第六章金属的塑性变形

58第六章金属的塑性变形§6-1金属的塑性变形单晶体的塑性变形——滑移和孪生单晶体变形的基本形式——弹性变形、滑移和孪生塑性变形的实质——原子移动到新的稳定位置。一、滑移____在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。拉伸时，45°方向的滑移面上的外力P分解为正应力σ和切应力τ。1.正应力使晶格发生弹性伸长或断裂：σ较小时，σ↓或↑→伸长量↓或↑，σ→0，变形恢复；σ＞原子间结合力时，拉断。2.切应力使晶格发生弹性歪扭或塑性变形：τ＜临界切应力τc时，τ↓→变形量↓，τ→0，变形恢复；τ＞τc时，发生滑移，产生永久塑性变形。59滑移的实现——借助于位错运动（见下图）位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面→一个原子间距的滑移台阶→塑性变形滑移线（晶体表面的滑移台阶）→滑移带（大量滑移线）滑移系——滑移面和该面上的一个滑移方向滑移系数目和滑移方向↑→材料塑性↑；FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。滑移时晶体的转动外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴。以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向。二．孪生_____在切应力作用下，晶体的一切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，产生塑性变形。1.金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。2.孪生带或孪晶——发生孪生的部分（切变部分）60三、多晶体的塑性变形1．影响多晶体塑性变形的因素晶粒位向——晶粒位向不同，滑移时相互制约、阻碍，使形抗力增加。晶界：⑴晶界原子排列较不规则，缺陷多→滑移阻力大，变形抗力大。⑵协调变形——晶界自身变形，使不同变形量的相邻晶粒保持连续。2．细晶强化——晶粒细化→强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提高。⑴晶粒小→晶界面积大→变形抗力大→强度大⑵晶粒小→晶界附近位错密度小→应力集中小→滑移由这晶粒到另外一个晶粒机会少→变形困难→屈服强度↑⑶晶粒小→单位体积晶粒多→变形分散→减少应力集中→塑性高⑷晶粒小→晶界多→不利于裂纹的传播→断裂前承受较大的塑性变形3．多晶体的塑性变形过程⑴加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，那些受最大分切应力位向的晶粒处于软位向。⑵分批，逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒§6-2塑性变形对金属组织和性能的影响一、纤维组织晶粒拉长，纤维组织→各同异性二、加工硬化（形变硬化、冷作硬化）1.加工硬化——金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。2.加工硬化的原因塑性变形→位错运动→位错大量增殖→位错相互作用→位错运动阻力加大→变形抗力↑→弹度、硬度↑、塑性、韧性↓613.加工硬化的意义⑴提高强度，过载能力和使用安全性。⑵使塑性变形均匀，冷加工成形得以顺利进行。⑶降低塑性，提高塑性材料的切削性能。⑷增加塑性变形难度，需中间退火来消除加工硬化，以便进一步变形。三、织构（择优取向）变形度足够大时，绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致。织构使各种性能出现各向异性。四、残余内应力——平衡于金属内部的应力，由金属内部不均匀变形引起。第一类内应力——宏观内应力，表面和心部塑性变形不均。第二类内应力——微观内应力，晶粒间或晶内不同区域变形不均。第三类内应力——晶格缺陷引起的畸变应力，形变强化的主要原因。残余内应力的危害1.引起零件加工过程变形、开裂。2.降低耐蚀性残余内应力的消除或降低方法——去应力退火§6-3变形金属在加热时组织和性能的变化一、回复——低温（去应力）退火加热物理、化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低。二、再结晶1.再结晶——新的形核、长大过程，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。加工硬化消除——强度、硬度大大下降，塑性、韧性回升。再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺2.再结晶温度——冷变形金属发生再结晶的最低稳定温度纯金属：TR=（0.4～0.35）Tm(K)合金：TR=（0.5～0.7）Tm(K)623.影响再结晶晶粒度的因素加热温度T↑和加热时间t↑→晶粒直径D↑（晶界迁移、长大）预变形度↑（变形较均匀）→晶粒直径D↓均匀变形到均匀变形。§6-4金属的热加工一、热加工的概念——在TR以上温度进行的变形加工，无加工硬化。二、热加工对金属组织和性能的影响1.消除枝晶偏析，打碎柱状晶，树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2.压合铸件在的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。3.产生流线分布——非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。