金屬材料的塑性變形課件

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑性變形塑性變形的基本方式方式:滑移和孿生一、滑移1。在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象?！翊司娣Q滑移面，此晶向稱滑移方向，通常是晶體中原子排列最緊密的晶面和晶向?！裨诨泼婕盎品较蛏系那袘?yīng)力達(dá)到一定大?。ㄅR界值），滑移就開始進(jìn)行。

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑性變形一、滑移

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑其特征是：滑移量是滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩側(cè)的晶體位向保持不變，滑移的結(jié)果使晶體產(chǎn)生臺階。其特征是：1、單晶體的滑移銅單晶塑性變形后表面的滑移帶單晶體塑性變形時(shí)滑移帶的形成過程1、單晶體的滑移銅單晶塑性變形后表面的滑移帶單晶體塑性2、晶體中的孿生：2、孿生晶體孿生示意圖滑移與孿生后表面形貌的差別2、晶體中的孿生：2、孿生晶體孿生示意圖滑移與孿生后表面形貌３。滑移系晶體中的一個(gè)滑移面加上此面上的一個(gè)滑移方向合稱一個(gè)滑移系?；葡档臄?shù)目越多，一個(gè)滑移面上的滑移方向越多，則晶體的塑性越好。故金屬材料中fcc的塑性最好，bcc次之，hcp最差。３。滑移系4滑移的臨界分切應(yīng)力1、作用在滑移面上的剪切應(yīng)力為：其中：故當(dāng)φ=45°時(shí)m有最大值1/2。m稱為Schmit因子4滑移的臨界分切應(yīng)力1、作用在滑移面上的剪切應(yīng)力為：其中：5臨界分切應(yīng)力定律（Schmit定律）晶體的取向不同，雖然試樣開始屈服時(shí)（即開始滑移時(shí)）的屈服強(qiáng)度變化很大，但是計(jì)算出的分切應(yīng)力總是一個(gè)定值，這個(gè)值稱為臨界分切應(yīng)力，這個(gè)規(guī)律叫臨界分切應(yīng)力定律。臨界分切應(yīng)力是真正表示晶體屈服實(shí)質(zhì)的一個(gè)物理量，它不隨試樣的取向而變化，只決定于晶體內(nèi)部的實(shí)際狀況。實(shí)驗(yàn)證明5臨界分切應(yīng)力定律（Schmit定律）晶體的取向不同，雖然二、滑移的本質(zhì)

1。實(shí)際金屬滑移所需的切應(yīng)力比理論值低幾個(gè)數(shù)量級，如：

金屬滑移理論切應(yīng)力滑移實(shí)測切應(yīng)力

Cu6272MPa0.98MPa

Ag4410MPa0.588Mpa

Zn4704Mpa0.921Mpa

2。研究證明：●滑移是通過位錯(cuò)運(yùn)動進(jìn)行的。

●滑移時(shí)又會產(chǎn)生大量新的位錯(cuò)，即位錯(cuò)增殖。3。任何阻礙位錯(cuò)運(yùn)動的因素都使滑移的阻力增大，增加塑性變形的難度，就可以提高金屬材料的強(qiáng)度。

這就是強(qiáng)化金屬的基本原理。二、滑移的本質(zhì)

1。實(shí)際金屬滑移所需的切應(yīng)力比理論值低幾個(gè)數(shù)30年代，英國物理學(xué)家Tayler30年代，英國物理學(xué)家Tayler滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動大量的理論研究證明，滑移原來是由于滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動而造成的。圖示例子表示一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運(yùn)動過程，通過一根位錯(cuò)從滑移面的一側(cè)運(yùn)動到另一側(cè)便造成一個(gè)原子間距的滑移。

滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動在這張照片中,“菱型”為位錯(cuò)在樣品中的位置.放大倍數(shù)為750.材料為LiF在這張照片中,“菱型”為位錯(cuò)在樣品中的位置.放大倍數(shù)為75第二節(jié)多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

