第三章金屬的塑性變形與再結(jié)晶塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響5萬(wàn)噸水壓機(jī)第一節(jié)單晶體、多晶體的塑性變形1、滑移:

滑移是晶體的一部分沿一定晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。2、孿生:

一、塑性變形的基本形式二、單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。1、塑性變形特點(diǎn)外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片韌性斷口脆性解理斷口㈠滑移金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.

⑵

滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。

一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三種典型金屬晶格的滑移系

面心立方晶格好于體心立方晶格,體心立方晶格好于密排六方晶格。多腳蟲的爬行2、塑性變形的實(shí)質(zhì)滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。三、多晶體金屬的塑性變形

㈠晶界和晶粒位向的影響1、晶界的影響當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái),稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。晶界對(duì)塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積2、晶粒位向的影響

由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。

3、晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。因?yàn)榻饘倬ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。應(yīng)變應(yīng)力塑性材料脆性材料第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響

一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a)正火態(tài)(c)變形80%(b)變形40%織構(gòu)或擇優(yōu)取向形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生

板織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板“制耳”有無(wú)“制耳”現(xiàn)象軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象二、加工硬化

隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形與性能關(guān)系加熱溫度℃黃銅第三節(jié)變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。一、回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。

工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。二、再結(jié)晶（一）變形金屬的再結(jié)晶

當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形(變形量為38%)黃銅580oC保溫15分后的的再結(jié)晶組織（二）再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織冷變形(變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶響再結(jié)晶溫度的因素為純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔

其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織黃銅再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織預(yù)先變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸的影響變形83%變形88%變形93%再結(jié)晶圖第四節(jié)金屬的熱加工

一、熱加工的概念低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。軋制模鍛拉拔如Fe的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃以下的加工仍為冷加工。而Sn

的再結(jié)晶溫度為-71℃，則其在室溫下的加工為熱加工。熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會(huì)帶來(lái)加工硬化效果。巨型自由鍛件自由鍛二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響

熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長(zhǎng)，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時(shí)，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織

熱加工一般用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困難的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光潔度要求高的工件。蒸汽-空氣錘

第五節(jié)超塑性

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