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1、2021/7/25工程材料75-1内容4.1金属的塑性变形4.2变形金属在加热时的组织和性能的变化4.3金属的热变形加工第4章金属的塑性变形与再结晶2021/7/25工程材料75-2金属的塑性变形单晶体金属塑性变形的基本形式滑移——晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面发生一定距离的移动，应力去除后不能恢复原状。孪生——晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面产生一定角度的切变。2021/7/25工程材料75-3单晶体的滑移变形任何应力都可以分解为：一个正应力()一个切应力()正应力－伸长、断裂切应力－滑移变形2021/7/25工程材料7
2、5-4滑移面：原子间距最小滑移方向：原子排列密度最大滑移系：一个面＋一个方向2021/7/25工程材料75-5滑移特点：滑移只能在切应力作用下才会发生。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。晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。2021/7/25工程材料75-6体心立方：6个面×2个方向＝12面心立方：4个面×3个方向＝12密排六方：1个面×3个方向＝3滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！202
3、1/7/25工程材料75-7多晶体的塑性变形晶界的影响“竹节”现象说明金属的晶界比晶粒本身具有较高的变形抗力。出现“竹节”现象的原因：由于晶界附近是相邻晶粒位向的过渡区，原子排列紊乱，并存在较多的杂质，造成晶格畸变，位错在此处滑移时受到较大的阻力，难以发生变形。晶粒位向的影响不同位向的晶粒的对滑移变形也有阻碍作用，使变形抗力增大。所以，多晶体的变形抗力总是高于单晶体。结论：晶粒越细小，金属强度愈高。因为晶界总面积大，每个晶粒周围不同位向的晶粒数多，对塑性的变形抗力大。竹节现象2021/7/25工程材料75-8细晶强化的原因晶粒细小，晶界总面积多
4、，每个晶粒周围不同位向的晶粒数也多，对塑性变形的抗力大。细晶能提高材料塑韧性的原因晶粒愈细，单位体积内的晶粒数多，金属的总变形量可分散到更多晶粒中，使变形均匀。晶粒愈细，晶界曲折愈多，能有效阻碍裂纹的扩展。2021/7/25工程材料75-9变形极不均匀，有先有后的进行。最先产生滑移的是滑移面和滑移方向与外力成45°角的一些晶粒，在其变形到一定程度时，因受到周围晶界和位向不同的晶粒的阻碍，产生应力集中，停止滑移，随后，次软位向晶粒开始滑移。多晶体的塑性变形过程2021/7/25工程材料75-10变形结果：晶粒破碎：位错增加、产生加工硬化（利、弊）
5、晶粒伸长：各向异性、产生“织构”（择优取向）夹杂物伸长：形成“纤维组织”残余内应力：硬、脆、塑性下降塑性变形对金属组织和性能的影响2021/7/25工程材料75-11塑性变形对金属组织结构的影响金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时,晶粒变成细条状(拉伸时),金属中的夹杂物也被拉长,形成纤维组织。变形前后晶粒形状变化示意图2021/7/25工程材料75-12塑性变形对金属组织结构的影响亚结构形成金属经大的塑性变形时,由于位错的密度增大和发生交互作用,大量位错堆积在局部地区,并相互缠结,形成不均匀的分布,使晶粒分
6、化成许多位向略有不同的小晶块,而在晶粒内产生亚晶粒。金属经变形后的亚结构2021/7/25工程材料75-13塑性变形对金属组织结构的影响形变织构产生金属塑性变形到很大程度(70%以上)时,由于晶粒发生转动,使各晶粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向,这种有序化的结构叫做形变织构。形变织构示意图2021/7/25工程材料75-14塑性变形对金属力学性能的影响金属发生塑性变形,随变形度的增大,金属的强度和硬度显著提高,塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化,也叫冷形变强化。产生加工硬化的原因位错密度随变形量增加而增加，从而使变形抗力增大随变形量
7、增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用随变形量增加，空位密度增加几何硬化应用:在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。2021/7/25工程材料75-15塑性变形对金属力学性能的影响由于纤维组织和形变织构的形成,使金属的性能产生各向异性。如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。用有织构的板材冲制筒形零件时,即由于在不同方向上塑性差别很大,零件的边缘出现“制耳”。在某些情况下,织构的各向异性也有好处。制造变压器铁芯的硅钢片,因沿[100]方向最易磁化,采用这种织构可使铁损大大减小,因而变压器的效率大大提高。因形变织构造成深冲制品的
8、制耳示意图2021/7/25工程材料75-16塑性变形对金属物理、化学性能的影响塑性变形可影响金属的物理、化学性能。如使电阻增大,耐腐蚀性降低。残余内