多晶體受外力作用時(shí)，各晶粒的滑移系上均受到分切應(yīng)力的作用，但

1。各晶粒的滑移系所受分切應(yīng)力的大小不一，達(dá)到臨界值的先后不一，故變形不均勻。

2。因晶界及晶粒取向的影響，變形更困難。

第二節(jié)多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

1、不均勻的塑性變形過程首先“開動”的是“軟取向”，同時(shí)這些晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，而變成“硬取向”。2、晶粒間位向差阻礙滑移進(jìn)行3、晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動

多晶體的塑性變形過程1、不均勻的塑性變形過程首先“開動”的是“軟取向”，同時(shí)這二、細(xì)晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能細(xì)晶強(qiáng)化1。晶粒越細(xì)，則晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動更困難，強(qiáng)度就越高。

Hall-Petch公式：σs=σ0+Kd

–1/2

2。晶粒越細(xì)，變形分散，應(yīng)力集中小，裂紋不易產(chǎn)生和發(fā)展，塑性和韌性就越好。

二、細(xì)晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能細(xì)晶強(qiáng)化三、塑性變形對金屬組織性能的影響

1。對組織結(jié)構(gòu)的影響

⑴產(chǎn)生纖維組織

晶粒及夾雜物沿變形方向伸長及分布，使縱向力學(xué)性能大于橫向。

⑵亞結(jié)構(gòu)細(xì)化

因塑性變形時(shí)的位錯(cuò)運(yùn)動、增殖和其間復(fù)雜的交互作用，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)，使晶粒碎化成更小的亞晶粒。

三、塑性變形對金屬組織性能的影響

1。對組織結(jié)構(gòu)的影響

］（３）產(chǎn)生形變織構(gòu)第五章金屬材料的塑性變形課件2。對力學(xué)性能的影響⑴加工硬化：塑性變形使金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。原因：塑性變形使位錯(cuò)密度增大，晶粒碎化，晶格嚴(yán)重畸變，位錯(cuò)運(yùn)動越來越困難。加工硬化也稱位錯(cuò)強(qiáng)化。應(yīng)用：●提高金屬強(qiáng)度。

●使冷變形產(chǎn)品得到均勻的變形。⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應(yīng)力，易變形開裂，且耐蝕性下降。2。對力學(xué)性能的影響⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應(yīng)力，易變形開裂塑性變形對性能的影響：塑性變形對性能的影響：

第三節(jié)塑性變形后金屬在加熱時(shí)的變化一、塑性變形后金屬的狀態(tài)

塑性變形后金屬加工硬化且有內(nèi)應(yīng)力殘留，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。加熱促使原子運(yùn)動，使以下轉(zhuǎn)變得以進(jìn)行。二、塑性變形后金屬加熱時(shí)的組織性能變化按加熱溫度的不同，可分為三個(gè)階段：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大第三節(jié)塑性變形后金屬在加熱時(shí)的變化1、再結(jié)晶溫度：T=0.4Tm再結(jié)晶過程中顯微組織的變化1、再結(jié)晶溫度：T=0.4Tm再結(jié)晶過程中顯微組織的變再結(jié)晶過程中顯微組織的變化冷加工(35%變形)后晶粒580C加熱3秒鐘后出現(xiàn)非常細(xì)小的晶粒再結(jié)晶過程中顯微組織的變化冷加工(35%變形)后晶粒580C再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱4秒后,部分變形區(qū)域的晶體被再結(jié)晶晶粒取代580C加熱8秒后,再結(jié)晶晶粒全部取代了變形晶粒再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱4秒后,部分變形區(qū)域的再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱15分后,晶粒長大700C加熱10分后,晶粒變的粗大再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱15分后,晶粒長大70再結(jié)晶過程中顯微組織的變化

鋁合金板材經(jīng)過85%的冷加工并加熱后的組織，(a)85%冷加工的組織；(b)在302℃1小時(shí)的組織，此時(shí)可見組織中開始再結(jié)晶；(c)316℃加熱1小時(shí)的組織，可見再結(jié)晶的晶粒及未發(fā)生再結(jié)晶的晶粒。

