第3章 金属材料塑性变形

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1、第3章金属材料的塑性变形3.1单晶体和多晶体的塑性变形3.2金属的形变强化3.3塑性变形金属在加热时组织和性能的变化3.4塑性加工性能及影响因素思考题3.1单晶体和多晶体的塑性变形3.1.1单晶体的塑性变形单晶体变形的基本形式——弹性变形、塑性变形（滑移和孪生）正应力使晶格发生弹性变形或断裂切应力使晶格发生弹性歪扭或塑性变形塑性变形的实质——原子移动到新的稳定位置滑移：在切应力作用下，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）发生滑动。滑移的实现——借助于位错运动动画：单晶体在切应力作用下的滑移变形孪

2、生在切应力作用下，晶体的一部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。黄铜中的孪晶3.1.2多晶体的塑性变形晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。晶粒小→晶界多→变形抗力大→强度，硬度↑（细晶强化）晶粒小→变形分散，应力集中小→塑性↑，韧性↑3.2金属的形变强化3.2.1形变强化——强化材料的手段之一金属在冷变形时，强度、硬度↑，塑性、韧性↓。加工硬化的原因塑性变形→位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大→变形抗力↑3.2.2塑性变形后金属的组织结构变化(1)晶粒拉长，纤维组织→各向

3、异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）变形10%100×变形40%100×变形80%纤维组织100×工业纯铁不同变形度的显微组织（2）织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现织构。（3）残余内应力——由金属内部不均匀变形引起残余内应力的危害:1.降低工件的承载能力2.使工件尺寸性状发生变化引起零件加工过程变形、开裂。3.耐蚀性↓转变温度对共析钢硬度和韧性的影响按转变温度的高低，转变产物分别是：P、S、T，上B、下B、M，其硬度依次增加。3.3塑性变形金属在加热时组织和性能的变

4、化1．回复2．再结晶3．晶粒长大1.回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火）：位错和点缺陷大大↓，内应力显著↓，强度、硬度略有↓。回复温度=（0.25~0.3）T02.再结晶最低再结晶温度TR纯金属TR=（0.4~0.35）T0合金TR=（0.5~0.7）T0温度单位：绝对温度(K)预变形度对TR的影响塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）：过重新形核、长大，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↓，塑性、韧性大大↑。再结晶后的晶粒度加热温度T↑→晶粒直径D↑预变形度的影

5、响3.晶粒长大加热温度T和加热时间t↑晶界迁移、晶粒合并长大。晶粒长大示意图变形80%工业纯铁　再结晶退火显微照片100×变形80%600℃退火8小时变形80%400℃退火8小时3.4塑性加工性能及影响因素1．热加工对组织和性能的影响2．冷加工对组织和性能的影响1．热加工对组织和性能的影响热加工——在TR以上温度进行的变形加工，如钢材的热锻和热轧。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工对组织和性能的影响1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和

6、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。锻造曲轴切削加工曲轴２．冷加工对组织和性能的影响冷加工——在TR以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。冷加工时，无再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，如产生加工硬化等。3.4塑性加工性能及影响因素金属的本质1）化学成分影响2）金属组织影响2.加工条件1）变形温度的影响2）变形速度的影响3）应力状态影响小结重点要求1.A等温冷却曲线，转变温度与转变产物的组织形态、性能间的关系。2.A连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对组织和性能的影响。3.四种常规热

7、处理的目的、工艺特点及应用。一般要求1.A晶粒长大的影响因素及控制方法。2.非共析钢C曲线的特点；淬透性的概念。3.钢的表面淬火；化学热处理。小结重点要求一般要求1.金属在冷加工时组织和性能的变化。2.金属再结晶时组织和性能的变化。3.加工硬化、细晶强化的概念。1.塑性变形的本质和滑移机理。2.热加工对金属组织和性能的影响。思考题3-1碳钢在锻造温度内变形时，是否会有形变强化现象？3-2分析形变强化现象的利弊，如何利用或消除形变强化？3-3纤维组织是如何形成的?对材料的力学性能有何影响？应如何利用？