第5章 金属的塑性变形与再结晶优秀PPT.ppt

第5章 金属的塑性变形与再结晶现在学习的是第1页，共25页金属的塑性加工金属的塑性加工图图 压力加工方法压力加工方法现在学习的是第2页，共25页基本概念基本概念滑移滑移(slip)：滑移系滑移系(slip system)：孪生孪生(twin)：丝织构和板织构：丝织构和板织构：加工硬化加工硬化(work hardening)：临界变形度临界变形度(critical degree of deformation)：回复回复(reversion)：再结晶再结晶(recrystallization)：二次再结晶：二次再结晶：热加工热加工(hot work)：冷加工冷加工(cold work)：现在学习的是第3页，共25页第一节第一节 金属的塑性变形金属的塑性变形(plastic deformation)1.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形(1)滑移滑移滑移：滑移：晶体在切应力的作用下，晶体的一部分相对于晶体在切应力的作用下，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）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。发生相对的滑动。图图 位错运动造成的滑移位错运动造成的滑移现在学习的是第4页，共25页现在学习的是第5页，共25页正应力作用使晶格发生正应力作用使晶格发生弹性伸长弹性伸长切应力作用使晶格发生切应力作用使晶格发生滑移，塑性变形滑移，塑性变形伸长量伸长量，OO，变形恢复；，变形恢复；伸长量伸长量，原子间结合力时，拉断。原子间结合力时，拉断。正应力正应力只能使晶体产生弹性变形和断裂，只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。不能使晶体产生塑性变形。滑移的特点：滑移的特点：滑移只能在切应力作滑移只能在切应力作用下才会发生用下才会发生现在学习的是第6页，共25页滑移的特点：滑移的特点：滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是在这个方向上的原子间距的因此晶体发生的总变形量一定是在这个方向上的原子间距的整数倍。整数倍。滑移总是沿着晶体中的密排面和密排方向进行，这滑移总是沿着晶体中的密排面和密排方向进行，这是由于密排面之间、密排方向之间的间距最大，结合是由于密排面之间、密排方向之间的间距最大，结合力最小。力最小。现在学习的是第7页，共25页滑移系数目滑移系数目，材料塑性，材料塑性；滑移系相同，滑移方向滑移系相同，滑移方向，材料塑性，材料塑性。滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。成一个滑移系。如如FCCFCC和和BCCBCC的滑移系为的滑移系为1212个，个，HCPHCP为为3 3个，个，FCCFCC的滑移方向多于的滑移方向多于BCCBCC，金属塑性如，金属塑性如CuCu（FCCFCC）FeFe（BCCBCC）ZnZn（HCPHCP）现在学习的是第8页，共25页滑移方向的转动滑移方向的转动滑移的特点：滑移的特点：滑移时晶体伴随有转动滑移时晶体伴随有转动滑移面的转动滑移面的转动现在学习的是第9页，共25页例例：在在图图所所示示的的晶晶面面，晶晶向向中中，哪哪些些是是滑滑移移面面？哪哪些是滑移方向？问图中情况能否构成滑移系？些是滑移方向？问图中情况能否构成滑移系？滑移面滑移面(b)(d)滑移方向滑移方向(a)(b)(d)滑移系滑移系(b)现在学习的是第10页，共25页(2)孪生孪生孪生：在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分孪生：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沿一定晶面(孪生面孪生面)和晶向和晶向(孪生方向孪生方向)发生切变的变发生切变的变形过程。形过程。孪晶：发生切变、位向改变的这一部分晶体。孪晶：发生切变、位向改变的这一部分晶体。图图 孪晶中的晶格位向变化孪晶中的晶格位向变化现在学习的是第11页，共25页2.2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形各晶体的位向不同。各晶体的位向不同。(1)金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。金属的强度就越大。晶界阻碍位错运动。晶界阻碍位错运动。细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好。细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好。(2)晶晶粒粒越越细细，金金属属的的变变形形越越分分散散，减减少少了了应应力力集集中中，推推迟迟裂裂纹纹的的形形成成和和发发展展，使使金金属属在在断断裂裂前前可可发发生生较较大大的的塑塑性性变变形形，因因此此使使金金属属的的塑塑性性提高。提高。(3)由由于于细细晶晶粒粒金金属属的的强强度度较较好好，内内部部缺缺陷陷也也较较少少，单单位位可可吸吸收冲击功变大，所以韧性也较好。收冲击功变大，所以韧性也较好。图图 多晶体的多晶体的塑性变形塑性变形现在学习的是第12页，共25页3.合金的塑性变形固溶体弥散的金属化合物（第二相）固溶体弥散的金属化合物（第二相）溶质原子溶质原子固溶体：形成固溶强化。固溶体：形成固溶强化。位错线位错线运动方向运动方向现在学习的是第13页，共25页塑性变形对金属组织结构的影响塑性变形对金属组织结构的影响4.4.4.4.金属塑性变形后组织和性能的影响金属塑性变形后组织和性能的影响金属塑性变形后组织和性能的影响金属塑性变形后组织和性能的影响纤维组织形成纤维组织形成图图 变形前后晶粒形状变化示意图变形前后晶粒形状变化示意图亚结构形成亚结构形成图图 变形后的亚结构变形后的亚结构形变织构形成形变织构形成图图 形变织构示意图形变织构示意图现在学习的是第14页，共25页塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高。