（a）(b)(c)再結(jié)晶過程中顯微組織的變化鋁合金板材經(jīng)過85%1?；貜?fù)階段：在再結(jié)晶溫度（T再一般大于0.4Tm

）以下的溫度。只發(fā)生晶格內(nèi)部的變化，變形晶粒外形不變，加工硬化保留，但內(nèi)應(yīng)力下降。應(yīng)用：去應(yīng)力退火，用于去除冷塑性變形后的殘留應(yīng)力。2。再結(jié)晶階段：在再結(jié)晶溫度（T再）以上的溫度。逐漸形成與原始變形晶粒晶格相同的等軸晶粒，加工硬化、內(nèi)應(yīng)力完全消除。應(yīng)用：再結(jié)晶退火，用于冷壓力加工中的中間退火。3。晶粒長大階段：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱。晶粒不均勻異常長大，使力學(xué)性能惡化，應(yīng)當(dāng)避免。1?；貜?fù)階段：在再結(jié)晶溫度（T再一般大于0.4Tm）以下的晶粒的異常長大晶粒的異常長大再結(jié)晶后的晶粒尺寸1、預(yù)先變形量一般隨著變形量的增加，再結(jié)晶后的晶粒尺寸不斷減小2、退火溫度和時(shí)間：其他條件相同時(shí)，退火溫度高、保溫時(shí)間長，所得到的晶粒尺寸愈大。再結(jié)晶退火一般均采用保溫2小時(shí)再結(jié)晶后的晶粒尺寸1、預(yù)先變形量一般隨著變形量的增加，再結(jié)晶三、金屬熱加工的作用1。熱加工的概念●在再結(jié)晶溫度（T再）以下的加工變形稱為冷加工，冷加工會產(chǎn)生加工硬化和內(nèi)應(yīng)力。●在再結(jié)晶溫度（T再）以上的加工變形稱為熱加工，熱加工時(shí)再結(jié)晶同時(shí)發(fā)生，形成等軸晶粒，加工硬化和內(nèi)應(yīng)力會同時(shí)消除。2。金屬熱加工（鍛造）的作用●消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷（晶粒粗大、不致密等）?！裥纬珊侠淼睦w維組織，即熱加工流線。當(dāng)流線與零件承受的主要應(yīng)力方向一致時(shí)，可提高零件的壽命。三、金屬熱加工的作用第四節(jié)強(qiáng)化金屬的基本原理和方法一、基本原理

阻礙位錯(cuò)運(yùn)動，使滑移困難，金屬得到強(qiáng)化。二、主要方法1。細(xì)晶強(qiáng)化：晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動。同時(shí)提高塑性、韌性。2。固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子使晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動。3。彌散強(qiáng)化：在基體中形成彌散分布的第二相質(zhì)點(diǎn)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動。有時(shí)稱為沉淀強(qiáng)化。4。加工硬化：冷加工變形增大位錯(cuò)密度，位錯(cuò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動。也稱位錯(cuò)強(qiáng)化。5。相變強(qiáng)化：如P轉(zhuǎn)變成M。金屬材料的合金化與熱處理綜合運(yùn)用了上述強(qiáng)化手段，有效地強(qiáng)化金屬。第四節(jié)強(qiáng)化金屬的基本原理和方法人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋?！蓖ㄟ^閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，培養(yǎng)文學(xué)情趣；通過閱讀報(bào)刊，我們能增長見識，擴(kuò)大自己的知識面。有許多書籍還能培養(yǎng)我們的道德情操，給我們巨大的精神力量，鼓舞我們前進(jìn)。人有了知識，就會具備各種分析能力，第五章金屬材料的塑性變形課件

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑性變形塑性變形的基本方式方式:滑移和孿生一、滑移1。在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象?！翊司娣Q滑移面，此晶向稱滑移方向，通常是晶體中原子排列最緊密的晶面和晶向?！裨诨泼婕盎品较蛏系那袘?yīng)力達(dá)到一定大?。ㄅR界值），滑移就開始進(jìn)行。

