材料塑性變形

1、第八章 材料的塑性變形,第一節(jié) 金屬變形概述,彈性變形塑性變形斷裂,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第一節(jié) 金屬變形概述,第七章塑性變形 第一節(jié)金屬變形概述,彈性變形： 變形可逆； 應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系。 彈性模量：原子間結(jié)合力的反映和度量,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。 一 滑移 1 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一 部分相對于另一部分沿著一 定的晶面（滑移面）和晶向 （滑移方向）產(chǎn)生相對位移， 且不破壞晶體內(nèi)部原子排列 規(guī)律性的塑變方

2、式,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,一 滑移 光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。 2 滑移的表象學(xué) 電境下：滑移線,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,3 滑移的晶體學(xué) 滑移面 （密排面） （1）幾何要素 滑移方向（密排方向,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,3 滑移的晶體學(xué) （2）滑移系 滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)

3、滑移方向的組合。 滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移方向 的個(gè)數(shù),Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,3 滑移的晶體學(xué) （2）滑移系 滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系 一般滑移系越多，塑性越好； 與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)； 與同時(shí)開動滑移系數(shù)目有關(guān)（c,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,3 滑移的晶體學(xué) （3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c） c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。 (外力在滑移方向上的分解) cscoscos,第二節(jié) 單

4、晶體的塑性變形,3 滑移的晶體學(xué) （3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c） c取決于金屬的本性，不受，的影響； 或90時(shí)，s ； cscoscos s的取值 ，45時(shí)，s最小，晶體易滑移； 軟取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,4 滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動 （1）位向和晶面的變化 拉伸時(shí),滑移面和滑移方向趨于 平行于力軸方向; 壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 幾何硬化：，遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化 幾何軟化；，接近45，滑移變得容易,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,5 多滑移 （1）滑移的分類 多滑移：在多個(gè)（2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移。 雙滑移

5、： 單滑移： （2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系,2h,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,6 交滑移 （1）交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的 滑移。 （2）機(jī)制 螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑 移面的過程； 螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,7 滑移的表面痕跡 單滑移：單一方向的滑移帶； 多滑移：相互交叉的滑移帶； 交滑移：波紋狀的滑移帶,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,二 孿生 （1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分 沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形

6、成晶體取 向的鏡面對稱關(guān)系。 孿生面 A1111,A2112,A31012 （2）孿生的晶體學(xué) 孿生方向 A1,A2,A3 孿晶區(qū),第二節(jié) 單晶體的塑性變形,二 孿生,第二節(jié) 單晶體的塑性變形,二 孿生,3）孿生變形的特點(diǎn),第三節(jié) 多晶體的塑性變形,第三節(jié) 多晶體的塑性變形,1 晶粒之間變形的傳播 位錯(cuò)在晶界塞積 應(yīng)力集中 相鄰晶粒位錯(cuò)源開動 相鄰晶粒變形 塑變 2 晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性 （1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。 （2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會導(dǎo) 致晶體分裂） （3）條件：獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變 化,第三節(jié) 多晶體的塑性變形,3 晶界對變形的阻

7、礙作用 （1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。 （2）晶界對變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少 穿過,第三節(jié) 多晶體的塑性變形,3 晶界對變形的阻礙作用 （3）晶粒大小與性能的關(guān)系 a 晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：霍爾配奇公式) s=0+kd-1/2 原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動的阻力越大。 （有尺寸限制） 晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中 導(dǎo)致的開裂機(jī)會減少，可承受更大的變 形量，表現(xiàn)出高塑性。 b 晶粒越細(xì)，塑韌性提高 細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易 萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂 過程中可吸收較多能量,表現(xiàn)高韌性,第四節(jié) 合金的塑性變形,一 固溶體的塑

8、性變形 1 固溶體的結(jié)構(gòu) 2 固溶強(qiáng)化 （1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動； （2）強(qiáng)化機(jī)制 柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化,第四節(jié) 合金的塑性變形,一 固溶體的塑性變形 2 固溶強(qiáng)化 （3）屈服和應(yīng)變時(shí)效 現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。 預(yù)變形和時(shí)效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間或200加熱后再加載出現(xiàn)屈服。 原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成,4h,第四節(jié) 合金的塑性變形,一 固溶體的塑性變形 2 固溶強(qiáng)化 （4）固溶強(qiáng)化的影響因素 溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好； 溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化

9、效果越好； 價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好； 間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子,第四節(jié) 合金的塑性變形,二 多相合金的塑性變形 1 結(jié)構(gòu)：基體第二相。 2 性能 （1）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。 （2）軟基體硬第二相 第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）； a結(jié)構(gòu) 兩相呈層片狀分布（珠光體）； 第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體,第四節(jié) 合金的塑性變形,二 多相合金的塑性變形 2 性能 （2）軟基體硬第二相 位錯(cuò)繞過第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動) b 彌散強(qiáng)化 位錯(cuò)切過第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻 礙位錯(cuò)運(yùn)動,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,一 對組織結(jié)構(gòu)的影響

10、 晶粒拉長; 1 形成纖維組織 雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,一 對組織結(jié)構(gòu)的影響 2 形成形變織構(gòu) （1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu) 取向的組織。 絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時(shí)形成） （2）類型 板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平 行于主變形方向。（軋制時(shí)形成,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,一 對組織結(jié)構(gòu)的影響 2 形成形變織構(gòu) 力學(xué)性能：利:深沖板材變形控制;弊：制耳。 （3）對性能的影響 (各向異性) 物理性能:硅鋼片100100織構(gòu)可減少鐵損,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,一 對組織結(jié)

11、構(gòu)的影響 3 形成位錯(cuò)胞 變形量 位錯(cuò)纏結(jié) 位錯(cuò)胞 （大量位錯(cuò)纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯(cuò)密度低。,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,二 對性能的影響 1 對力學(xué)性能的影響（加工硬化） （1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,二 對性能的影響 1 對力學(xué)性能的影響（加工硬化） 強(qiáng)化金屬的重要途徑； 利 提高材料使用安全性； （2）利弊 材料加工成型的保證。 弊 變形阻力提高，動力消耗增大； 脆斷危險(xiǎn)性提高,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,二 對性能的影響 2 對物理、化學(xué)性能的影響 導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降； 結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快； 化學(xué)活性提高，腐蝕加快,第五節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響,三 殘余應(yīng)力（約占變形功的10） 第一類殘余應(yīng)力（）：宏觀內(nèi)應(yīng)