金屬的塑性變形小結(jié)

小結(jié)第三章金屬材料的塑性變形第一節(jié)金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形塑性變形有兩種形式：滑移和孿生。在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以滑移方式進行的。（一）滑移滑移與滑移帶1）滑移是指晶體的一部分沿一定的晶血和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象?；谱冃蔚奶攸c：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力。⑵滑移常沿品體中原子密度最大的品面和品向發(fā)生。因為原子密度最大的品面和品向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的品面和品向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是品體中的密排面和密排方向。

⑶滑移時，品體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍。2）滑移帶滑移的結(jié)果在品體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。滑移系一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。金屬的塑性，面心立方品格好于體心立方品格，體心立方品格一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。金屬的塑性，面心立方品格好于體心立方品格，體心立方品格好于密排六方品格?；茣r晶面的轉(zhuǎn)動:①外力錯動一力偶使滑移面轉(zhuǎn)動一滑移面〃拉伸軸。②以滑移面的法線為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動一滑移方向〃最大切應(yīng)力方向。㈡孿生攣生是指品體的一部分沿一定品面和品向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱攣生帶或攣晶，沿其發(fā)生攣生的品面稱攣生面，攣生的結(jié)果使攣生面兩側(cè)的品體呈鏡面對稱。得多，變形速度極快，接近聲速；攣生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。與滑移相比:攣生使品格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大與滑移相比:攣生使品格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大二、多晶體金屬的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似。而多晶體變形比單晶體復(fù)雜得多。㈠晶界及晶粒位向差的影響1、 晶界的影響當位錯運動到品界附近時，受到品界的阻礙而堆積起來，稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進行，則必須增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。2、 晶粒位向的影響由于各相鄰品粒位向不同，當一個品粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的品粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形品粒的變形阻力。由于品粒間的這種相互約束，使得多品體金屬的塑性變形抗力提高。㈡多晶體金屬的塑性變形過程多品體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的品粒。當塞積位錯前端的應(yīng)力達到一定程度，加上相鄰品粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰品粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批品粒傳遞到另一批品粒，當有大量品粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。㈢晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響金屬的品粒越細，其強度和硬度越高。因金屬品粒越細，品界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。-金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。-因晶粒越細，單位體積內(nèi)品粒數(shù)目越多，參與變形的品粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強度和塑性同時增加，金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細品強化。第二節(jié)塑性變形對金屬組織和性能的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒變形-金屬發(fā)生塑性變形時，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的品粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。當變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀，品界變得模糊不清?！鏊苄宰冃芜€使品粒破碎為亞品粒。形變織構(gòu)在塑性變形過程中，由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當變形達到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向?！鲂巫兛棙?gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時，易產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。二、冷塑性變形對金屬組織性能的影響1.加工硬化（形變硬化）（冷作硬化）隨冷塑性變形量增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。產(chǎn)生加工硬化的原因是：1）隨變形量增加，位錯密度增加，由于位錯之間的交互作用（堆積、纏結(jié)等），使變形抗力增加；2） 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細化；3） 隨變形量增加，空位密度增加；4） 幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動引起。-由于加工硬化的存在，使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形，而未變形部分開始變形，因此，沒有加工硬化，金屬就不會發(fā)生均勻塑性變形。加工硬化是強化金屬的重要手段之一，尤其對于那些不能以熱處理強化的金屬和合金更為重要。物理化學(xué)性能的變化殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時，外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中?！鰞?nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間（宏觀內(nèi)應(yīng)力）。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或品粒內(nèi)不同區(qū)域之間，（微觀內(nèi)應(yīng)力）。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬強化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強度降低。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。第三節(jié)變形金屬在加熱時的組織和性能的變化■金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前組織狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴散能力小，不穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當長時間，而加熱則使原子擴散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)品和晶粒長大。㈠回復(fù)回復(fù)：是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯的近距離遷移而引起的品內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等?！鲇捎谖诲e運動使其由冷塑性變形時的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы纾@一過程稱多邊形化。㈡再結(jié)晶當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S品粒。這種冷變形組織在加熱時重新徹底改組的過程稱再結(jié)品。再結(jié)品也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)品前后新舊晶粒的品格類型和成分完全相同。由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。再結(jié)晶溫度再結(jié)品不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行的過程，發(fā)生再結(jié)品的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。影響再結(jié)晶溫度的因素為：1） 金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大，再結(jié)品溫度越低。當變形度達到一定值后，再結(jié)品溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)品溫度。純金屬的最低再結(jié)品溫度與其熔點之間的近似關(guān)系：T再F.4T熔。其中T再、T熔為絕對溫度。金屬的熔點越高，T再也越高。2） 金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散和品界遷移作用，使金屬再結(jié)品溫度顯著提高。3） 再結(jié)品加熱速度和加熱時間提高加熱速度會使再結(jié)品推遲到較高溫度發(fā)生，延長加熱時間，使原子擴散充分，再結(jié)品溫度降低。工業(yè)生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)品退火。再結(jié)品退火溫度常比再結(jié)品溫度高100?200°C。㈢再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)品完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間，將發(fā)生品粒長大，這是一個自發(fā)的過程。晶粒的長大是通過品界遷移進行的，是大品粒吞并小品粒的過程。品粒粗大會使金屬的強度，尤其是塑性和韌性降低。第四節(jié)金屬的熱加工一、 冷加工與熱加工的區(qū)別-在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)品溫度來劃分的。低于再結(jié)品溫度的加工為冷加工，而高于再結(jié)品溫度的加工為熱加工。熱加工時產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)品產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會帶來加工硬化效果。二、 熱加工對金屬組織和性能的影響-熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝品或拄狀品破碎，從而使組織致密、成分均勻、品粒細化，力學(xué)性能提高?！鰺峒庸な硅T態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工