塑性加工的物理基礎(chǔ)

塑性加工金屬學(xué)復(fù)習(xí)第一章位錯(cuò)理論基礎(chǔ)1、 缺陷的分類：點(diǎn)缺陷（從熱力學(xué)角度穩(wěn)定缺陷）、線缺陷（不穩(wěn)定缺陷）、面缺陷。2、 位錯(cuò)：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合位錯(cuò)。特點(diǎn)：刃型位錯(cuò)一存在多余的半原子面，在位錯(cuò)線附近，原子的規(guī)則排列被破壞了，出現(xiàn)了一位錯(cuò)為中心的畸變區(qū)。螺型位錯(cuò)一存在螺旋面，沿平面繞AD螺型位錯(cuò)線作回路，可以得到一條螺旋線。混合位錯(cuò)一既有半原子面，又有螺旋面。3、 柏氏矢量一守恒性：⑴一根不分叉的位錯(cuò)線，不論它形狀如何變化，它只能有一個(gè)恒定的柏氏矢量。⑵一根位錯(cuò)線不能終止于晶體內(nèi)部，只能終止于晶體表面。如果它“終止”于晶體內(nèi)部，它必然于晶體內(nèi)其他位錯(cuò)線相連接，或自成封閉的位錯(cuò)環(huán)。⑶匯聚于一點(diǎn)的位錯(cuò)線，若從匯聚點(diǎn)向外定為個(gè)位錯(cuò)線的正方向t，那么它們的柏氏矢量和為零，即ib=0。4、 位錯(cuò)應(yīng)變能一因晶體中存在位錯(cuò)而使晶體增加的內(nèi)能稱為為錯(cuò)的應(yīng)變能，簡(jiǎn)稱位錯(cuò)能。位錯(cuò)的應(yīng)變能可分為兩部分：一為位錯(cuò)中心處的應(yīng)變能E；另一部分為位錯(cuò)中心以外區(qū)域的彈性應(yīng)變能E。即總E=E+'E。位錯(cuò)應(yīng)變能E與柏氏矢量b的平方成正比。即EeK?2Gb5、 位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)是在滑移面上進(jìn)行的。位錯(cuò)線與柏氏矢量構(gòu)成的平面為滑移面。驅(qū)使位錯(cuò)產(chǎn)生滑移運(yùn)動(dòng)的力是作用于滑移面上的切應(yīng)力。位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)時(shí)還會(huì)受到各種阻力的作用。螺型位錯(cuò)的交滑移：當(dāng)螺型位錯(cuò)在原滑移面上運(yùn)動(dòng)受到阻礙時(shí)，位錯(cuò)便會(huì)轉(zhuǎn)移到與原來滑移面相交的另一個(gè)滑移面上去，這就是螺型位錯(cuò)的交滑移。當(dāng)位錯(cuò)又重新回到和原來滑移面平行是面上時(shí)，這種交滑移稱為雙交滑移。刃型位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)：刃型位錯(cuò)不僅能作滑移運(yùn)動(dòng)，還可以作攀移運(yùn)動(dòng)。刃型位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)是通過多余半原子面的擴(kuò)展和收縮來實(shí)現(xiàn)的。6、 特殊位錯(cuò)的交互作用：P257、 割階一一由于位錯(cuò)之間的相互作用，而在位錯(cuò)線上形成的不位于滑移面上的位錯(cuò)臺(tái)階，且不會(huì)自動(dòng)消失。扭折一一當(dāng)它們的滑移面為原來位錯(cuò)的滑移面，并且割階在位錯(cuò)線張力的作用下會(huì)自動(dòng)消失，這種割階稱為扭折。8、 位錯(cuò)的反應(yīng)：P339、 面心立方體中的特征位錯(cuò)：若柏氏矢量是原子密排方向上一個(gè)原子間距的位錯(cuò)稱為特征位錯(cuò).第二章塑性變性機(jī)制1、 滑移將單晶體的圓柱試樣表面拋光后拉伸，在試樣表面上會(huì)出現(xiàn)一系列平行的變形痕跡。用顯微鏡觀察，這些變形痕跡實(shí)際上是晶體表面上形成的浮凸，它是一系列滑移跡線所組成，稱之為滑移帶。在滑移帶中的許多細(xì)線，就是滑移線。相鄰滑移線間的晶體片層稱為滑移層。每條滑移線所產(chǎn)生的臺(tái)階高度稱為滑移量。