第4章金属的塑性变形课件.ppt

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1、金属力学性能第4章金属的塑性变形1本章内容4.1塑性变形概述4.2塑性变形的方式和特点4.3物理屈服现象4.4应变时效现象及其控制4.5应力状态对塑性变形的影响24.1塑性变形概述定义:外载荷卸去后,不能恢复的变形塑性变形是材料基本力学行为之一脆性材料,甚至陶瓷材料,在裂纹尖端都能发现塑性变形痕迹塑性变形是成形方式之一。易拉罐的成形塑性变形是零件失效前的基本过程,是影响材料断裂行为的关键之一塑性变形可以引起材料内组织和材料性能的变化,如加工硬化;纳米材料制备。34.2塑性变形的方式和特点塑性:材料受力,应力超过屈服点后,仍能继续变形而不发生断裂的性质。“δ

2、”伸长率,“ψ”断面收缩率。δ%≥100%,常称为超塑性。塑性变形的方式及特点方式:金属以什么样的途径实现永久不可恢复的变形;这些途径与金属的内部显微组织的关系。宏观上的可见变形通过什么样的微观过程实现?4塑性变形的方式包括:位错滑移:最主要的变形机制;孪生:重要的变形机制,一般发生在低温形变或快速形变时;晶界滑动和扩散性蠕变:只在高温时才起作用;扭折(形变带):滑移和孪生都不能进行的情况下才起作用。5(1)位错滑移宏观现象1)单晶材料(右图)2)多晶材料,如光滑低碳钢样品,拉伸后产生45度平行线结论塑性变形是一个切变过程;原子层之间发生相对位移,作用力是

3、切应力6根据上述结论,两个原子层之间的滑动是金属产生塑性变形的方式,所需要的切应力大小是多少?ab7上述计算的0.1G,与试验的0.0001~0.00001G相差几个数量级!以纯铝为例,G大约27GPa,上述计算得到的最大切应力约0.1G~2700MPa试验表明,纯铝的屈服强度小于50MPa,相差~100倍原因何在?位错的引入。金属实际临界切应力(kg/mm2)切变模量G(kg/mm2)理论临界切应力G/2π(kg/mm2)Al0.06-0.122700430Cu0.101620730Ni0.5878001240Fe2.9069001100Mg0.0817

4、70280Zn0.0937806008按照该模型计算出的位错运动阻力是:派-纳力9滑移面:原子最密排面;滑移方向:原子最密排方向。滑移系:滑移面和滑移向的组合。滑移系越多,材料的塑性越好。晶体结构的影响较大,fcc>bcc>hcp10常见的金属滑移面与滑移滑移方向晶体结构滑移面滑移方向滑移系数目面心立方{111}<110>12体心立方{110}{112}{123}<111>12密排六方{0001}<1120>311宏观变形量的计算12应变速率与位错密度、位错运动速率的关系金属材料塑性变形的应变速率与位错密度、位错运动速率及柏氏矢量成正比,即:=bρυ.位错

5、增值,ρ↑,↑ 提高外应力τ,υ↑,↑晶体结构变化,b↑,↑13(2)孪生孪晶:外形对称,好象由两个相同晶体对接起来的晶体;内部原子排列呈镜面对称于结合面。孪晶可分为自然孪晶和形变孪晶。举例:纳米铜中的生长孪晶14孪生的特点:比滑移困难;时间很短;变形量很小;孪晶层在试样中仅为狭窄的一层,不一定贯穿整个试样。孪生与滑移的交互作用,可促进金属塑性变形的发展。孪生靠不全位错的运动来实现15孪生与滑移的比较滑移变形的分布是不均匀的,集中分布在滑移带内,滑移带内的金属变形很大,而滑移带之间的金属变形很小;而孪生变形区域材料发生整体的切变变形,是均匀的,如图.孪生变

6、形临界应力比滑移大,如:Mg,孪生变形临界分切应力5MPa,而滑移变形临界分切应力0.5MPa金属滑移系较少情况下,如hcp结构金属,往往通过孪生方式进行变形16(3)扭折(形变带)位错滑移和孪生难以进行的情况下由晶体点阵畸变而使晶体表面出现的弯曲区域,由于该区域贯穿整个试样截面并成带状,所以称为形变带。相邻滑移带的交互作用。多个滑移系同时动作,正常的滑移不能进行,所以产生点阵弯曲,形成形变带。17(4)三种变形机制的比较滑移相邻部分滑动,变形前后晶体内部原子的排列不发生变化。孪生变形部分相对未变形部分发生了取向变化。扭折(形变带)晶体点阵畸变。182、塑

7、性变形的特点各晶粒变形不同时性和不均匀性(晶粒取向不同,用下式表示)滑移的临界分切应力τ=(P/A)cosφcosλφ—外应力与滑移面法线夹角;λ—外应力与滑移向的夹角;Ω=cosφcosλ称为取向因子。因为各晶粒的取向不同,cosφcosλ不同对于具体材料,还存在母相和第二相的种类、数量、尺寸、形态、分布的影响。晶粒取向:影响滑移先后。φλτ有利取向和不利取向19(2)变形的相互协调性 多晶体作为一个整体,不允许晶粒仅在一个滑移系中变形,否则将造成晶界开裂。 五个独立的滑移系开动,才能确保产生任何方向不受约束的塑性变形。(3)塑性变形后金属的晶格发生点阵

8、畸变,储存能量,产生内应力。第一、第二内应力。弹性应变产生内应力(

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