1）定義是指冷變形后的金屬在加熱溫度較低時，發(fā)生組織和性能變化的過程。 352）特點 加熱溫度較低： T回復 =（0.2 0.3）T熔點 低倍顯微組織沒有變化，晶粒仍為纖維狀；36 點缺陷的密度顯著下降，而位錯密度重排(多邊化)；37 機械性能：硬度、強度變化不大，加工硬化保留；塑性略有提高； 38（5）宏觀內(nèi)應力基本消除；（6）電導率增大；（7）應力腐蝕抗力提高。393）應用：去應力退火目的：保持加工

6、硬化狀態(tài)，降低內(nèi)應力，以減輕變形和翹曲。40 例如、冷拉鋼絲卷制彈簧卷制成形；在260左右進行退火；目的：降低內(nèi)應力并定型，而硬度、強度基本保持不變。41 2.5.2 再結(jié)晶 1）定義：冷變形后的金屬在加熱溫度較高時，在變形組織的基體上產(chǎn)生新的無畸變的晶核，并迅速長大形成等軸晶粒的過程。鐵素體變形80%670加熱650加熱42冷變形量為38的組織580C保溫3秒后的組織580C保溫4秒后的組織黃銅再結(jié)晶43再結(jié)晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。冷變形奧氏體不銹鋼加熱時的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒

7、形核于高密度位錯基體上44 2）特點（與回復比較） （1）加熱溫度較高： T再結(jié)晶 =（0.350.4）T熔點 45（2）無畸變等軸晶粒取代有畸變拉長晶粒，纖維狀組織消除；（3）位錯密度大大下降，亞結(jié)構(gòu)和織構(gòu)消失；46（4）機械性能硬度、強度下降，加工硬化消除塑性明顯提高冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 47（5）內(nèi)應力完全消除；（6）電導率顯著增大，應力腐蝕抗力提高。483）應用：中間退火目的： 消除加工硬化，恢復或提高塑性、韌性，以便進一步壓力加工和切削。492.5.3 晶粒長大加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，晶粒大小與加熱溫度的關系再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響50黃銅再結(jié)晶后

8、晶粒的長大580C保溫8秒后的組織580C保溫15分后的組織700C保溫10分后的組織51預先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響52變形度（%）晶粒長大趨勢（大?。┳?%-10%晶粒長大趨勢嚴重、晶粒粗大第一次異常長大30%-60%晶粒長大均勻、細等軸晶壓力加工采用大于90%晶粒長大趨勢嚴重、晶粒粗大第二次異常長大冷軋板的變形度嚴格控制在30%-60%內(nèi)。532.6 金屬的熱加工 一、定義熱加工：再結(jié)晶溫度以上進行的壓力加工冷加工：再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工。 軋制模鍛拉拔54SnPb1515W120055例1、鎢的再結(jié)晶溫度約為1200，因此，即使在1000進行變形加工也屬于冷加工。例2、錫在室

9、溫進行變形加工也屬于熱加工。56 二、熱加工與冷加工比較 1）變形溫度不同。 2）過程不同：冷加工：只經(jīng)歷加工硬化過程。57熱加工：同時經(jīng)歷加工硬化、回復和再結(jié)晶過程，最后終止在再結(jié)晶狀態(tài)。 3）其它：58熱加工能量消耗小，但鋼材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。蒸汽-空氣錘59內(nèi) 容冷加工熱加工能 量大小變形量小大變形抗力大小工具耗損大小零件尺寸中、小薄板型材中、大型零件、毛坯精度/表面質(zhì)量高/好低/差組織冷變形的組織再結(jié)晶組織力學性能加工硬化不產(chǎn)生明顯加工硬化60三、熱加工對金屬組織與性能

10、的影響1) 改善鑄態(tài)組織缺陷可使鑄態(tài)組織中的氣孔、疏松及微裂紋焊合，提高金屬致密度。612）細化晶粒使鑄態(tài)的粗大樹枝晶通過變形和再結(jié)晶的過程而變成較細的晶粒；鍛壓熱加工動態(tài)再結(jié)晶示意圖62一些高合金鋼中的萊氏體和大塊初生碳化物可被打碎并使其分布均勻等。63 3）力學性能提高工業(yè)上凡是受復雜、較大負荷作用的重要零件都需經(jīng)過熱加工方式制成。64材料狀態(tài)bMPasMPa/ %aKJ/cm2Q245鑄造490245150.34熱加工519304200.69654) 出現(xiàn)纖維組織在熱加工過程中鑄態(tài)金屬的偏析、夾雜物、第二相、晶界等逐漸沿變形方向延展，在宏觀工件上勾畫出一個個線條。66滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織67在加工亞共析鋼時，發(fā)現(xiàn)鋼中的F與P呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織?？赏ㄟ^多次正火或擴散退火消除。正火組織帶狀組