机械工程材料 教学课件 作者 徐先锋 何柏林 主编第4章 金属的塑性变形与再结晶 .ppt

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1、工程材料及机械制造基础讨论材料在外力作用下会发生那些种类的变形？铁丝在室温下反复弯折，会越变越硬，直到断裂，为什么？如果是铅丝呢？第4章金属的塑性变形与再结晶概述4.1金属材料的塑性变形4.2塑性变形对金属组织性能的影响4.3超塑性4.4塑性变形金属在加热时组织性能变化4.54.6总结4.1概述材料在外力作用下会发生变形，这种变形通常包括弹性变形与塑性变形两种。塑性变形是金属材料的一种重要加工成形方法，而且更为重要的是塑性变形还可改变材料内部组织与结构并影响其宏观性能。4.1概述本章讨论的重点金属塑性变形（主要是滑移变形）的特点塑性变形对金

2、属组织、性能的影响（特别是加工硬化现象）回复与再结晶的有关概念4.2金属材料的塑性变形1、单晶体的塑性变形——滑移和孪生2、多晶体的塑性变形主要内容包括1、单晶体的塑性变形——滑移和孪生（1）滑移在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形正应力作用使晶格发生弹性伸长；σ↑，伸长量↑，σ＞原子间结合力时，拉断。正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。切应力作用使晶格发生弹性歪扭；τ＜τc（

3、临界切应力），τ↓变形量↓，τ→O，变形恢复；τ＞τc，发生滑移，产生永久塑性变形。4.2金属材料的塑性变形滑移面原子排列密度最大的晶面原子排列密度最大的方向滑移方向+=滑移系滑移面和该面上的一个滑移方向6个滑移面2个滑移方向×=12个滑移系BCC4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形FCC4个滑移面3个滑移方向×=12个滑移系4.2金属材料的塑性变形1个滑移面3个滑移方向×=3个滑移系HCP滑移与位错刚性滑移模型计算出的临界切应力值＞＞实测值滑移的实现→借助于位错运动。4.2金属材料的塑性变形位错在外加切应力的作用下移动至晶体表

4、面→一个原子间距的滑移台阶→塑性变形。滑移线（晶体表面的滑移台阶）→滑移带（大量滑移线）4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形（2）孪生晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。孪生的特点金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形滑移和孪生的比较滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形；孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生；滑移→原子移动

5、的相对位移是原子间距的整数值→不引起晶格位向的变化，孪生→原子移动的相对位移是原子间距的分数值→孪晶晶格位向改变→促进滑移；孪生产生的塑性变形量小（≤滑移变形量的10％）←孪生变形引起的晶格畸变大。4.2金属材料的塑性变形FCC、BCC和HCP的比较→ⅰ.FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。→ⅱ.BCC金属仅在室温或受冲击时发生。→ⅲ.HCP金属较容易发生孪生。（1）影响多晶体塑性变形的因素晶粒位向晶界晶粒位向不一致ⅰ.滑移的主要障碍：晶界原子排列较不规则→缺陷多→滑移阻力大→变形抗力大。ⅱ.协调变形：晶界自身变形→处于不同变形

6、量的相临晶粒保持连续。4.2金属材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形（2）细晶强化晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大晶粒小→晶界附近位错密度小→应力集中小→滑移由这晶粒到另外一个晶粒机会少→变形困难→屈服强度↑晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→减少应力集中晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变形（3）多晶体的塑性变形的特点加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，那些受最大或接近最大分切应力位向的晶粒处于软位向。分批，逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到均匀变。4.2金属

7、材料的塑性变形4.2金属材料的塑性变形4.3塑性变形对金属组织性能的影响1、晶粒内部组织发生变化，产生加工硬化现象；2、纤维组织；3、织构——择优取向；4、残余内应力。4.3塑性变形对金属组织性能的影响1、加工硬化金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象——加工硬化。4.3塑性变形对金属组织性能的影响低碳钢的加工硬化现象4.3塑性变形对金属组织性能的影响1）一种强化手段2）冷加工成形得以顺利进行3）具有过载能力，使用安全4）↓塑性，↑切削性能不利：塑性变形困难→中间退火→消除硬化。加工硬化意义4.

8、3塑性变形对金属组织性能的影响位错强化塑性变形→位错开动→位错大量增殖→相互作用→运动阻力加大→变形抗力↑→强度↑、硬度↑、塑性、韧性↓位错强化：位错密度↑→强度、硬度↑4.3塑