塑性變形知識講解

塑性變形知識講解塑性變形的滑移帶和滑移線實驗觀察滑移帶滑移線1.外力作用的塑變，是原子平面間發(fā)生相對切向滑動。2.變形只在少數(shù)晶面間發(fā)生切向滑動，即金屬塑變相當(dāng)不均勻第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天依靠晶體整體滑移的塑性變形模型塑性變形依靠晶體整體滑移非常困難，因為其需要滑移面兩側(cè)晶體的原子間鍵合幾乎全部同時斷開?；泼娴?頁,共33頁，2024年2月25日，星期天刃型位錯運(yùn)動使晶體滑移引起塑性變形的模型位錯運(yùn)動使塑性變形容易第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天螺型位錯運(yùn)動使晶體滑移引起塑性變形的模型第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天混合型位錯運(yùn)動使晶體滑移引起塑性變形的模型第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天晶體的滑移塑性變形位錯機(jī)制晶體的滑移塑性變形

未變形彈性變形彈塑性變形塑性變形

未變形彈性變形彈塑性變形塑性變形滑移面（面間結(jié)合力最小的晶面）第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天實驗觀察結(jié)論：（1）通常晶體宏觀塑性變形由微觀滑移（切向變形）引起。（2）微觀滑移發(fā)生在晶體中確定的晶面（滑移面）和確定的晶向（滑移方向）上（合稱為滑移系）?；泼妫芘琶妫┗泼嫔系幕品较颍芘啪颍┑?頁,共33頁，2024年2月25日，星期天滑移塑性變形的特征:（1）滑移是位錯的連續(xù)運(yùn)動所致。（2）存在滑移臨界分切應(yīng)力(其大小影響材料屈服強(qiáng)度),不同晶體結(jié)構(gòu)臨界分切應(yīng)力不同。（3）原子移動的距離是晶格常數(shù)的整數(shù)倍，滑移后仍保持晶體結(jié)構(gòu)的完整性。（3）滑移發(fā)生在晶體的密排晶面和密排晶向上。（4）不同的晶體結(jié)構(gòu)常具有不同的滑移系（面心和體心：12個；密排六方：3個），滑移系越多，越易塑性變形，塑性越好。第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天密排六方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖面心立方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖研究結(jié)論：阻礙位錯運(yùn)動將提高材料屈服強(qiáng)度。體心立方結(jié)構(gòu)滑移系示意圖第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、孿生：晶體中一部分相對于另一部分沿一定的晶面（孿生）和晶向（孿生方向）作多層均勻切向移動。

ττττ孿晶鏡面對稱第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、多晶體塑性變形特點(diǎn)1、晶粒取向的影響使微觀塑性變形不均勻和更復(fù)雜。

FF晶粒之間塑性變形不均勻（1）取向不同，滑移所需分τ不同：硬取向，軟取向（2）各晶粒都滿足τ臨界后，每晶粒各自沿自己滑移系滑移，又要保持金屬結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。－－相互協(xié)調(diào)

相同外力，多晶體比單晶體塑變量小第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、晶界的影響（1）阻礙位錯滑移故細(xì)化晶粒提高強(qiáng)度：бs=б0+kd-1/2。晶界滑移面位錯純鐵（2）使微觀塑性變形更為均勻，推遲斷裂發(fā)生，改善材料塑性、韌性。

原因：

在一定τ作用下，當(dāng)總的變形量一定時，晶粒細(xì)，位錯可在更多的晶粒中運(yùn)動→塑變更均勻→不易應(yīng)力集中→↑強(qiáng)度，↑塑韌性第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)金屬的形變強(qiáng)化一、形變強(qiáng)化（加工硬化）1、冷變形（冷加工）后晶體內(nèi)部組織的變化（1）晶粒碎化，點(diǎn)缺陷、位錯密度增大。內(nèi)部能量增大（儲存了部分形變能）。變形金屬中位錯胞位錯密集區(qū)第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）變形量很大時，晶粒拉長，出現(xiàn)纖維組織，晶粒轉(zhuǎn)動形成織構(gòu)（擇優(yōu)取向），產(chǎn)生各向異性。等軸晶沿變形方向晶粒拉長

變形前變形后

第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天塑性變形量很大時會使各個晶粒的取向基本一致而產(chǎn)生“織構(gòu)”并造成各向異性?？棙?gòu)：晶粒空間取向趨于一致的組織狀態(tài)。第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、冷變形（冷加工）后晶體性能的變化產(chǎn)生形變強(qiáng)化，電阻率上升，耐蝕性下降。形變強(qiáng)化：隨塑性變形量的增大，晶體材料的強(qiáng)度不斷提高，塑性不斷下降的現(xiàn)象。原因：位錯纏結(jié)，阻礙位錯運(yùn)動。σsσbHBδ塑性變形量塑性變形對30號鋼力學(xué)性能的影響性能指標(biāo)第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3、形變后的殘余應(yīng)力（分三類殘余應(yīng)力）。

