2019年 工程材料 第四章 材料的变形断裂与强化机制ppt课件.ppt

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1、第四章材料的变形断裂与强化机制§4.1材料的塑性变形§4.2金属的冷塑性变形§4.3金属的热塑性变形§4.4金属强化理论简介纳米铜的室温超塑性第四章材料的变形断裂与强化机制第四章材料的变形断裂与强化机制◆优良的塑性--金属最重要的特性◆塑性变形的作用：1）成形（外观尺寸）；2）内部组织、结构改变；3）性能改变。◆为消除塑性变形可能造成的不良影响，必须在加工过程中及加工后加热。黄铜弹壳成形过程flash演示金属压力加工方法塑性加工方法示意图§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形--滑移和孪

2、生滑移：在切应力的作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对滑动。滑移面§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形--滑移和孪生§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形--滑移和孪生§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形位错滑移flash演示1位错滑移flash演示2滑移时晶体的转动一、单晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形滑移变形具有以下特点：（1）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。一个滑移面和该面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系

3、。（滑移阻力最小原则）§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形（2）滑移只能在切应力的作用下发生。k实际<<k理论？§4.1材料的塑性变形例：Cuk理论=1500MPak实际=1MPa一、单晶体的塑性变形滑移并非原子的刚性滑动！（3）滑移是通过位错的运动来实现的。微观上的位错运动与宏观上的塑性变形是一对因果关系；变形会产生位错，并且温度起作用。§4.1材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形过程：与单晶体基本一样，以滑移为主。但要考虑：（1）晶粒本身大小；（2）晶粒相

4、互位向不同（有角度）；（3）晶粒之间受晶界影响及共同的影响。§4.1材料的塑性变形二、多晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形1.晶界在变形中的作用--竹节现象--“阻碍”--晶界强化晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：①按Hall-Petch公式，晶粒小，大；②晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。因此，细晶强化是最佳强化方法,是一切强化的基础。二、多晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形2.晶粒大小对塑性变形的

5、影响--细晶强化Hall-Petch公式：例：日本采用高温多轴加工法，在500~750℃压轧钢材，使其强度比现有钢材高一倍，其晶粒数为100亿个/mm3，在74kgf/mm2作用下也不会变形。因此，号称“超级钢”。二、多晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形多晶体的塑性变形总结：（1）与单晶体塑变的异同：同：都主要依靠滑移;异：存在不同时性，需相互协调。（2）塑变过程：软取向的晶粒先滑移→晶界处位错塞积→产生应力集中→相邻晶粒滑移；滑移系数目多越有利塑变。（3）晶粒细化：强度↑，且塑韧性↑。二、多晶体的塑性变形§4.1材料的塑性变形§4.2金属的冷塑性变

6、形一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响（一）对金属组织结构的影响（二）对金属性能的影响二、冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化(一)回复(二)再结晶一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响1.显微组织的变化--纤维组织(一)对金属组织结构的影响§4.2金属的冷塑性变形一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响§4.2金属的冷塑性变形2.亚结构的细化--位错增殖§4.2金属的冷塑性变形一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响3.变形织构--择优取向，产生各向异性§4.2金属的冷塑性变形一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响板织构flash动画丝织构flash动画4.残

7、余应力--可导致材料变形、开裂和产生应力腐蚀第一类内应力（宏观内应力），由整个物体变形不均匀引起。第二类内应力（微观内应力），由晶粒变形不均匀引起。第三类内应力（点阵畸变），由位错、空位等引起。§4.2金属的冷塑性变形一、冷塑性变形对金属组织和性能的影响◆利：预应力处理，如提高疲劳极限。◆弊：引起变形、开裂，如黄铜弹壳腐蚀开裂。★消除:去应力退火。（二）对金属性能的影响1.对金属力学性能的影响--加工硬化（形变强化）在冷塑性变形过程中随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高，而塑性、韧性显著下降。原因一是位错越来越多，位错间距越来越小，晶格畸变增大

8、；二是位错交互作用加剧，位错运动的阻力增大，导致变形抗力增大。§4.2金属的冷塑性变形一、冷塑