金属材料概论第四章ppt课件.ppt

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1、学习内容：第一节金属的塑性变形第二节金属的冷塑性变形第三节金属的热加工第四节金属强化理论简介第四章材料的变形断裂与强化机制第一节材料的塑性变形一、单晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形在工业生产中,许多金属零件都要经过压力加工——金属就会发生塑性变形第一节材料的塑性变形塑性变形：锻造、轧制、拉丝、挤压、冲压实质：原子相对移动达到新的稳定位置！金属在外力作用下，发生不能自行恢复其原形和尺寸的变形←永久变形塑性变形不仅使金属获得所需的外形和尺寸，更重要的是能改变金属的组织和性能——如结晶晶粒的大小、组织的均匀性

2、及其对金属性能的改善认识：工程上也常常要求消除塑性变形给金属造成的不良影响——需在加工过程中或加工后对金属进行加热，发生再结晶，恢复塑性变形以前的性能★★譬如：加工硬化—在塑性变形中，随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化，产生金属的强度、硬度↑，而塑性、韧性↓的现象。不良后果：当金属冷加工到一定程度后，变形抗力就会增加，进一步的变形就必须加大设备功率，↑动力消耗；而且加工硬化后的金属塑性↓↓，继续变形会导致开裂！一、单晶体的塑性变形常温和低温条件下主要变形方式：滑移和孪生在切应力作用下晶

3、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的结果，这种变形方式称为滑移变形前后晶体结构不发生变化！产生滑移的晶面—滑移面（原子排列密度最大的晶面）产生滑移的方向—滑移方向（沿着原子密度最大的方向，即原子间距最小的方向）？1、滑移滑移面：晶体的一部分沿着一定的晶面相对于另一部分的相对滑动，该晶面为滑移面滑移方向：晶体在滑移面上的滑动方向∵在晶体的原子密度最大的晶面上，原子间的结合力最强，而面与面之间的距离却最大→密排晶面之间的原子间结合力最弱，滑移的阻力最小；沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力也最小

4、！∴最易于滑移原因:(a)单晶体金属原子排列规则；(b)当切应力较小时，晶体内原子间距发生微小变化，原子稍偏离平衡位置，处于不稳定状态—弹性变形；(c)当外力增大，原子沿着某一些晶面滑移;(d)达到新的平衡位置—塑性变形2、滑移过程示意图：滑移带：许多密集在一起的相互平行的滑移线组成滑移带—在晶体表面上呈不均匀阶梯状分布滑移系：一个滑移面和此面上一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。滑移线滑移带5-50nm7-120nm滑移带和滑移线示意图滑移线实际上是在塑性变形后在晶体表面产生的一个个台阶！注意：※当滑

5、移的晶面逸出晶体表面时，在滑移晶面与晶体表面的相交处—形成滑移台阶—一个滑移台阶就是一条滑移线；※每一条滑移线所对应的台阶高度—标志着某一滑移面的滑移量；※滑移线与滑移带的排列不是随意的—互相平行或呈一定角度；滑移线滑移带5-50nm7-120nm（100个原子间距）（1000个原子间距）※滑移总是沿着晶体中原子排列最紧密的晶面和晶向发生※滑移系表示金属晶体在发生滑移时可能采取的空间位向—其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越↑，滑移过程中可能采取的空间取向越↑—金属的塑性也越↑滑移方向的作用更大！金属的塑

6、性比较：fcc>bcc>hcp铝、铜比-Fe的塑性更好的原因实际上金属塑性的好坏不只取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目等因素有关！滑移方向滑移面滑移系2<111>{110}643{111}<110>凡满足此条件的晶向均可构成滑移系！补充说明:面心立方结构{111}面和<110>方向组成滑移系：晶面（hkl）与晶向[uvw]平行的条件：∵-Fe(bcc),滑移方向少于铝、铜(fcc)；-Fe滑移面上的原子密排程度低于铝、铜。∴-Fe的滑移面间距离较小，原子间结合力较大，必

7、须在较大的应力作用下才能开始滑移∴-Fe(bcc)的塑性要比铝、铜(fcc)差些！原因解释3、滑移的临界切应力滑移是如何进行的？滑移是在切应力作用下发生的！—晶体中的某个滑移系是否发生滑移，决定于力在滑移面内沿滑移方向上的分切应力大小！—当切应力达到某一临界值时，滑移才能开始→临界切应力τk（使滑移系开动的最小切应力）设有一圆柱形单晶受到轴向拉力F的作用：截面积为A；F与滑移方向的夹角为λ；F与滑移面法线的夹角为φ；滑移面的面积应为A/cosφ；F在滑移方向上的分力为FcosλF在滑移方向的分切应力τ：

8、当增加F，使某一滑移系上的分切应力达到某一临界值→F/A=σs——滑移就会在该滑移系上进行！滑移方向λφ取向因子∴通常将给定滑移系上开始滑移所需的分切应力称为“临界分切应力”滑移方向λφ讨论：1.当滑移面的法线、滑移方向和外力轴三者处于同一平面，且滑移面的倾斜角为450=取向因子具有最大值0.5→分切应力τ最大→它是具有最有利的滑移取向—软取向→晶体产生塑性变形的屈服极限σs最小—在最小的拉应力作用下，就能达到发生滑移所需要的