金属学与热处理第6章

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1、第6章金属及合金的塑性变形与断裂前言1.铸态组织往往具有晶粒粗大且不均匀，组织不致密和成分偏析等缺陷2.金属材料进过冷轧，冷拉等塑性变形后，金属的强度显著提高而塑性下降，进过热轧，锻造等塑性变形后，强度提高虽然不明显，但塑性和韧性较铸态时有明显改善第一节，金属的变形特性1.金属在外力作用下的变形过程可以分为弹性变形，弹塑性变形，断裂3个连续的阶段2.低碳钢的变形过程的特点当应力低于бe时，应力与式样的应变呈正比，应力去除，变形消失，式样处于弹性变形阶段，弹性极限：表示材料保持完全弹性变形时的最大应力3塑性变形：当应力超过бe时，应力与应变的直线关系破坏，并

2、出现屈服平台或屈服齿，如果卸载，式样的变形只能部分恢复，而保留一部分残余变形屈服极限：规定产生0.2%残余变形的应力值加工硬化，形变强化：当应力超过бs后，式样发生明显而均匀的塑性变形，若式样的应变增大，则必须增大应力值，随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增大的现象抗拉强度：材料对最大塑性变形的抗力韧性：材料对断裂的抵抗能力流变曲线：把均匀塑性变形阶段的真应力-真应变曲线称为流变曲线加工硬化指数：它表征金属在均匀变形阶段的加工硬化能力，N越大，则变形的加工硬化越显著，取决于材料的晶体结构和加工状态金属弹性变形的实质;金属晶格在外力作用下产生弹性畸变弹性模

3、量，切变模量是表征金属材料对弹性变形的抗力，弹性模量相当于产生单位弹性变形所需的应力刚度：将构件产生弹性变形的难易程度称为构件的刚度金属的弹性模量是一个对组织不敏感的性能指标，他取决于原子间结合力的大小，其数值只与金属的本性，晶体结构，晶格常数有关断面收缩率；在拉伸试验中，试样拉断后其缩径处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，称为断面收缩率。强度指标——表示材料抵抗塑性变形和破坏的能力，塑性指标――表示材料产生塑性变形的能力。弹性变形和塑性变形的本质区别；弹性变形和塑性变形的本质区别在于在外力作用下点阵原子位移距离的大小：弹性变形――位移小于一个原

4、子间距；塑性变形――位移超过一个原子间距。塑性变形中包含了弹性变形。金属材料的塑性变形方式有两种：滑移和孪生，以滑移为主第二节单晶体的塑性变形滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式滑移带――在金相显微镜下看到的平行或交叉的条纹（细线）。滑移线(slipline)――在电子显微镜下看到的平行小台阶（更细的线），它们组成了滑移带滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组和构成一个滑移系金属晶体的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位相也越多，滑移就越容易进行

5、，金属的塑性也越好滑移面总是原子排列最密的晶面，滑移方向也是原子排列最密的晶向。这是因为在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，即密排面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小，因而最易于滑移，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力也最小面心立方金属的密排面是{111},滑移面共有4个，密排晶向，滑移方向<110>,每个滑移面上有3个滑移方向，因此共有12个滑移系体心立方：滑移面为{110},6个,滑移方向<111>,2个，因此12个密排六方在室温的滑移面只有{0001},1个，滑移方向为<-1-120>,3个滑移面上有3个滑移

6、系。因此面心立方和体心立方的塑性比较好，而密排六方的塑性较差临界分切应力τk；在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。使滑移系开动的最小分切应力，它的数值大小与金属的晶体结构，纯度，加工状态，实验温度和加载速度(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.φ－滑移面法线与拉伸轴的夹角，λ－滑移方向与拉伸轴的夹角cosφcosλ－取向因子取向因子大的方向称为软取向，取向因子小的方向称为硬取向。σs随取

7、向因子而变，取向因子越大，σs越小，当φ＝λ＝45°时，取向因子达到最大，σs最小,金属最容易开始滑移晶体中的滑移系随晶体一块转动，拉伸时，开动滑移系转向与拉力轴平行的方向；压缩时，滑移系转向与压力轴垂直的方向，无论哪种转动，都会使开动滑移系的取向因子变小，极限情况下为零，结果使该滑移系的滑移难以进行下去。在滑移过程中，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也在旋转，即晶体的位相在不断发生改变，取向因子也比如随之而改变。如果某一滑移系的取向处于软取向，那么拉伸时随着晶体取向的改变，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45°，从而使滑移越来越困难，这种现象称为几何硬

8、化。于此相反，经滑移和转动后，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越接近