金屬塑性變形和加工硬化課件

金屬塑性變形和加工硬化課件目錄contents金屬塑性變形的基本理論金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)金屬加工硬化的原理金屬塑性變形和加工硬化的關(guān)系金屬塑性變形和加工硬化的應(yīng)用金屬塑性變形的基本理論01彈塑性轉(zhuǎn)變是指金屬在受到外力作用時(shí)，從彈性狀態(tài)向塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。彈塑性轉(zhuǎn)變的發(fā)生與溫度、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)有關(guān)，溫度升高或應(yīng)力集中均可能促進(jìn)彈塑性轉(zhuǎn)變。彈塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程中，金屬的物理和力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，如彈性模量降低、泊松比增大等。彈塑性轉(zhuǎn)變常見的屈服準(zhǔn)則有最大切應(yīng)力準(zhǔn)則、最大剪切應(yīng)力準(zhǔn)則和畸變能密度準(zhǔn)則等。屈服準(zhǔn)則在金屬塑性加工中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是制定加工工藝和預(yù)測(cè)工件質(zhì)量的重要依據(jù)。屈服準(zhǔn)則是指金屬在受力狀態(tài)下，判斷是否進(jìn)入塑性變形的準(zhǔn)則。屈服準(zhǔn)則流動(dòng)法則是指金屬在塑性變形過(guò)程中，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系。根據(jù)流動(dòng)法則，金屬在三向應(yīng)力狀態(tài)下，其應(yīng)變狀態(tài)由三個(gè)相互垂直的應(yīng)力分量決定。流動(dòng)法則對(duì)于預(yù)測(cè)金屬在不同應(yīng)力狀態(tài)下的塑性行為具有重要意義，是制定加工工藝和優(yōu)化工件質(zhì)量的重要依據(jù)。流動(dòng)法則強(qiáng)化機(jī)制是指金屬在塑性變形過(guò)程中，隨著變形程度的增加，其抵抗變形能力增強(qiáng)的機(jī)制。常見的強(qiáng)化機(jī)制有加工硬化、晶粒細(xì)化、相變強(qiáng)化等。強(qiáng)化機(jī)制對(duì)于提高金屬的力學(xué)性能和耐久性具有重要意義，是金屬材料強(qiáng)化的重要手段之一。強(qiáng)化機(jī)制金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)02金屬的晶體結(jié)構(gòu)決定了其塑性變形的能力。面心立方、體心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的金屬具有較好的塑性，而層狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的金屬塑性較差。晶體結(jié)構(gòu)對(duì)金屬塑性的影響金屬在不同晶體方向上的塑性差異較大，主要取決于晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性和滑移系數(shù)量。晶體取向?qū)λ苄缘挠绊懢w結(jié)構(gòu)與塑性溫度與塑性溫度對(duì)金屬塑性的影響隨著溫度的升高，金屬的原子熱振動(dòng)幅度增大，降低了原子間的結(jié)合力，使得金屬的塑性提高。熱加工與金屬塑性熱加工通過(guò)升高金屬的溫度，改善了金屬的塑性，使得加工硬化現(xiàn)象減弱，有利于金屬的塑性變形。應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響應(yīng)變速率越快，金屬的塑性變形抗力越大，塑性越差。這是由于快速變形時(shí)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和增殖速度跟不上應(yīng)變速率，導(dǎo)致加工硬化加劇。應(yīng)變速率敏感系數(shù)與塑性應(yīng)變速率敏感系數(shù)反映了金屬對(duì)應(yīng)變速率變化的敏感性。敏感系數(shù)越大，金屬的塑性越差。應(yīng)變速率與塑性晶粒尺寸對(duì)金屬塑性的影響晶粒越細(xì)，金屬的塑性越好。這是由于晶粒細(xì)化可以增加位錯(cuò)滑移的阻力，使得加工硬化現(xiàn)象加劇。第二相與金屬塑性第二相的存在對(duì)金屬的塑性變形產(chǎn)生不利影響。第二相粒子可以阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，增加金屬的變形抗力，降低金屬的塑性。微觀結(jié)構(gòu)與塑性金屬加工硬化的原理03加工硬化的產(chǎn)生金屬在塑性變形過(guò)程中，隨著變形程度的增加，材料的屈服極限和強(qiáng)度極限都會(huì)提高，導(dǎo)致加工硬化現(xiàn)象的產(chǎn)生。