第06章 金属材料的塑性变形

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1、第五章金属材料的塑性变形概述单晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形变形后金属的加热变化金属的热塑性变形1第一节概述塑性加工包括锻压、轧制、挤压、拉拔、冲压等方法。金属在承受塑性加工时，产生塑性变形，这对金属的组织结构和性能会产生重要的影响。(a)轧制(b)挤压(c)拉拔(d)锻压(e)冲压压力加工方法示意图2第二节单晶体金属的塑性变形单晶体的塑性变形的基本方式有两种：滑移和孪生。一、滑移概念滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对晶体的另一部分发生相对滑动的现象。●此晶面称滑移面，此晶向称滑移方向，通常是晶体中原子排列最紧密的晶面和晶向。●在滑移面及滑移方向上的切应

2、力达到一定大小（临界值），滑移就开始进行。3第二节单晶体金属的塑性变形滑移的结果——出现滑移带4二、滑移与晶体结构的关系第二节单晶体金属的塑性变形滑移发生的晶面称为滑移面，通常为晶体的最密排晶面；滑移滑动的方向称为滑移方向，通常也为晶体的最密排方向；这是由于密排面之间、密排方向之间的原子间距最大，原子间结合力最弱，因而所需外力最小。滑移系晶体中的一个滑移面加上此面上的一个滑移方向合称一个滑移系。滑移系的数目越多，一个滑移面上的滑移方向越多，则晶体的塑性越好。金属材料中fcc的塑性最好，bcc次之，hcp最差。5典型晶格的滑移系FCC第二节单晶体金属的塑性变形66三、滑移的本质1.滑移只

3、能在切应力作用下才会发生。正应力只能使晶格的距离加大，不能使原子移动；切应力可使晶格沿滑移面上发生滑移。第二节单晶体金属的塑性变形滑移方向上的分切应力为：称为施密特定律。coscos称为取向因子。超过临界切应力的滑移系，可以滑移。滑移的同时还会发生转动。7三、滑移的本质研究证明，滑移是由于滑移面上的位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的滑移。第二节单晶体金属的塑性变形2.滑移的本质是位错的运动刚性滑移所需的临界切应力值太大，不可能发生。实际金属滑移所需的切应力比理论值低几个数量级。见书

4、上表6-2。8三、滑移的本质滑移时，仅需位错中心附近的极少量的原子作微量的位移即可，所以它所需要的临界切应力便远远小于整体刚性滑移。第二节单晶体金属的塑性变形3.滑移时又会产生大量新的位错，即位错增殖。4.任何阻碍位错运动的因素都使滑移的阻力增大，增加塑性变形的难度，就可以提高金属材料的强度。这就是强化金属的基本原理。9四、孪生（一般了解）在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程称孪生。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发生。HCP中常见。第二节单晶体金属的塑性变形10第三节多晶体金属的塑性变形多晶

5、体金属的塑性变形是由许多位向不同的小晶粒共同参与变形而完成的。每个晶粒可视为单晶体，因而它们的主要变形方式仍为滑移与孪生。多晶体的塑变与单晶体有相似，也有不同。一、多晶体塑性变形特点1.不均匀的塑性变形过程各晶粒的滑移系所受分切应力的大小不一，达到临界值的先后不一，故变形不均匀。112.晶粒间位向差阻碍滑移邻近晶粒之间存在位向差。一个晶粒滑移时，也要引起周围的晶粒滑移，否则就不能保持晶粒间的连续性。因此，晶粒塑性变形的抗力增大。一、多晶体塑性变形特点第三节多晶体金属的塑性变形3.晶界阻碍位错运动位错运动到晶界时，由于各个晶粒的位向不同，不能直接从一个晶粒移动到另一晶粒，便塞积起来；需要

6、更大的外力才能继续变形，所以晶界的存在可以提高材料的强度。12二、细晶粒钢具有优良的综合力学性能1。晶粒越细，则晶界越多，位错运动更困难，强度就越高。Hall-Petch公式：σs=σ0+Kd–1/22。晶粒越细，变形分散，晶粒转动的阻力小，晶粒间易于协调，产生较均匀的变形，使得应力集中小，裂纹不易产生和发展，塑性和韧性就越好。第三节多晶体金属的塑性变形13三、塑性变形对金属的影响第三节多晶体金属的塑性变形1、对组织结构的影响⑴产生纤维组织晶粒及夹杂物沿变形方向伸长及分布，使纵向力学性能大于横向。变形前后晶粒形状变化变形后晶粒内滑移带增多晶粒被拉长141、对组织形貌的影响第三节多晶体金

7、属的塑性变形⑵亚结构细化因塑性变形时的位错运动、增殖和其间复杂的交互作用，位错密度增加，产生位错缠结，使晶粒碎化成更小的亚晶粒。位错密度的提高将降低了材料的耐腐蚀性。151、对组织形貌的影响(3)产生形变织构：当金属经受大量(70%以上)的一定方向的变形之后,由于晶粒的转动造成晶粒位向趋于一致，形成了“择优取向”，即某一晶面在某个方向出现的几率明显高于其他方向，这种有序化结构叫做形变织构。例如低碳钢经高度冷拔后,其<100>平行于拔丝方向，各