材料成形技术基础第3章

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1、第四章塑性成形理论基础塑性成形体积成形：锻造、轧制、挤压和拉拔板料成形：冲裁、弯曲、拉深和成形热成形、冷(温)成形加工温度受力变形基本概念塑性成形利用金属的塑性，在外力的作用下使金属发生塑性变形，从而获得所需要形状和性能工件的加工方法。塑性当外力增加到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发生变化而相互联系不被破坏的性能。塑性变形的特点不能自行恢复其原始形状和尺寸，外力停止作用后，塑性变形不会消失。塑性成形的共性塑性成形的物理本质和机理塑性成形过程中金属的塑性行为、抗力行为和组织性能的变化规律变形体内部的应力、应变分布和质点流动规律变形力和变形功的合理评估第一

2、节金属冷态下的塑性变形多晶体由许多结晶方向不同的晶粒组成，每个晶粒可看成是一个单晶体，在晶粒内部晶格的位向是一致的，而各个晶粒之间存在着一定的位向差。多晶体晶粒之间存在着厚度相当小的晶界，晶界的结构与相邻两晶粒之间的位相差有关，一般分为小角度晶界和大角度晶界。晶界的特点晶界结构不完整，存在较多的空位、位错和杂质原子。表现出许多不同于晶粒内部的性质，如室温时晶界的强度和硬度高于晶内，高温时相反；晶界中原子的扩散速度比晶内原子快得多；晶界的熔点低于晶内；晶界易于腐蚀。一、冷塑性变形机理多晶体的塑性变形包括晶粒内部变形(也称晶内变形)和晶界变形(也称晶间变形)两种。1．晶内变形晶内变形的主要方

3、式和单晶体一样为滑移和孪生。其中滑移变形是主要的，而孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。(1)滑移晶体在力的作用下，晶体中的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动。滑移系一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。晶体内部存在缺陷（点缺陷、线缺陷和面缺陷），由于缺陷的存在，使晶体内部各原子处于不稳定状态，高位能的原子很容易地从一个相对平衡的位置移到另一位置上。位错是晶体中的线缺陷，实际晶体结构的滑移就是通过位错运动来实现的。滑移的结果使大量原子逐步地从一个稳定位置移到另一个稳定位置，产生宏观的塑性变形。一般地，滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。(2)孪生在剪应

4、力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面(称为孪生面)和一定的晶向(称为孪生方向)发生均匀切变。孪生变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系。2．晶间变形晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生剪切应力，当此剪切应力足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发生相对滑动；另外，由于各晶粒所处位向不同，其变形情况及难易程度亦不同，这样，在相邻晶粒间必然引起力的相互作用而可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。这是由于晶界强度高于晶内，各晶粒相互接触

5、形成犬牙交错状态，造成对晶界滑移的机械阻碍作用。如果发生晶界变形，容易引起晶界结构的破坏和产生裂纹，因此晶间变形量只能是很小的。二、冷塑性变形特点1．各晶粒变形的不同时性由于组成多晶体的各个晶粒位向不同，塑性变形不是在所有晶粒内同时发生，而是首先在那些位向有利、滑移系上的剪应力分量已优先达到临界值的晶粒内进行。2．各晶粒变形的相互协调性由于多晶体中的每一个晶粒都是处于其它晶粒的包围之中，它们的变形不是孤立的和任意的，而是需要相互协调配合，否则无法保持晶粒之间的连续性。3．晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。晶粒越小，金属的屈服极限越大滑移由一个晶粒转移到另一个晶粒，

6、主要取决于晶粒晶界附近位错塞积群所产生的应力场能否激发相邻晶粒中的位错源也开动起来，以进行协调性的次滑移，而位错塞积群所产生的应力场的强弱与塞积的位错数量相关，数量越大，应力场越大。晶粒越大，距离越大，位错源开动的时间就越长，位错数也越大。由此可见，粗晶粒金属的变形由一个晶粒转移到另一个晶粒会容易一些，而细晶粒则需要在更大的外力作用下才能使相邻晶粒发生塑性变形。细晶粒的塑性比粗晶粒好在一定体积内，细晶粒金属的晶粒数目比粗晶粒金属的多，因而，塑性变形时，位向有利的晶粒数较多，变形能够均匀分散到各个晶粒上。又从每个晶粒的应变分布来看，细晶粒晶界的影响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处的

7、应变差异减少，由于细晶粒金属的变形不均匀性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变形量较大。三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响除了在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织特征外，还具有下列的组织变化。1．晶粒形状的变化变化趋势大体与金属宏观变形一致。2．晶粒内产生亚结构由于位错运动和位错交互作用，在晶内位错纠缠成群，形成位错缠结，随着变形量的增加，最终形成胞状亚结构3．晶粒位向改变(变形结构)多