一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)“滑移系”。2、 臨界切應(yīng)力——就是能夠引起滑移系開動(dòng)的分切應(yīng)力。（45。方向有利于變形）影響臨界切應(yīng)力的因素：金屬的種類、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度和預(yù)先變形程度等。3、 滑移和攣生的異同：相同點(diǎn)：⑴都使晶體發(fā)生了切變；⑵都是沿著一定的晶面和該晶面上的一定得晶向進(jìn)行的。不同點(diǎn)：⑴攣生所發(fā)生的切變均的波及整個(gè)攣生的變形區(qū)，二滑移變形只集中在滑移面上，切變是比均勻的；⑵攣生切變是原子移動(dòng)的距離不是攣生方向原子間距的整數(shù)倍（而是幾分之一原子間距），而滑移時(shí)原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍；⑶攣生變形后，攣晶面兩邊晶體位向不同，成鏡像對(duì)稱；⑷而滑移時(shí)，滑移面兩邊晶體位向不變；⑸由于攣生改變了晶體的取向，因此攣生經(jīng)拋光浸蝕后仍可觀察到，而滑移所造成的臺(tái)階經(jīng)拋光浸蝕后不會(huì)重現(xiàn)。4、高溫變形機(jī)制：非晶機(jī)制和晶界滑移。5、多晶體塑性變形的特點(diǎn)：⑴變形的不均勻性；⑵每個(gè)晶粒的變形都要受到其他其他晶粒的影響和約束，不可能獨(dú)立自由的變形。第三章金屬塑性變形的宏觀規(guī)律1、物體在塑性變形狀態(tài)中，完全根據(jù)彈性狀態(tài)所測(cè)出的應(yīng)力叫做基本應(yīng)力。在物體中，由于其各部分的不均勻變形受到物體整體性的限制，而引起的相互平行的應(yīng)力叫做附加應(yīng)力。塑性變形完畢后保留在變形物體內(nèi)的附加應(yīng)力叫做殘余應(yīng)力。2、 附加應(yīng)力的分類：⑴第一種附加應(yīng)力：在變形物體的幾個(gè)大部分間由于不均勻變形所引起的相互平衡的附加應(yīng)力。⑵第二種附加應(yīng)力：在變形物體局部的各部分之間（如兩個(gè)或幾個(gè)晶粒之間）由于不均勻變形所引起的相互平衡的附加應(yīng)力。⑶第三種附加應(yīng)力：在變形物體的一個(gè)晶體內(nèi)的各部分間由于不均勻變形所引起的附加應(yīng)力。3、 鐓粗變形時(shí)的應(yīng)力分布：P74特點(diǎn)：應(yīng)力分布不均勻。影響金屬變形行為的因素:接觸摩擦、變形物體的外端、變形物體的幾何形狀和工具形狀、變形物體的溫度不均和組織不均等。第四章金屬塑性變形抗力1、 塑性變形抗力（簡(jiǎn)稱變形抗力）是指所設(shè)定的變形條件下，所研究的變形物體或其單元體能夠?qū)崿F(xiàn)塑性變形的應(yīng)力強(qiáng)度。（變形抗力大小用屈服應(yīng)力度量）隨著冷變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。2、 變形抗力的測(cè)定方法：拉伸試驗(yàn)法、壓縮試驗(yàn)法、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法3、 合金化學(xué)成分對(duì)變形抗力的影響碳：在較低溫度下隨著鋼中碳含量的增加，鋼的塑性變形抗力升高，溫度升高時(shí)其影響變?nèi)?。錳：剛中含錳量增多，可形成如珠光體的中錳鋼、奧氏體的高錳鋼等。中錳結(jié)構(gòu)鋼的變形抗力稍高于具有相同碳含量的碳素鋼，但高錳鋼卻有較高的變形抗力。硅：在硅鋼中含硅量對(duì)其變形抗力有明顯的影響，并使鋼的變形抗力有較大的提高。鉻：對(duì)含鉻量為0.7~1.0%的鉻鋼來說，影響其變形抗力的不是鉻，而是鋼中的含碳量。高碳鉻鋼的變形抗力雖稍高于碳鋼，但影響變形抗力的主要因素也是碳。鎳：可使鋼的變形抗力稍有提高。4、 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性變形抗力的影響：壓應(yīng)力狀態(tài)越強(qiáng)，變形抗力越大。