金屬塑性變形與熱塑性加工

金屬塑性變形與熱塑性加工第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形壓力加工方法示意圖第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形一.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形的基本方式有兩種：滑移和孿生。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上的一定方向相對于另一部分發(fā)生滑動。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形一.單晶體的塑性變形滑移特點(diǎn)：①滑移只能在切應(yīng)力作用下才會發(fā)生,不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力(稱滑移臨界切應(yīng)力)大小不同。②滑移是晶體內(nèi)部位錯在切應(yīng)力作用下運(yùn)動的結(jié)果。位錯運(yùn)動實現(xiàn)滑移示意圖第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形一.單晶體的塑性變形滑移特點(diǎn)：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(shù)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(jìn)行,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。第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形一.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形的基本方式有兩種：滑移和孿生。2.孿生在切應(yīng)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)生切變的變形過程稱孿生。孿生過程示意圖第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形二.多晶體的塑性變形工程上使用的金屬絕大部分是多晶體。1.多晶體中,由于晶界上原子排列不很規(guī)則,阻礙位錯的運(yùn)動,使變形抗力增大。金屬晶粒越細(xì)，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強(qiáng)度就越大。2.多晶體中每個晶粒位向不一致。多晶體的塑性變形第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形三.塑性變形對金屬組織和性能的影響

1.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響變形前后晶粒形狀變化示意圖第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形三.塑性變形對金屬組織和性能的影響

1.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響①金屬發(fā)生塑性變形后,晶粒發(fā)生變形,沿形變方向被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時,晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時),金屬中的夾雜物也被拉長,形成纖維組織。②亞結(jié)構(gòu)形成

③形變織構(gòu)產(chǎn)生金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形三.塑性變形對金屬組織和性能的影響

2.塑性變形對金屬性能的影響①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)象稱為加工硬化,也叫形變強(qiáng)化。②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。③塑性變形可影響金屬的物理、化學(xué)性能。如使電阻增大,耐腐蝕性降低。④由于金屬在發(fā)生塑性變形時,金屬內(nèi)部變形不均勻,位錯、空位等晶體缺陷增多，金屬內(nèi)部會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第一節(jié) 金屬的塑性變形三.塑性變形對金屬組織和性能的影響

2.塑性變形對金屬性能的影響因形變織構(gòu)造成深沖制品的制耳示意圖第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)變形金屬在加熱時組織和性能的變化金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生很大的變化。如果對變形后的金屬進(jìn)行加熱，金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能又會發(fā)生變化。隨著加熱溫度的提高，變形金屬將相繼發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程。變形金屬加熱時組織和性能變化示意圖第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)變形金屬在加熱時組織和性能的變化一.回復(fù)變形后的金屬在較低溫度進(jìn)行加熱，會發(fā)生回復(fù)過程。

T回復(fù)=(0.25～0.3)T熔點(diǎn)工業(yè)上常利用回復(fù)過程對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火、以降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果。第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)變形金屬在加熱時組織和性能的變化二.再結(jié)晶1.再結(jié)晶過程及其對金屬組織、性能的影響變形后的金屬在較高溫度加熱時，由于原子擴(kuò)散能力增大，被拉長（或壓扁）、破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶。這個過程稱為再結(jié)晶。①變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度和硬度明顯降低，而塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除。②內(nèi)應(yīng)力全部消失，物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。③再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)變形金屬在加熱時組織和性能的變化二.再結(jié)晶2.再結(jié)晶溫度變形后的金屬發(fā)生再結(jié)晶的溫度是一個溫度范圍，并非某一恒定溫度。一般所說的再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再),通常用經(jīng)大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經(jīng)一小時加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。最低再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點(diǎn)有如下關(guān)系：T再=(0.35～0.4)T熔點(diǎn)式中的溫度單位為絕對溫度(K)最低再結(jié)晶溫度與下列因素有關(guān)：①預(yù)先變形度②金屬的熔點(diǎn)③雜質(zhì)和合金元素④加熱速度和保溫時間第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第二節(jié)變形金屬在加熱時組織和性能的變化三.晶粒長大再結(jié)晶完成后的晶粒是細(xì)小的,但如果繼續(xù)加熱,加熱溫度過高或保溫時間過長時,晶粒會明顯長大,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。影響再結(jié)晶退火后晶粒度的主要因素是加熱溫度和預(yù)先變形度。①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,晶粒長大也越快②預(yù)先變形度

第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第三節(jié)金屬的熱加工金屬塑性變形的加工方法有熱加工和冷加工兩種。熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時是否加熱來區(qū)分，而是根據(jù)變形時的溫度處于再結(jié)晶溫度以上還是以下來劃分的。一.金屬的熱加工及其對組織、性能的影響

熱加工—在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工熱加工對金屬的組織和性能的影響: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；減輕甚至消除樹枝晶偏析和改善夾雜物、第二相的分布等；明顯提高金屬的機(jī)械性能，特別是韌性和塑性。第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第三節(jié)金屬的熱加工一.金屬的熱加工及其對組織、性能的影響

熱加工對金屬的組織和性能的影響: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。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方向被拉長，形成纖維組織(或稱“流線”)，使金屬的機(jī)械性能特別是塑性和韌性具有顯的方向性，縱向上的性能顯著大于橫向上的。因此熱加工時應(yīng)力求工件流線分布合理。第十八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期五

第三節(jié)金屬的熱加工二.金屬的冷加工及其對組織、性能的影響冷加工—在金屬的再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工。塑性變形對金屬組織和性能的影響變形類型工藝方法組織變化性能變化冷變形冷軋、拉拔、冷擠壓、冷沖壓、冷鐓晶粒沿變形方向伸長，形成冷加工纖維組織；晶粒破碎，形成亞結(jié)構(gòu)；位錯密度增加；晶粒位向趨于一致，形成形變