材料的塑性变形与再结晶

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1、材料的塑性变形与再结晶1§2-1金属的塑性变形金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。塑性加工包括锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。2压力加工方法示意图3锻造4冷冲51.应力σ-应变ε曲线金属在外力作用下的行为可由低碳钢的拉伸曲线全面的显示出来，可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。(a)原始试样(b)拉伸后试样圆形拉伸试样6拉伸实验拉伸曲线70.2材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。外力去处后不能恢复的变形称

2、为塑性变形。强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。82.单晶体的塑性变形常温下单晶体塑性变形的主要方式是滑移，此外还有孪晶、扭折等其他方式。2.1滑移2.1.1滑移的定义滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑移9位错运动造成滑移10滑移的观察111）滑移只能在切应力作用下才会发生2）滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带3）滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)进行,沿其发生滑移的晶面和

3、晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向,一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。4）滑移的同时伴随有晶体的转动2.1.2滑移的特征12金属三种常见晶格的滑移系滑移方向的转动滑移面的转动13滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格,体心立方晶格好于密排六方晶格。（面心立方）（密排六方）142.2孪生孪晶中的晶格位向变化孪生是塑性变形的一种机制，孪生是产生孪晶的过程。孪晶是指晶体中原子排列以某一面（孪晶面）成镜面对称的部分。1516奥氏体不锈钢中退火孪

4、晶钛合金六方相中的形变孪晶173.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形3.1晶粒取向的影响3.2晶界阻碍位错运动1）软位向和硬位向2）各晶粒的协调运作18晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积193.3弥散颗粒、相阻碍位错运动20第三节塑性变形对组织和性能的影响一、塑性变形对组织结构的影响金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清.塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。21工业纯铁在塑性变形前后的组织变化(a)正火态(c)变形80%(b)变形40%22由于晶粒的转动，当塑性变

5、形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称织构或择优取向。形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生“制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。板织构丝织构形变织构示意图各向异性导致的铜板“制耳”有无23二、加工硬化随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。冷塑性变形量，%屈服强度，MPa1040钢(0.4%C)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%C)黄铜铜24产生加工硬化的原因是:1、随变形量增加,位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形

6、抗力增加.Si中的位错源晶体中的位错源位错密度与强度关系252.随变形量增加，亚结构细化3.随变形量增加,空位密度增加4.几何硬化：由晶粒转动引起由于加工硬化,使已变形部分发生硬化而停止变形,而未变形部分开始变形。没有加工硬化,金属就不会发生均匀塑性变形。加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。变形20%纯铁中的位错未变形纯铁26三、残余内应力内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。第一类内应力平衡于表面与心部之间(宏观内应力).第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间(微观内应力)。第三类内

7、应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。金属发生塑性变形时，外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中。内应力分为三类：曲轴中内应力的模拟27第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。晶界位错塞积所引起的应力集中28第四节回复与再结晶一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间