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑性變形一、滑移

第五章金屬材料的塑性變形

第一節(jié)單晶體的塑其特征是：滑移量是滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩側(cè)的晶體位向保持不變，滑移的結(jié)果使晶體產(chǎn)生臺階。其特征是：1、單晶體的滑移銅單晶塑性變形后表面的滑移帶單晶體塑性變形時(shí)滑移帶的形成過程1、單晶體的滑移銅單晶塑性變形后表面的滑移帶單晶體塑性2、晶體中的孿生：2、孿生晶體孿生示意圖滑移與孿生后表面形貌的差別2、晶體中的孿生：2、孿生晶體孿生示意圖滑移與孿生后表面形貌３?；葡稻w中的一個(gè)滑移面加上此面上的一個(gè)滑移方向合稱一個(gè)滑移系?；葡档臄?shù)目越多，一個(gè)滑移面上的滑移方向越多，則晶體的塑性越好。故金屬材料中fcc的塑性最好，bcc次之，hcp最差。３?；葡?滑移的臨界分切應(yīng)力1、作用在滑移面上的剪切應(yīng)力為：其中：故當(dāng)φ=45°時(shí)m有最大值1/2。m稱為Schmit因子4滑移的臨界分切應(yīng)力1、作用在滑移面上的剪切應(yīng)力為：其中：5臨界分切應(yīng)力定律（Schmit定律）晶體的取向不同，雖然試樣開始屈服時(shí)（即開始滑移時(shí)）的屈服強(qiáng)度變化很大，但是計(jì)算出的分切應(yīng)力總是一個(gè)定值，這個(gè)值稱為臨界分切應(yīng)力，這個(gè)規(guī)律叫臨界分切應(yīng)力定律。臨界分切應(yīng)力是真正表示晶體屈服實(shí)質(zhì)的一個(gè)物理量，它不隨試樣的取向而變化，只決定于晶體內(nèi)部的實(shí)際狀況。實(shí)驗(yàn)證明5臨界分切應(yīng)力定律（Schmit定律）晶體的取向不同，雖然二、滑移的本質(zhì)

1。實(shí)際金屬滑移所需的切應(yīng)力比理論值低幾個(gè)數(shù)量級，如：

金屬滑移理論切應(yīng)力滑移實(shí)測切應(yīng)力

Cu6272MPa0.98MPa

Ag4410MPa0.588Mpa

Zn4704Mpa0.921Mpa

2。研究證明：●滑移是通過位錯(cuò)運(yùn)動進(jìn)行的。

●滑移時(shí)又會產(chǎn)生大量新的位錯(cuò)，即位錯(cuò)增殖。3。任何阻礙位錯(cuò)運(yùn)動的因素都使滑移的阻力增大，增加塑性變形的難度，就可以提高金屬材料的強(qiáng)度。

這就是強(qiáng)化金屬的基本原理。二、滑移的本質(zhì)

1。實(shí)際金屬滑移所需的切應(yīng)力比理論值低幾個(gè)數(shù)30年代，英國物理學(xué)家Tayler30年代，英國物理學(xué)家Tayler滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動大量的理論研究證明，滑移原來是由于滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動而造成的。圖示例子表示一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運(yùn)動過程，通過一根位錯(cuò)從滑移面的一側(cè)運(yùn)動到另一側(cè)便造成一個(gè)原子間距的滑移。

滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動在這張照片中,“菱型”為位錯(cuò)在樣品中的位置.放大倍數(shù)為750.材料為LiF在這張照片中,“菱型”為位錯(cuò)在樣品中的位置.放大倍數(shù)為75第二節(jié)多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

多晶體受外力作用時(shí)，各晶粒的滑移系上均受到分切應(yīng)力的作用，但

1。各晶粒的滑移系所受分切應(yīng)力的大小不一，達(dá)到臨界值的先后不一，故變形不均勻。

2。因晶界及晶粒取向的影響，變形更困難。

第二節(jié)多晶體金屬的塑性變形

一、多晶體塑性變形的特點(diǎn)

1、不均勻的塑性變形過程首先“開動”的是“軟取向”，同時(shí)這些晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，而變成“硬取向”。2、晶粒間位向差阻礙滑移進(jìn)行3、晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動

多晶體的塑性變形過程1、不均勻的塑性變形過程首先“開動”的是“軟取向”，同時(shí)這二、細(xì)晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能細(xì)晶強(qiáng)化1。晶粒越細(xì)，則晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動更困難，強(qiáng)度就越高。

Hall-Petch公式：σs=σ0+Kd

–1/2

2。晶粒越細(xì)，變形分散，應(yīng)力集中小，裂紋不易產(chǎn)生和發(fā)展，塑性和韌性就越好。

二、細(xì)晶粒鋼具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能細(xì)晶強(qiáng)化三、塑性變形對金屬組織性能的影響

