金属材料的塑性变形.ppt
第三章金属材料的塑性变形 金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种塑性加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。（各种加工方法）,3.1 单晶体和多晶体的塑性变形 3.1.1 单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种,即滑移和孪生。1.滑移 滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分发生的滑动。外力（F）在某晶面上产生的应力可分解为正应力（）及切应力（）。正应力只能引起晶格的弹性伸长，而切应力则可使晶格在发生弹性歪扭之后，进一步使晶体发生滑移。,滑移变形具有以下特点：滑移总是沿着晶体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）进行。,滑移只能在切应力的作用下发生。滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。滑移是通过位错的运动来实现的。,2.孪生 在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪晶面）和晶向（挛晶方向）相对于另一部分所发生的切变称为孪生。,孪生与滑移的区别是：1）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快。2）发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶带或孪晶。3）孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离是原子间距的分数。,在多晶体中，各个晶粒内原子排列的位向不一致，这样不同晶粒的滑移系的取向就会不同。作用在不同晶粒滑移系上的分切应力会有差别，分切应力最大的那些晶粒最先开始滑移。多晶体金属的塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生.是个不均匀的塑性变形过程。,3.1.2 多晶体的塑性变形 1.晶粒取向对塑性变形的影响,2.晶界对塑性变形的影响 在多晶体中存在晶界，其原子排列不规则，当位错运动到这一区域附近时将会受到晶界的阻碍而堆积起来，形成位错塞积。欲使变形继续进行，就必须要增加外力，即变形抗力增大。金属晶粒越细，同体积的晶界越多，因而变形抗力越大，金属的强度越大。,另外，金属晶粒越细，在外力作用下有利于滑移和能够参与滑移的晶粒数目也越多，使一定的变形量分散在更多的晶粒之中，表现出塑性的提高。,3.2.1 形变强化现象 产生加工硬化现象 随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化，也称形变强化。,影响金属的物理、化学性能 金属经塑性变形后，使电阻增大，耐蚀性降低。,3.2 金属的形变强化,3.2.2 塑性变形后金属的组织结构的变化,纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成所谓纤维组织。,变形前后晶粒形状变化示意图,亚结构形成 金属经大量的塑性变形后，大量的位错聚集在局部地区，将原晶粒分割成许多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。,形变织构的产生 当变形量很大（70%以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。,残余应力:金属表层与心部的变形量不同会形成表层与心部之间的宏观内应力；晶粒彼此之间或晶内不同区域之间的变形不均匀会形成微观内应力；因位错等晶格缺陷增多而引起的内应力称为晶格畸变内应力。,3.2.3 塑性变形产生的残余应力,残余应力的危害:(1)降低工件的承载能力(2)使工件的形状和尺寸发生变化(3)降低工件的耐蚀性,3.3 塑性变形金属在加热时组织和性能变化,3.3.1 回复 T加T再，变形金属会发生回复。变形金属的晶粒形态基本不，性能略有变化（改善）。利用回复对变形金属进行去应力退火，以降低残余应力，保留加工硬化效果。,3.3.2 再结晶 T加T再，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大，变成新的均匀、细小的等轴晶粒。强度和硬度明显降低，塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除。,再结晶温度及其影响因素 再结晶不是一个恒温过程，而是发生在一个温度范围之内。能够进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：金属的预先变形程度。金属的纯度。加热速度。,3.3.3 晶粒长大,再结晶后晶粒的长大受以下几个因素的影响：1.加热温度和时间的影响 加热温度越高，时间越长，晶粒便越大。2.预先变形程度的影响 当变形度达到2%10%时，形成的再结晶晶核少，从而造成再结晶后的晶粒特别粗大。使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称为临界变形度。,3.3.4 冷加工和热加工,凡在金属的再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工；而在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工。,1）热加工提高了金属的致密度，明显改善材料的塑性和韧性。2）热加工可获得细小均匀、等轴的再结晶晶粒，从而使金属的力学性能全面提高。,热加工可使各种可变形的夹杂物会沿变形方向拉长呈流线分布，也称纤维组织。热加工时应力求使流线合理分布。纤维组织不能用热处理方法消除.,金属纤维组织及其应用,3.4 塑性加工性能及影响因素,(3)应力状态的影响,塑性加工性能及其指标 金属材料通过塑性加工获得优质零件毛坯的难易程度。塑性、变形抗力，塑性加工性能。塑性加工性能的影响因素 1.金属的本质(1)化学成分的影响(2)金属组织的影响 2.加工条件(1)变形温度的影响,挤压时金属应力状态 拉拔时金属应力状态,(2)变形速度的影响 变形速度较小,热效应小,以强化为主,塑性加工性能变差;变形速度较大,热效应起主导作用,塑性加工性能变好.(3)应力状态的影响 压应力的数目越多,金属的塑性越好。,
