金属及合金的塑性变形.ppt

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1、本章目的：1阐明金属塑性变形的主要特点及本质；2指出塑性变形对金属组织和性能的影响；3塑性变形后金属和合金的热力学。第四章金属及合金的塑性变形本章重点：（1）拉伸曲线及其所反映的常规机械性能指标；（2）塑性变形的宏观变形规律与微观机制；（3）加工硬化的本质及实际意义；（4）塑性变形对金属与合金组织、性能的影响：（5）金属材料的强化机制。§4-1金属的变形特性一金属变形的方式及研究方法1方式：弹性变形塑性变形断裂成形失效2研究方法曲线种类：①载荷—变形曲线②真应力—真应变曲线③工程应力—应变曲线┗主要研究手段拉伸过程与拉伸曲线示意工程应力—应变曲线中“颈缩”

2、现象掩盖了“加工硬化”颈缩σ—ε：工程应力应变曲线σ—εS—eσεS—e：真应力真应变曲线二工程应力应变曲线低碳钢应力应变曲线--典型性①分析变形过程；②强度、塑性指标的意义σe、σs、σb、δ、ψεσbσsσe弹性阶段弹性极限e屈服阶段屈服极限s强化阶段强度极限b颈缩阶段◆屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s表示◆抗拉强度概念：试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示注：s、b是设计与选材的重要依据另：e表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。塑性plasticity概念：在外力作用下产生永久变形而

3、不破坏的能力。判据：断后伸长率、断后断面收缩率◆断后伸长率概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比。其中：Lk—断后试样长度Lo—试样原始长度◆断后断面收缩率概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小。、Ψ越大，材料的塑性越好。通常认为<5%脆性材料。1：退火低碳钢2：正火中碳钢3：高碳钢但弹性模量基本相同1：有机玻璃：硬而脆2：纤维增强热固塑料：硬而强3：尼龙：硬而韧4：聚四氟乙烯：软而韧σ—ε形式与材料塑性有关三弹性模量与刚度σ=E·ε；τ=G·γ；----弹性模量意义：⑴拉伸曲线

4、上，斜率；⑵弹性变形难易；⑶组织不敏感：取决于原子间结合力材料种类；晶格常数；原子间距刚度构件刚度：A·E——弹性变形难易材料刚度：E一、弹性形变的宏观定律§4-2弹性变形二、弹性变形能三、影响弹性变形的因素一、塑性形变的宏观特征§4-3塑性形变的表象二、塑性形变在纤维组织中的反映晶粒外形的变化晶粒内部的变化§4-4单晶体的塑性变形塑性变形研究思路：①基本单元——单晶体变形特性②晶界影响——多晶体变形特性③相界——合金变形特性塑性变形方式：滑移；孪生F一．滑移现象与滑移特点1滑移定义：在外力作用下，晶体相邻二部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对的平行滑动滑

5、移带滑移线高锰钢中的滑移带，500X②滑移线与滑移带均为塑变后晶体表面产生的滑移台阶，但大小不同τ单晶体滑移示意图滑移线滑移带(~100个原子间距)~10000个原子间距2滑移特点⑴发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向；⑵只在切应力下发生，存在临界分切应力σσ弹性伸长断裂ττ弹性歪扭塑性变形（滑移）στFⅠⅡλ:拉伸轴线与滑移方向夹角φ:拉伸轴线与滑移面法向夹角τ＝(Fcosλ)/(A/cosφ)＝F/A·（cosλ·cosφ)＝σcosλ·cosφλ分切应力取向因子分切应力的大小与取向因子直接相关什么是分切应力：临界分切应力(τK)：使滑移系开动的最小

6、分切应力τk的影响因素：①取决于金属本性，与外力无关，取向无关②组织敏感参数：金属不纯，变形速度愈大，变形温度愈低，τk愈大。什么是临界分切应力：λ当τ>τK时，发生滑移滑移面的取向因子大，则分切应力大：当滑移面法线、滑移方向、外力轴三者共面，即λ＝90°－φ时，可能获最大取向因子：cosλ·cosφ＝cos(90°－φ)·cosφφ＝45°时:取向因子获最大值1/2取向因子大——软取向φ或λ＝90°时:取向因子为0，τ＝0，取向因子小——硬取向cosλ·cosφ＝cos(90°－φ)·cosφ与τK对应的σ即为σsσs的影响因素：①与τk有关；②与外力取

7、向有关:σs＝τK/(cosλ·cosφ)⑶滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致；ττττ滑移面滑移前PP滑移后力偶⑷伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行方向，滑移方向旋向最大切应力方向产生转动单晶体拉伸变形示意滑移时晶体的转动和旋转位向和晶面的变化拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向压缩时，滑移面逐渐趋于垂直于压力轴线。SingleCrystalSlip意义：实际金属由多晶体构成，通过晶体的转动和旋转，原来取向有利的晶粒（单晶体）经过一定量塑性变形后取向不利，停止塑性变形；原来取向不利的晶粒经过旋转

8、、转动取向变为有利，开始塑性变形；——循环往复后可使塑性变形更均匀