第五章金屬在塑性加工過程中的塑性行為1、 塑性一一是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定的發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。超塑性一一一般來說，如果材料的延伸率超過100%，便可稱為超塑性。凡具有能超過100%延伸率的材料，稱為超塑性材料。2、 塑性指標(biāo)的測(cè)定方法：拉伸試驗(yàn)法、壓縮試驗(yàn)法、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)法3、 變形的溫度一速度條件對(duì)塑性的影響：4、 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性行為的影響：按應(yīng)力狀態(tài)圖的不同，可將其對(duì)金屬塑性變形的影響順序做這樣的排序：三向壓應(yīng)力狀態(tài)圖最好，兩向壓一向拉次之，兩向拉一向壓更次，三向拉應(yīng)力狀態(tài)圖為最次。即壓應(yīng)力狀態(tài)越強(qiáng)，金屬塑性變形越好。第六章金屬的斷裂1、 分類：根據(jù)斷裂前金屬是否有明顯的塑性變形可將斷裂分為韌性斷裂和脆性斷裂兩種性質(zhì)；根據(jù)斷裂面相對(duì)作用力間的取向關(guān)系，可將斷裂分為正段和剪短兩種形式；從微觀形態(tài)上，按裂紋的走向又可將斷裂分為穿晶斷裂和沿晶斷裂兩種形式。2、 隨著變形溫度的改變，有一個(gè)從韌性斷裂到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度，稱此溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。影響因素：有變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)等。3、 影響斷裂類型的因素：4、軋制過程中輥型對(duì)應(yīng)力狀態(tài)分布的影響：P149第七章金屬在塑性加工中組織與性能變化的基本規(guī)律1、 金屬在冷塑性加工中組織與性能變化：顯微組織的變化：⑴纖維組織：等軸的晶粒沿著主變形的方向被拉長。變形量越大，拉長越顯著。當(dāng)變形量很大時(shí)，各個(gè)晶粒已不能很清楚的辨別開來，呈現(xiàn)纖維狀，故稱纖維組織。⑵亞結(jié)構(gòu)：隨著冷塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度急劇增加，形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。⑶變形織構(gòu)：產(chǎn)生變形織構(gòu)。性能的變化：⑴出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象；⑵由于織構(gòu)的存在，而導(dǎo)致制品在不同方向上性能的差別出現(xiàn)各向異性。2、 冷塑性加工后金屬在熱加工時(shí)的組織與性能的變化：組織變化：⑴當(dāng)加熱溫度較低時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下，觀察不出組織的變化，此階段為回復(fù)階段。⑵當(dāng)加熱溫度超過一定值后，組織和性能均發(fā)生明顯變化，形成新的無畸變的新晶粒，此階段為再結(jié)晶階段。⑶當(dāng)溫度繼續(xù)升高，會(huì)發(fā)生相鄰晶粒的相互吞并和長大，即為晶粒長大階段。性能變化：⑴金屬的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性大大提高，加工硬化消除；⑵物理性能也得到明顯恢復(fù)；⑶內(nèi)應(yīng)力完全消除。3、 金屬在熱塑性加工中組織與性能的變化：組織變化：(1)⑵⑶性能變化：(1)⑵⑶第八章金屬組織性能控制的基本原理和塑性加工過程模擬1、四種強(qiáng)化機(jī)制：晶界強(qiáng)化：多晶體金屬內(nèi)存在大量晶界。晶界上原子排列的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞，在晶界及其附近區(qū)域通常偏聚著比平均濃度高的多的異類原子，產(chǎn)