金属塑性变形的物理基础课件.ppt

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1、第2章金属塑性变形概述2.1金属的晶体结构2.2三种常见的晶格2.3实际金属的晶体结构：2.4单晶体的弹性变形和塑性变形2.5多晶体的塑性变形2.6塑性变形对金属组织和性能的影响2.1金属的晶体结构一切固态物质按其原子（或分子）的聚集状态可分为两大类：晶体和非晶体。晶体和非晶体:所谓晶体，系原子（或分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的固体，而非晶体就不具备这一特点，这是两者的根本区别。所有固态金属和合金都是晶体。金属原子间的结合形式：金属内原子间的作用力：图2．1金属键的模型图2．2双原子作用模型金属内原子间的作用力：金属内原子都处在异号电荷的吸引力和同号电荷的排斥力的作用下。一种

2、是相互吸引作用，它来自金属正离子与周围电子气之间的静电吸引力，它促使原子彼此接近；另一种是相互排斥作用，它来自正离子与正离子之间和电子与电子之间的静电排斥力，它促使原子彼此离开。当原子间距离过大时，吸引力大于排斥力，原子互相吸引，自动靠近；当原子间距离过近时，排斥力大于吸引力，原子便互相排斥，自动离开。当原子间时，吸引力和排斥力恰好相等，原子既不会自动靠近，也不会自动离开，恰好处于平衡位置。几个概念：晶体:原子按一定的几何规律在空间作周期性排列.晶格:通过直线把晶体内各原子中心联结起来，构成一空间格子，即假想处于平衡状态的各原子都位于该空间格子的各结点上。这种描述原子排列形式的空间格子，

3、简称晶格。图晶格晶胞：晶格中能反映晶格特征的最基本的几何单元，称为晶胞。晶胞的各边尺寸a、b、c，即原子间距离，称为晶格常数（或点阵常数）。单位为埃（厘米）。各种晶体的主要差别，就在于晶格形式和晶格常数的不同。晶面：晶体中，由原子组成的平面晶向：晶体中，由原子组成的直线2．2三种常见的晶格如上述，晶格是由一些最基本的几何单元晶胞堆砌而成。工业上使用的几十种金属中，最常见的金属晶格结构有下面三种：面心立方:AlNiCuγ-Fe体心立方:CrVMoWα-Feβ-Ti密排六方:ZnMgBeα-Ti等面心立方:AlNiCuγ-Fe体心立方:CrVMoWα-Feβ-Ti密排六方:ZnMgBeα-T

4、i等c/a=1.57-1.642．3实际金属的晶体结构：晶体分为单晶体和多晶体：单晶体：单晶体是一块以原子或原子团为单位沿着空间的前后、左右、上下三个方向整整齐齐地堆垛成的固体。（可以在实验室生成）晶粒：由许多位向基本一致的晶胞组成，类似单晶体，称为晶粒或小晶体。（晶粒在显微镜下可以看到）多晶体：多晶体则是由许多取向不同的晶粒组成的一块固体，多晶体中的每一个晶粒内部都有严格的周期性，但是晶粒之间没有周期性的联系。晶界:就是相邻晶粒的边界,它是两个位向不同晶粒之间的过渡区.金属的结构：工业用金属是在凝固时产生大量的结晶核心，然后晶核长大，完成的结晶过程，它们由许多尺寸很小、位向不同的小晶体

5、或晶粒组成，是多晶体。晶体由于内在结构不同而表现出：单晶体的各向异性：由于单晶体在于不同的晶面晶向上，原子排列不同，原子的密度和原子间的结合力大小不同，因而引起机械、物理、化学性能的差异。多晶体的各向同性：由于多晶体是由许多不同位向的晶粒组成，晶粒的各向异性被互相抵消，因而多晶体一般不显示方向性，称之为各向同性。实际金属晶体中存在的各种缺陷：在实际金属的晶体中，原子并非固定不动，而是以晶格结点——平衡位置为中心不停地作热振动，原子的规则排列由于种种原因受到干扰和破坏，存在着一系列的缺陷。常见的缺陷：点缺陷：包括空位、间隙原子、异质原子。刃型位错线缺陷：：长度范围内存在晶体的微观缺陷。螺型

6、位错混合型位错（螺型+刃型）面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体外表面和内表面的缺陷。晶体的面缺陷包括晶体外表面和内表面的缺陷:晶体外表面原子缺陷所处的环境与晶体内部的原子不同，原子只有一侧被内层原子包围，另一例则暴露在其他介质中。因此，表面原子所受的作用力不是均匀对称的，它们就会偏离平衡位置，处于能量较高的畸变状态。晶体内表面的缺陷主要有晶界、亚晶界等。晶界对金属的机械、物理及化学性能以及晶体内部的转变都有重要的影响。2.4单晶体的弹性变形和塑性变形弹、塑性变形：物体在外力的作用下，会发生形状和尺寸的改变，称为变形。外力除去后能恢复原状的变形，称为弹性变形；外力除去后不能恢复原状的变形，称为塑

7、性变形。弹塑性物质：金属和合金在外力的作用下既能产生弹性变形，也能产生塑性变形。单晶体发生弹性变形的原因：当晶体在拉应力的作用下，使原子离开了原来的平衡位置，原子间距离增大，产生了拉伸变形。这时由于原子间距离增大，原子间的排斥力便减小，原子间的吸引力必将增大，超过排斥力的吸引力和拉应力平衡。外力除去，新的平衡消失，原子便回到原来的平衡位置，晶体恢复原状。同样，晶体在压应力的作用下，原子间距离缩短，排斥力大于吸引力，与压力建立新的平衡