（1）宏觀殘余應(yīng)力（第一類殘余應(yīng)力）因材料各部分之間塑性變形不均而產(chǎn)生。心部變形大摩擦力使表層變形小拔絲模具金屬材料拉拔力金屬拔絲示意圖金屬拔絲變形后殘余應(yīng)力金屬彎曲變形后殘余應(yīng)力第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）微觀殘余應(yīng)力（第二類殘余應(yīng)力）因晶粒之間塑性變形不均而產(chǎn)生。（3）晶格畸變殘余應(yīng)力（第三類殘余應(yīng)力）因晶粒內(nèi)部位錯等造成晶格畸變而產(chǎn)生。晶粒之間塑性變形不均勻產(chǎn)生第二類殘余應(yīng)力變形金屬晶粒中位錯胞產(chǎn)生第三類殘余應(yīng)力高應(yīng)力區(qū)第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天l

殘余應(yīng)力危害：減低工件承載能力；使工件尺寸、形狀變化；降低工件耐蝕性。殘余拉應(yīng)力拉應(yīng)力拉應(yīng)力表層殘余壓應(yīng)力拉應(yīng)力拉應(yīng)力殘余拉應(yīng)力與外加應(yīng)力疊加殘余壓應(yīng)力抵消部分外加應(yīng)力l殘余應(yīng)力利用：表面壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度。第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)冷變形金屬在加熱時的變化

一、

回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大冷變形金屬在加熱時經(jīng)歷三個變化階段：加熱時組織變化：回復(fù)晶粒長大再結(jié)晶升高加熱溫度或延長保溫時間第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天加熱時金屬性能變化：回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大溫度性能及其他指標(biāo)第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1、回復(fù)l加熱溫度：T回=（0.25～0.3）T熔（K）l組織、性能變化：①點(diǎn)缺陷密度減少：離位原子與空位復(fù)合②位錯呈較規(guī)則排列：高密度位錯短程運(yùn)動③殘余應(yīng)力明顯下降:①②引起④強(qiáng)、硬略有下降。⑤電阻率下降。l回復(fù)驅(qū)動力：冷變形時儲存的能量應(yīng)用：去應(yīng)力退火第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、再結(jié)晶l再結(jié)晶：高溫加熱冷變形金屬（再結(jié)晶退火），使其形成無畸變等軸晶粒并完全替代原變形晶粒，各種性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài)的過程。l組織、性能變化：位錯密度明顯降低，變形晶粒變?yōu)榈容S晶粒，各種性能恢復(fù)到冷變形前狀態(tài)。l最低再結(jié)晶溫度：能發(fā)生再結(jié)晶的最低加熱溫度經(jīng)驗公式：T再=0.4T熔（K）l再結(jié)晶驅(qū)動力：冷變形儲存能

應(yīng)用：再結(jié)晶退火第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3、再結(jié)晶后晶粒的長大再結(jié)晶結(jié)束后繼續(xù)保溫，晶粒將進(jìn)一步長大。晶粒長大驅(qū)動力：晶界總面積減少導(dǎo)致的晶界能下降。第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、冷變形（加工）與熱變形（加工）冷變形：在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形。冷變形特點(diǎn)：變形抗力高，變形獲得的金屬硬度、精度高。熱變形：在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。熱變形特點(diǎn)：（1）變形過程伴隨有形變強(qiáng)化和回復(fù)與再結(jié)晶帶來的材料軟化。（2）熱變形溫度越高、變形速率越低，軟化作用越強(qiáng)。（3）熱變形產(chǎn)生纖維組織“流線”。變形量越大，纖維化越明顯。第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天變形前組織變形后組織

流線流線：塑性變形時，金屬中夾雜物、第二相等沿變形方向分布排列。低碳鋼熱加工后的流線第27頁,共33頁，2024年2月25日，星期天三、熱變形纖維組織的應(yīng)用l

“流線”使材料具有各向異性：平行于流線方向抗拉強(qiáng)度高、塑性好垂直于流線方向抗剪強(qiáng)度高、塑性差第28頁,共33頁，2024年2月25日，星期天l

應(yīng)使“流線”合理分布：使零件承受的最大正應(yīng)力平行于纖維方向；使零件承受的最大切應(yīng)力垂直于纖維方向。用軋材切削用鍛造加工金屬掛鉤中流線第29頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)塑性加工性能及其影響因素一、塑性加工性能及其指標(biāo)塑性加工：通過使材料塑性變形而獲得具有一定形狀、尺寸和質(zhì)量的零件的加工方法。塑性加工性能：金屬材料通過塑性加工獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度。塑性加工性能指標(biāo)：塑性、變形抗力。塑性越好、變形抗力越小，則塑性加工性能越好。第30頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、塑性加工性能影響因素1、材料本質(zhì)（內(nèi)在因素）（1）化學(xué)成分（2）微觀組織2、加工條件（外在因素）（1）變形溫度：溫度高，變形抗力小，塑性好，塑性加工性能好。注意，溫度過高，材料氧化、脫碳嚴(yán)重，并可出現(xiàn)過熱（晶粒粗大）和過燒（局部熔