塑性和韧性明显下降。金属的强度和硬度显著提高。塑性和韧性明显下降。塑性变形可以影响金属的物理化学性能。塑性变形可以影响金属的物理化学性能。由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，由于金属在发生塑性变形时，金属内部变形不均匀，位错、空位等晶体缺陷增多，金属内部会产生残余内位错、空位等晶体缺陷增多，金属内部会产生残余内应力。应力。由于纤维组织和由于纤维组织和形变织构的形成，形变织构的形成，使金属的性能产生使金属的性能产生各向异性。各向异性。图图 因织构造成深冲制品的制耳示意图因织构造成深冲制品的制耳示意图现在学习的是第15页，共25页残余应力残余应力(residual stress)：第一类：由于金属工件或材料各部分间的宏观变形不均匀第一类：由于金属工件或材料各部分间的宏观变形不均匀而引起的内应力。宏观内应力。而引起的内应力。宏观内应力。第二类：由于晶粒和亚晶粒之间的变形不均匀而引起的内应第二类：由于晶粒和亚晶粒之间的变形不均匀而引起的内应力。微观内应力。力。微观内应力。第三类：由于金属在塑性变形中产生大量晶体缺陷造成晶格第三类：由于金属在塑性变形中产生大量晶体缺陷造成晶格畸变。晶格畸变内应力。畸变。晶格畸变内应力。现在学习的是第16页，共25页第二节第二节第二节第二节 塑性变形后金属在加热时组织和性能的变化塑性变形后金属在加热时组织和性能的变化塑性变形后金属在加热时组织和性能的变化塑性变形后金属在加热时组织和性能的变化图图 变形金属加热时组织和性能变化示意图变形金属加热时组织和性能变化示意图塑性变形加热：塑性变形加热：温度升高，相继发生回复、再结晶和晶粒长大。温度升高，相继发生回复、再结晶和晶粒长大。现在学习的是第17页，共25页1.1.回复回复回复回复回复主要消除残余应力。回复主要消除残余应力。产生回复的温度：产生回复的温度：T回复回复=(0.250.3)T熔点熔点2.再结晶再结晶(1)再结晶过程及其对金属组织、性能的影响再结晶过程及其对金属组织、性能的影响再结晶：再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长、压扁或破碎的于原子扩散能力增大，被拉长、压扁或破碎的晶粒通过重新生核，长大变成新的、均匀细小晶粒通过重新生核，长大变成新的、均匀细小的等轴晶，称为再结晶。的等轴晶，称为再结晶。强度、硬度下降，塑性、韧性提高。强度、硬度下降，塑性、韧性提高。现在学习的是第18页，共25页(2)再结晶温度再结晶温度影响再结晶温度的因素分析：影响再结晶温度的因素分析：预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量。预先变形度：金属再结晶前塑性变形的相对变形量。预先变形度越大，金属最低再结晶温度就越低。当预先预先变形度越大，金属最低再结晶温度就越低。当预先变形度达到一定大小后，金属最低再结晶温度趋于某一变形度达到一定大小后，金属最低再结晶温度趋于某一稳定值。稳定值。金属的熔点：熔点金属的熔点：熔点、T再再。杂质和合金元素：杂质和合金元素提高再结晶温度。杂质和合金元素：杂质和合金元素提高再结晶温度。加热速度和保温时间：加热速度加热速度和保温时间：加热速度，T再再;保温时间保温时间，T再再。T再再=(0.350.4)T熔点熔点现在学习的是第19页，共25页(3)再结后晶粒的晶粒度再结后晶粒的晶粒度影响再结晶晶粒度的因素分析：影响再结晶晶粒度的因素分析：加热温度：温度加热温度：温度，晶粒大小，晶粒大小预变形度：见图预变形度：见图图图 预先变形度与再结预先变形度与再结 晶粒度的关系晶粒度的关系临界变形度：使晶粒发生异常临界变形度：使晶粒发生异常长大的变形度。长大的变形度。现在学习的是第20页，共25页3.3.晶粒长大晶粒长大晶粒长大晶粒长大二次再结晶二次再结晶金属的强度、硬度、塑性、韧性都显著降低。金属的强度、硬度、塑性、韧性都显著降低。图图 变形金属加热时组织和性能变化示意图变形金属加热时组织和性能变化示意图现在学习的是第21页，共25页第三节第三节 金属材料的热加工与冷加工金属材料的热加工与冷加工热加工：金属在再结晶温度以上的塑性变形加工。热加工：金属在再结晶温度以上的塑性变形加工。冷加工：金属在再结晶温度以下的塑性变形加工。冷加工：金属在再结晶温度以下的塑性变形加工。例例：已已知知金金属属钨钨，铅铅的的熔熔点点分分别别为为33803380和和327327，试试计计算算他他们们的的最最低低再再结结晶晶温温度度，并并分分析析钨钨在在900900加加工工，铅铅在在室温加工各为何种加工？室温加工各为何种加工？T再再=(0.350.4)T熔点熔点T钨再钨再=(0.350.4)(3380+273)=1278.51461.2K =1005.51188900 为冷加工为冷加工T铅再铅再=(0.350.4)(327+273)=210240K =-63-33室温室温 为热加工为热加工现在学习的是第22页，共25页1.金属的热加工及其对组织和性能的影响金属的热加工及其对组织和性能的影响(1)热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相分布等；明显提高金属的机械性改善夹杂物、第二相分布等；明显提高金属的机械性能，特别是塑性和韧性。能，特别是塑性和韧性。(2)热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒。并通过再结晶获得等轴细晶粒。图图 金属在热轧是变形和再结晶的示意图金属在热轧是变形和再结晶的示意图现在学习的是第23页，共25页(3)形成纤维组织形成纤维组织(a)锻造曲轴锻造曲轴图图 曲轴流线分布曲轴流线分布(b)切削加工曲轴切削加工曲轴2.金属的冷加工及其对组织和性能的影响金属的冷加工及其对组织和性能的影响产生加工硬化现象。产生加工硬化现象。现在学习的是第24页，共25页第第5 5章章 结束结束现在学习的是第25页，共25页