工程材料金屬的塑性變形與再結(jié)晶

工程材料金屬的塑性變形與再結(jié)晶第1頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、金屬的塑性變形（單晶體、多晶體）二、對(duì)金屬組織和性能的影響三、回復(fù)和再結(jié)晶四、金屬的熱塑性變形

第2頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、金屬的塑性變形壓力加工方法：軋制、擠壓、冷拔、鍛造、冷沖壓塑性變形：形成成品、改變金屬的組織和性能單晶體金屬的塑性變形滑移孿生多晶體金屬的塑性變形晶界的影響晶粒位向的影響晶粒大小的影響第3頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月外力作用下和變形，在外力作用去除后不能恢復(fù)的變形稱(chēng)為塑性變形正應(yīng)力不能引起單晶體的塑性變形，只有切應(yīng)力引起彈性變形和塑性變形單晶體的塑性變形有滑移和孿生，主要以滑移的形式進(jìn)行。第4頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滑移是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面或晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)的現(xiàn)象。圖7-50第6頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滑移的特點(diǎn)滑移時(shí)切應(yīng)力大于臨界切應(yīng)力；滑移只能在晶體內(nèi)一定的晶面和晶向上形成。晶體中能發(fā)生滑移的晶面和晶向，稱(chēng)滑移面和滑移方向?；泼婧突品较颍ɑ葡担┰蕉啵饘俚乃苄栽胶??；品较?qū)λ苄缘挠绊懕然泼娲?。?頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4)實(shí)際上滑移是借助于位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖7-51

銅滑移的理論臨界切應(yīng)力640MPa，實(shí)際為0.1MPa大量的位錯(cuò)移出晶體的表面，就形成了宏觀的塑性變形。圖7-52第8頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月孿生是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿晶面和晶向相對(duì)于另一部分轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。圖7-53第9頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月孿生的特點(diǎn)所需切應(yīng)力比滑移時(shí)大得多使晶體的一部分發(fā)生晶格位向的改變孿生帶中相鄰原子面的相對(duì)位移只有一個(gè)原子間距的幾分之幾一孿生的變形速度極快，接近聲速。第10頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第11頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶界對(duì)塑性變形有較大的阻礙作用。晶界越多，多晶體塑性變形的抗力越大。多晶體中晶粒位向各異，從而提高了塑性變形抗力第12頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高：在一定體積內(nèi)的晶體內(nèi)晶粒數(shù)目越多，晶界也越多，并且晶粒的位向分布紊亂，因而塑性變形抗力也越大，即強(qiáng)度越高。晶粒越細(xì)，塑性和韌性越好：在總變形量相同的條件下，變形被分散在較多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，因而比較均勻，從而使其在斷裂前能承受較大的塑性變形，表現(xiàn)出較高的塑性和韌性；相反，晶粒越粗，變形局限在少數(shù)晶粒內(nèi)進(jìn)行，容易過(guò)早斷裂，因而塑性、韌性比較差。由于細(xì)晶粒金屬具有較好的強(qiáng)度、塑性與韌性。故生產(chǎn)中常希望金屬材料得到細(xì)小而均勻的晶粒。

