第三章 金属材料的塑性变形ppt课件.ppt

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1、工程材料基础（3）第三章材料的变形变形；弹性变形；塑性变形第一节单晶体和多晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形金属单晶体的塑性变形：滑移，孪生1、滑移：晶体中一部分相对于另一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）作整体切向滑移。（晶内滑移）塑性变形的滑移带和滑移线实验观察滑移带滑移线1.外力作用的塑变，是原子平面间发生相对切向滑动。2.变形只在少数晶面间发生切向滑动，即金属塑变相当不均匀依靠晶体整体滑移的塑性变形模型塑性变形依靠晶体整体滑移非常困难，因为其需要滑移面两侧晶体的原子间键合几乎全部同时断开。滑移面刃型位错运动使晶体滑移

2、引起塑性变形的模型位错运动使塑性变形容易参与变形的位错越多，变形越大。螺型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型混合型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型晶体的滑移塑性变形位错机制晶体的滑移塑性变形未变形弹性变形弹塑性变形塑性变形未变形弹性变形弹塑性变形塑性变形滑移面（面间结合力最小的晶面）实验观察结论：（1）通常晶体宏观塑性变形由微观滑移（切向变形）引起。（2）微观滑移发生在晶体中确定的晶面（滑移面）和确定的晶向（滑移方向）上（合称为滑移系）。滑移面（密排面）滑移面上的滑移方向（密排晶向）滑移塑性变形的特征:（1）滑移是位错的连续运动

3、所致。（2）存在滑移临界分切应力(其大小影响材料屈服强度),不同晶体结构临界分切应力不同。（3）原子移动的距离是晶格常数的整数倍，滑移后仍保持晶体结构的完整性。（3）滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上。（4）不同的晶体结构常具有不同的滑移系（面心和体心：12个；密排六方：3个），滑移系越多，越易塑性变形，塑性越好。密排六方结构滑移系示意图面心立方结构滑移系示意图研究结论：阻碍位错运动将提高材料屈服强度。体心立方结构滑移系示意图2、孪生：晶体中一部分相对于另一部分沿特定的晶面（孪生面）和晶向（孪生方向)产生一定角度的切变。ττττ孪晶

4、镜面对称孪生的发生：晶体结构；变形温度；变形速度二、多晶体塑性变形特点（众多晶粒+晶界）1、晶粒取向的影响使微观塑性变形不均匀和更复杂。FF晶粒之间塑性变形不均匀（1）取向不同，滑移所需分τ不同：硬取向，软取向（2）各晶粒都满足τ临界后，每晶粒各自沿自己滑移系滑移，又要保持金属结构的连续性。－－相互协调相同外力，多晶体比单晶体塑变量小，变形抗力大2、晶界的影响（1）阻碍位错滑移故细化晶粒提高强度：бs=б0+kd-1/2。晶界滑移面位错纯铁（2）使微观塑性变形更为均匀，推迟断裂发生，改善材料塑性、韧性。原因：在一定τ作用下，当总的变形

5、量一定时，晶粒细，位错可在更多的晶粒中运动→塑变更均匀→不易应力集中→↑强度，↑塑韧性三.合金的塑性变形不易变形的第二相数量多，粒径小，阻碍位错作用强易变性的第二相数量多，粒径大，阻碍位错作用强第二相强化，沉淀强化，析出强化第二节金属的形变强化一、形变强化（加工硬化）1、冷变形（冷加工）后晶体内部组织的变化（1）晶粒碎化，点缺陷、位错密度增大。内部能量增大（储存了部分形变能）。变形金属中位错胞位错密集区（2）变形量很大时，晶粒拉长，出现纤维组织，晶粒转动形成织构（择优取向），产生各向异性。等轴晶沿变形方向晶粒拉长变形前变形后塑性变形量

6、很大时会使各个晶粒的取向基本一致而产生“织构”并造成各向异性。织构：晶粒空间取向趋于一致的组织状态。2、冷变形（冷加工）后晶体性能的变化产生形变强化，电阻率上升，耐蚀性下降。形变强化：随塑性变形量的增大，晶体材料的强度不断提高，塑性不断下降的现象。原因：位错缠结，阻碍位错运动，软取向→硬取向。σsσbHBδ塑性变形量塑性变形对30号钢力学性能的影响性能指标形变强化广泛应用于工业中古代现代3、形变后的残余应力（分三类残余应力）。（1）宏观残余应力（第一类残余应力）因材料各部分之间塑性变形不均而产生。心部变形大摩擦力使表层变形小拔丝模具金

7、属材料拉拔力金属拔丝示意图金属拔丝变形后残余应力金属弯曲变形后残余应力（2）微观残余应力（第二类残余应力）因晶粒之间塑性变形不均而产生。（3）晶格畸变残余应力（第三类残余应力）因晶粒内部位错等造成晶格畸变而产生。晶粒之间塑性变形不均匀产生第二类残余应力变形金属晶粒中位错胞产生第三类残余应力高应力区l残余应力危害：减低工件承载能力；使工件尺寸、形状变化；降低工件耐蚀性。残余拉应力拉应力拉应力表层残余压应力拉应力拉应力残余拉应力与外加应力叠加残余压应力抵消部分外加应力l残余应力利用：表面压应力提高疲劳强度。4各向异性力学性能，物理性能5物

8、理化学变化密度，电阻，耐腐蚀性冷变形提高承载能力，获得尺寸精度和表面质量冷变形工序间需要热处理消除加工硬化（储存能）第三节冷变形金属在加热时的变化一、回复、再结晶与晶粒长大冷变形金属在加热时经历三个变化阶段：加热时组织变