加工硬化是金屬內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的結(jié)果，這些變化包括位錯(cuò)密度的增加、晶粒細(xì)化以及亞晶界的變化等。晶粒細(xì)化隨著變形程度的增加，金屬內(nèi)部的晶粒逐漸細(xì)化，提高了材料的強(qiáng)度和硬度。亞晶界變化亞晶界在塑性變形過(guò)程中發(fā)生變化，變得更加穩(wěn)定和難以移動(dòng)，這也促進(jìn)了加工硬化的產(chǎn)生。位錯(cuò)增殖與交互作用塑性變形過(guò)程中，位錯(cuò)密度逐漸增加，位錯(cuò)之間的交互作用增強(qiáng)，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致加工硬化。加工硬化的微觀機(jī)制加工硬化能夠顯著提高金屬材料的屈服極限和強(qiáng)度極限，從而提高材料的強(qiáng)度和硬度。提高材料強(qiáng)度和硬度加工硬化會(huì)導(dǎo)致金屬的塑性和韌性降低，使材料更脆。降低塑性和韌性加工硬化還會(huì)影響金屬的物理和化學(xué)性能，如導(dǎo)電性、耐腐蝕性等。影響材料的物理和化學(xué)性能加工硬化與材料性能金屬塑性變形和加工硬化的關(guān)系04加工硬化機(jī)制塑性變形過(guò)程中，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，位錯(cuò)密度增加，導(dǎo)致材料硬度增加。微觀結(jié)構(gòu)變化塑性變形使金屬內(nèi)部晶粒細(xì)化，產(chǎn)生更多晶界，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化材料。動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在塑性變形過(guò)程中，金屬可能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，影響加工硬化效果。塑性變形對(duì)加工硬化的影響03形變誘發(fā)相變?cè)谀承┙饘僦?，加工硬化可能誘發(fā)形變誘發(fā)相變，影響材料的后續(xù)加工和性能。01硬化與韌性平衡加工硬化可以提高金屬的硬度，但過(guò)度的加工硬化可能導(dǎo)致材料韌性下降，影響其延展性和成形性。02應(yīng)變硬化行為隨著塑性變形的增加，金屬的應(yīng)變硬化行為會(huì)影響其變形能力，可能導(dǎo)致流動(dòng)應(yīng)力急劇增加。加工硬化對(duì)塑性變形的影響交互作用機(jī)制塑性變形和加工硬化在微觀尺度上相互影響，共同決定材料的宏觀性能。變形溫度的影響在高溫條件下，加工硬化速率降低，塑性變形能力增強(qiáng)；低溫時(shí)則相反。應(yīng)變速率的影響應(yīng)變速率對(duì)加工硬化和塑性變形有顯著影響，高應(yīng)變速率通常導(dǎo)致更快的加工硬化和較低的塑性。塑性變形與加工硬化的交互作用金屬塑性變形和加工硬化的應(yīng)用05金屬塑性變形和加工硬化在材料制備中具有廣泛的應(yīng)用，如軋制、鍛造、擠壓等工藝。這些工藝通過(guò)施加外力使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而改變其形狀、尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以達(dá)到所需的性能要求。在軋制過(guò)程中，金屬經(jīng)過(guò)多道次軋制，逐漸減小厚度并增加長(zhǎng)度，同時(shí)發(fā)生塑性變形，使金屬內(nèi)部的晶粒細(xì)化，提高材料的強(qiáng)度和韌性。鍛造是一種將金屬坯料加熱至高溫后施加外力進(jìn)行塑性變形的工藝，通過(guò)鍛造可以制備出各種復(fù)雜形狀的金屬零件，同時(shí)改善材料的機(jī)械性能。擠壓是將金屬坯料通過(guò)模具的孔口施加壓力，使其發(fā)生塑性變形并擠出模孔的工藝，擠壓制品具有較細(xì)的晶粒、較高的強(qiáng)度和韌性。在材料制備中的應(yīng)用01金屬塑性變形和加工硬化在材料加工中主要用于提高材料的硬度和強(qiáng)度，以滿足不同工況和性能要求。02通過(guò)冷加工、熱處理等工藝手段，可以改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)，提高其硬度和強(qiáng)度。例如，淬火是一種常見的熱處理工藝，通過(guò)快速冷卻使金屬內(nèi)部組織發(fā)生相變，從而提高其硬度和耐磨性。03在金屬切削加工中，切削力會(huì)使工件發(fā)生彈性變形和塑性變形，切削力和切削熱的共同作用會(huì)導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。加工硬化可以提高工件的耐磨性和耐腐蝕性。在材料加工中的應(yīng)用通過(guò)研究金屬在不同溫度、應(yīng)力和應(yīng)變條件下的塑性變形行為和加工硬化機(jī)制，可以揭示材料內(nèi)部組織演變的規(guī)律和機(jī)