細(xì)化晶粒的原因第13頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響對(duì)金屬性能的影響加工硬化：強(qiáng)度和硬度顯著提高，韌性和塑性下降各向異性：沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性大于垂直纖維方向理化性能變化：電阻增大、導(dǎo)磁性和腐蝕性降低對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響殘余內(nèi)應(yīng)力第14頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加工硬化：也稱(chēng)為形變強(qiáng)化，即隨塑性變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降。冷塑性變形對(duì)金屬性能的主要影響是造成加工硬化。圖7-55第15頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.加工硬化的優(yōu)缺點(diǎn)：強(qiáng)化金屬材料的重要手段：純金屬或不能熱處理強(qiáng)化的材料，如某些不銹鋼是工件能夠成型的重要因素進(jìn)一步冷塑性變形困難，必須中間熱處理，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。第16頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月晶粒變形：外力作用下，金屬變形，內(nèi)部晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)變形程度很大時(shí)，晶粒變成纖維狀，晶界模糊，形成纖維組織，使金屬的機(jī)械性能有了明顯的方向性晶?！捌扑椤本ЯＭ庑伟l(fā)生變化，晶粒內(nèi)部鑲嵌塊尺寸細(xì)碎化，位錯(cuò)密度增加，晶格畸變較嚴(yán)重，因而增加滑移阻力加工硬化的根本原因產(chǎn)生形變織構(gòu)：當(dāng)金屬變形到很大程度（70%以上）時(shí)，晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)到使晶粒位向趨于一致的“擇優(yōu)取向”的結(jié)構(gòu)。形成后難以消除，在生產(chǎn)中應(yīng)避免第17頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月殘余內(nèi)應(yīng)力：是指當(dāng)外力去除后殘留于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力有：主要是晶格畸變金屬內(nèi)外變形不一致晶粒之間變形不一致后果：強(qiáng)度、耐蝕性降低引起機(jī)件變形和裂紋采用退火處理予以降低或消除第18頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、金屬的再結(jié)晶回復(fù)再結(jié)晶影響再結(jié)晶溫度的因素晶粒長(zhǎng)大圖7-56第19頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月回復(fù)：加熱溫度不太高，晶格畸變程度減小，內(nèi)應(yīng)力大大降低。金屬的組織無(wú)明顯的變化，機(jī)械性能也沒(méi)有明顯的變化第21頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月再結(jié)晶：冷塑性變形金屬加熱到較高溫度時(shí)，原子重新排列，變形的晶粒逐步為等軸晶粒所代替，即再結(jié)晶。過(guò)程：形核和核長(zhǎng)大核：晶粒碎化最嚴(yán)重的地方。再結(jié)晶后，晶格畸變消失，位錯(cuò)密度下降，-----金屬的硬度、強(qiáng)度顯著下降，塑性塑性顯著上升。

----恢復(fù)到冷塑性變形前的性能第22頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響因素：金屬的熔點(diǎn)：再結(jié)晶溫度T再：再結(jié)晶在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。再結(jié)晶能夠開(kāi)始的溫度，稱(chēng)為再結(jié)晶溫度T再（再結(jié)晶結(jié)束時(shí)晶粒為等軸晶粒）。再結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)有關(guān)，與預(yù)先變形程度有關(guān)T再≈(0.35-0.4)T熔

T再-----金屬的最低再結(jié)晶溫度（K）T熔-----金屬的熔化溫度即熔點(diǎn)（K）再結(jié)晶退火：為消除加工硬化，以進(jìn)一步加工，常把冷加工的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶以恢復(fù)金屬的塑性，稱(chēng)為再結(jié)晶退火。比T再高100~2000C保證質(zhì)量，兼顧生產(chǎn)效率金屬的變形程度：沒(méi)有塑性變形就沒(méi)有再結(jié)晶。塑性變形越大，再結(jié)晶溫度就越低第23頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度再升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，晶?；ハ嗤滩㈤L(zhǎng)大，晶粒粗大。塑性變形程度對(duì)素結(jié)晶后的晶粒度的影響：變形程度較?。?~10%）：粗晶粒變形程度較大（30~60%）：細(xì)小均勻晶粒變形程度極大（70%以上）：形變織構(gòu)，無(wú)法除去加工硬化。第24頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、金屬的熱變形熱變形與冷變形熱變形對(duì)金屬組織和性能的影響消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷形成鑄造流線第25頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月冷加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的加工熱加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的加工

例：W10000C時(shí)冷加工Sn、Pb：常溫下熱加工冷加工有加工硬化，熱加工無(wú)。第26頁(yè)，課件共29頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月消除氣孔、縮孔及微裂紋并焊合，提高金屬的致密度細(xì)化晶粒：加工硬化與再結(jié)晶過(guò)程重疊，減輕甚至消除枝晶偏析