1。對組織結(jié)構(gòu)的影響

⑴產(chǎn)生纖維組織

晶粒及夾雜物沿變形方向伸長及分布，使縱向力學(xué)性能大于橫向。

⑵亞結(jié)構(gòu)細(xì)化

因塑性變形時(shí)的位錯(cuò)運(yùn)動、增殖和其間復(fù)雜的交互作用，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)，使晶粒碎化成更小的亞晶粒。

三、塑性變形對金屬組織性能的影響

1。對組織結(jié)構(gòu)的影響

］（３）產(chǎn)生形變織構(gòu)第五章金屬材料的塑性變形課件2。對力學(xué)性能的影響⑴加工硬化：塑性變形使金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。原因：塑性變形使位錯(cuò)密度增大，晶粒碎化，晶格嚴(yán)重畸變，位錯(cuò)運(yùn)動越來越困難。加工硬化也稱位錯(cuò)強(qiáng)化。應(yīng)用：●提高金屬強(qiáng)度。

●使冷變形產(chǎn)品得到均勻的變形。⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應(yīng)力，易變形開裂，且耐蝕性下降。2。對力學(xué)性能的影響⑵因變形不均勻，殘留內(nèi)應(yīng)力，易變形開裂塑性變形對性能的影響：塑性變形對性能的影響：

第三節(jié)塑性變形后金屬在加熱時(shí)的變化一、塑性變形后金屬的狀態(tài)

塑性變形后金屬加工硬化且有內(nèi)應(yīng)力殘留，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。加熱促使原子運(yùn)動，使以下轉(zhuǎn)變得以進(jìn)行。二、塑性變形后金屬加熱時(shí)的組織性能變化按加熱溫度的不同，可分為三個(gè)階段：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大第三節(jié)塑性變形后金屬在加熱時(shí)的變化1、再結(jié)晶溫度：T=0.4Tm再結(jié)晶過程中顯微組織的變化1、再結(jié)晶溫度：T=0.4Tm再結(jié)晶過程中顯微組織的變再結(jié)晶過程中顯微組織的變化冷加工(35%變形)后晶粒580C加熱3秒鐘后出現(xiàn)非常細(xì)小的晶粒再結(jié)晶過程中顯微組織的變化冷加工(35%變形)后晶粒580C再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱4秒后,部分變形區(qū)域的晶體被再結(jié)晶晶粒取代580C加熱8秒后,再結(jié)晶晶粒全部取代了變形晶粒再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱4秒后,部分變形區(qū)域的再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱15分后,晶粒長大700C加熱10分后,晶粒變的粗大再結(jié)晶過程中顯微組織的變化580C加熱15分后,晶粒長大70再結(jié)晶過程中顯微組織的變化

鋁合金板材經(jīng)過85%的冷加工并加熱后的組織，(a)85%冷加工的組織；(b)在302℃1小時(shí)的組織，此時(shí)可見組織中開始再結(jié)晶；(c)316℃加熱1小時(shí)的組織，可見再結(jié)晶的晶粒及未發(fā)生再結(jié)晶的晶粒。

（a）(b)(c)再結(jié)晶過程中顯微組織的變化鋁合金板材經(jīng)過85%1?；貜?fù)階段：在再結(jié)晶溫度（T再一般大于0.4Tm

）以下的溫度。只發(fā)生晶格內(nèi)部的變化，變形晶粒外形不變，加工硬化保留，但內(nèi)應(yīng)力下降。應(yīng)用：去應(yīng)力退火，用于去除冷塑性變形后的殘留應(yīng)力。2。再結(jié)晶階段：在再結(jié)晶溫度（T再）以上的溫度。逐漸形成與原始變形晶粒晶格相同的等軸晶粒，加工硬化、內(nèi)應(yīng)力完全消除。應(yīng)用：再結(jié)晶退火，用于冷壓力加工中的中間退火。3。晶粒長大階段：再結(jié)晶完成后繼續(xù)加熱。晶粒不均勻異常長大，使力學(xué)性能惡化，應(yīng)當(dāng)避免。1?；貜?fù)階段：在再結(jié)