武汉理工工程材料6第二章

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1、2.3.1金属的塑性变形2.3.2塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化2.3.3金属材料的热加工和冷加工2.3金属的塑性加工塑性加工举例Rolling模锻HotRollingColdDrawing2.3.1金属的塑性变形1．单晶体的塑性变形2．多晶体的塑性变形3．塑性变形对金属组织和性能的影响单晶体的塑性变形单晶体变形的基本形式——弹性变形、塑性变形。单晶体受力后，外力在任何晶面上都可以分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及断裂。切应力作用下，金属晶体才能产生塑性变形。（c)锌单晶的拉伸照片(b)切应力作用下的变形(a)外力在晶面上的分解(a)(b)(c)正应力作用下的变形和开

2、裂塑性变形的实质——原子移动到新的稳定位置。单晶体塑性变形的基本形式——滑移和孪生。金属常以滑移方式发生塑性变形。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的现象。滑移变形的特点：滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。滑移通常沿着晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因为原子密度最大的晶面上原子之间的间距最大，结合力最弱，产生滑移所需的切应力最小。沿其发生滑移的晶面和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。密排面和密排方向（了解内容）晶向原子密度:单位长度上的原子数。晶面原子密度:单位面积上的原子数。ⅠⅡ体心立方晶格中各主要晶

3、面的原子密度0.58/a21/6x3=1/2√3/2a2(111)(110)1.4/a21/4x4+1=2√2a2(110)1/a21/4x4=1a2(100)最密排面晶面原子密度原子数面积形式晶面aaa√2a√2a体心立方晶格中各主要晶向的原子密度〈111〉1.16/a1/2x2+1=2√3a〈111〉0.7/a1/2x2=1√2a〈110〉1/a1/2x2=1a〈100〉最密排方向晶向原子密度原子数长度形式晶向—同理得到面心立方晶格中各主要晶向、主要晶面的原子密度，得出面心立方晶格中最密排晶面、最密排晶向。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶

4、格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三种典型金属晶格的滑移系体心立方:{110}×﹤111﹥6×2=12面心立方:{111}×﹤110﹥4×3=12密排六方:{0001}×﹤1120﹥3×1=3滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对滑移的贡献比滑移面要大。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。滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍。滑移的结果在晶体表面形成台阶，称为滑移线，若干条滑移线组成一个滑移带。材料：工业纯铁状态：压缩变形30%侵蚀：4%硝酸酒精倍数：250X多脚虫的爬行滑移机制设

5、想滑移为刚性的整体移动，则滑动所需的理论临界切应力值比实际测量的临界切应力值要大3-4个数量级。滑移是通过滑移面上位错的运动实现。滑移的实现——借助位错运动。刃位错的运动孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生切变的现象。黄铜中的孪晶发生切变的部分称为孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称为孪生面。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪晶组织孪生示意图孪生所需的临界切应力比滑移大得多，只有在滑移很难进行的情况下，晶体才会发生孪生。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才会发生孪生变形。面心立方晶格金属一般不发生孪生变形。钛合金六方相

6、中的形变孪晶多晶体的塑性变形晶界的影响当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来，称为位错的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高。多晶体变形比单晶体复杂，其中单个晶粒变形与单晶体相似。Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积晶界对塑性变形的影响晶粒位向的影响由于相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，若周围的晶粒不发生塑性变形，则必须以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于相邻晶粒之间的相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。多晶体的塑性变形多晶体中每个晶粒的位向不同。其中滑移面和滑移方向接近于最大切应力

7、方向的晶粒先开始滑移。位错运动到晶界附近时受到晶界的阻碍而堆积起来，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒。当大量晶粒发生滑移，金属便显示出明显的塑性变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带σσ晶粒大小对金属力学性能的影响金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错运动的障碍越多；需要协调的具有不同位