金属塑性成形原理第二章金属塑性变形的物理基础第一节冷态下的塑性变形课件.ppt

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1、第二章金属塑性变形的物理基础固体分晶体和非晶体，而晶体又分为单晶体和多晶体。什么是单晶体？什么是多晶体呢？单晶体是整个晶体内原子都按周期性的规则排列。多晶体是指在晶体内每个局域内原子按周期性的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同，因此多晶体也可以看成是由许多取向不同的小单晶体（又称晶粒）组成的。单晶：食盐，氯化钠（NaCl），雪花、天然水晶，单晶冰糖等。多晶：金属、陨石、石头、陶瓷等。一、塑性变形机理多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶界，因此，多晶体的塑性变形包括内部变形和晶界变形两种。（一）晶内变

2、形塑性变形的形式：滑移和孪生。金属常以滑移方式发生塑性变形。1.滑移滑移是指晶体的一部分在力的作用下沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面，原子间距小，原子间结合力最强；而其晶面间的距离则较大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑

3、移系三种典型金属晶格的滑移系滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格,体心立方晶格好于密排六方晶格。滑移系的存在只能说明金属晶体产生滑移的可能。要使滑移发生，需要沿滑移面的滑移方向上作用一定大小的切应力，称临界切应力。当晶体受力时，由于各个滑移系相对于外力的空间位向不同，其上所作用的切应力分量的大小也必然不同。当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45°角时，滑移方向上切应力最大，因而最容易发生滑移。这种取向成为软取向。当取向因子为零或接近于

4、零的取向成为硬取向。各晶粒取向不同，塑性变形必然不可能在所有晶粒内同时发生。滑移的同时伴随着晶体的转动转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。多脚虫的爬行滑移的机理把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大3-4个数量级。滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。刃位错的运动2.孪生孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部

5、分所发生的切变。与滑移相比：孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多,变形速度极快,接近声速;孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.（二）晶间变形晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生切应力，足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发生相对滑动。相邻晶粒间有力的相互作用，可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用。二、塑性变形特点1.各晶粒变形的不同时性当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错

6、的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高2.晶粒变形的相互协调性由于多晶体中的每个晶粒都是处于其他晶粒的包围之中，他们的变形不是孤立和任意的，而是需要相互协调配合，否则无法保持晶粒之间的连续性。3.晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形不均匀性。合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种.合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.珠光体奥氏体三、合金的塑性变形（一）单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固

7、溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高.Cu-Ni合金成分与性能关系屈服效应屈服效应在金属外观上的反映，就是当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗糙不平、变形不均的痕迹，称吕德斯带。塑性变形对组织和性能的影响（一）塑性变形对组织结构的影响金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很

8、大时，晶粒将被拉长为纤维状（纤维组织）。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%冷变形纯铝中的位错网(a)正火态(c)变形80%(b)变形40%塑性变形对金属组织的影响晶粒拉长，纤维组织→各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）变形10%100×变形4