金属压力加工的金属学基础

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1、第三章金属压力加工的金属学基础潘成刚主讲第3章金属压力加工的金属学基础第一节金属的塑性变形机构第二节加工过程中的硬化和软化第三节金属的冷变形和热变形第四节金属的塑性第一节金属的塑性变形机构金属一般由无数个单晶体构成的多晶体，要了解多晶体的塑性变形性质，必须先了解单个晶粒或单晶粒的塑性变形机构。单晶体塑性变形其塑性变形的最主要方式是滑移。单晶体的塑性变形方式：1.滑移——滑移系2.孪生a)未变形d)塑性变形单晶体滑移变形示意图b)弹性变形ττc)弹塑性变形ττ晶体的孪生示意图滑移滑移：晶体在外力作用下，其中一部分沿着一定晶面（原子密排晶面）和这个晶面上的一定晶向（原子密排晶向）对其

2、另一部分产生的相对滑移，此晶面为滑移面，此晶向称为滑移方向。滑移时原子移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后晶体各部分的位向仍然一致。滑移结果：使大量原子逐步地从一个稳定位置移动到另一个稳定位置，晶体产生宏观的塑性变形。滑移系滑移面与滑移方向数值的乘积称为滑移系。若使晶体产生滑移只有在作用于滑移面及其滑移方向上的剪应力达到一定数值时才开始开始滑移时作用于滑移方向上的剪应力为临界应力。作用在横断面F0上的正应力为作用在滑移面上，沿作用力P方向的应力为作用在滑移面上，沿滑移方向的分切应力为当外力P与滑移面和滑移方向都成45o角时，临界切应力其大小与晶体的化学成分、杂质含量、变形温度、变

3、形速度、预先变形程度等因素有关化学成分中两组元在固态互溶的合金中，溶质元素量增大时，合金的临界切应力增大；金属中含有杂质时，临界切应力增大。温度升高，临界切应力降低。预先的塑性变形使临界应力升高。二、多晶体的塑性变形多晶体是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而成其组织结构上特点：各个晶粒形状和大小是不同的，化学成分和力学性能也不均匀；而各相邻晶粒的取向一般是不一样的；多晶粒中存在大量晶界，晶界的结构和性质与晶粒本身不同，晶界上聚集着杂质。晶内变形（低温）：滑移和孪生晶间变形（高温）：晶粒间的相对滑动和转动。晶界对塑性变形的影响（细晶强化）：1）强化作用（位错运动受阻）；2）塑性变形更均

4、匀（改善韧性）。多晶体金属的塑性变形：多晶体塑性变形主要特点增强变形与应力的不均匀分布提高变形抗力出现方向性除晶粒内部变形外，在晶界上也发生变形。增强变形与应力的不均匀分布A晶粒屈服点高，B晶粒屈服点低。多晶体中各晶粒的取向不同，会使变形与应力的不均匀分布增强。在多晶体内通常存在软取向（滑移面和滑移方向与外力成45o角的有利方位）和硬取向（不利方位）的晶粒。提高变形抗力多晶体在塑性变形中出现了变形与应力的不均匀分布，将会使多晶体的变形抗力升高和塑性降低。晶粒大学一般介于0.01~1mm之间，或者更小。晶粒越细小，晶界所占的区域相对的就越大，对变形的阻碍作用也就越大，因此，多晶体的

5、变形抗力也就越大。晶粒越细小，在一定体积内的晶粒数目越多，在一定变形量下，变形会分散在很多晶粒内进行，变形分布比较均匀，应力集中较小，金属具有较高的塑性和韧性，此规律只适用于低温情况；高温下畸变晶格原子将获得较大的能量，当外力作用时会出现沿晶粒界面的粘滞性流动，而使晶粒间界的强度降低。一般来说，高温时粗晶粒材料要比细晶粒材料有更高的高温强度。如多晶体金属中存在脆而硬的第二相时，它们将分布在具有较高塑性的软基体上，并阻碍基体金属的塑性变形，从而能使多晶体金属的变形抗力增强。出现方向性在塑性变形中晶粒形状和取向将发生变化，晶粒的某一同类晶面和晶向沿一定方向排列（出现择优取向），产生了

6、所谓织构，使金属产生各向异性。除晶粒内部变形外，在晶界上也发生变形多晶体金属在塑性变形过程中，晶粒的形状和取向发生改变的同时，晶粒彼此间也发生了相对的移动。第二节加工过程中的硬化和软化多晶体塑性变形将导致金属的力学、物理及化学性能的改变。随着变形程度的增加，变形抗力的所有指标（屈服极限、强度极限和硬度）都增大，而塑性指标（伸长率、断面收缩率）都减小，同时使电阻升高、抗腐蚀性和导热性下降。金属在塑性变形过程中产生这些力学性能和物理化学性能变化的综合现象叫加工硬化。加工硬化的原因几何硬化由于滑移过程中，滑移面的方位改变，使产生滑移的滑移面偏离有利的滑移方向，为使金属继续变形则必须加大

7、外力。物理硬化在滑移过程中，原子的滑移层晶格畸变及破坏，阻碍了滑移面进一步滑移而使变形抗力增加。加工硬化的原因在多晶体中，由于在变形过程中晶粒间相对转动，使晶界遇到破坏使塑性指标下降或由于晶粒转动结果产生几何硬化。在多晶体中，由于组织不均匀和不均匀变形引起的附加应力及残余应力，从而使其塑性降低变形抗力增加。影响加工硬化的因素金属本身的性质变形程度的大小变形程度增加，则加工硬化程度也增加。变形速度的高低变形速度增加，加工硬化程度加剧，但当变形速度达到一定值时，由于热效应作用使金属温