金属材料概论第四章ppt课件.ppt

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1、采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在工业生产中在工业生产中, ,许多金属零件都要经过许多金属零件都要经过压力加工压力加工 金属就会发生塑性变形金属就会发生塑性变形塑性变形塑性变形：锻造、轧制、拉丝、锻造、轧制、拉丝、挤压、冲压挤压、

2、冲压实质实质：原子相对移动达到新的稳定位置！：原子相对移动达到新的稳定位置！金属在外力作用下，发生不能自行恢复其金属在外力作用下，发生不能自行恢复其原形和尺寸的变形原形和尺寸的变形 永久变形永久变形采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物塑性变形不仅使金属获得所需的塑性变形不仅使金属获得所需的外形和尺寸外形和尺寸，更重，更重要的是能要的是能改变金属的改变金属的组织和性能组织和性能 如结晶晶粒如结晶晶粒的大小、组织的均匀性及其对金属性能的改善的大小、组织的均匀性及其对金属性能的改善工程上也常常要求工程上

3、也常常要求消除塑性变形消除塑性变形给金属造成的不给金属造成的不良影响良影响 需在加工过程中或加工后对金属进行需在加工过程中或加工后对金属进行加热，发生再结晶加热，发生再结晶，恢复塑性变形以前的性能，恢复塑性变形以前的性能采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物譬如譬如：加工硬化加工硬化 在塑性变形中，随着金属内部组织的在塑性变形中，随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化，产生金变化，金属的机械性能将产生明显的变化，产生金属的属的强度、硬度强度、硬度，而，而塑性、韧性塑性、韧性的现象。的

4、现象。不良后果不良后果：当金属冷加工到一定程度后，变形抗力：当金属冷加工到一定程度后，变形抗力就会增加，进一步的变形就必须加大设备功率，就会增加，进一步的变形就必须加大设备功率，动力消耗；而且加工硬化后的金属塑性动力消耗；而且加工硬化后的金属塑性 ，继续，继续变形会导致开裂！变形会导致开裂！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物一、一、单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形常温和低温条件下主要变形方式：常温和低温条件下主要变形方式：滑移滑移和和孪生孪生在在切应力切应力作用下晶体的一部分相对于作用下晶体的一

5、部分相对于另一部分沿另一部分沿一定晶面和晶向一定晶面和晶向发生发生相对相对滑动滑动的结果，这种变形方式称为滑移的结果，这种变形方式称为滑移变形前后晶体结构不发生变化！变形前后晶体结构不发生变化！产生滑移的晶面产生滑移的晶面 滑移面滑移面（原子排列密度最大的晶面）（原子排列密度最大的晶面）产生滑移的方向产生滑移的方向 滑移方向滑移方向（沿着原子密度最大的方（沿着原子密度最大的方 向，即原子间距最小的方向）向，即原子间距最小的方向）？1 1、滑移、滑移采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物滑滑 移移 面

6、面：晶体的一部分沿着一定的晶面相对于另一：晶体的一部分沿着一定的晶面相对于另一 部分的相对滑动，该晶面为滑移面部分的相对滑动，该晶面为滑移面滑移方向滑移方向：晶体在滑移面上的滑动方向：晶体在滑移面上的滑动方向在晶体的在晶体的原子密度最大原子密度最大的晶面上，原子间的的晶面上，原子间的结合力最结合力最 强强，而面与面之间的，而面与面之间的距离却最大距离却最大 密排晶面之间的原密排晶面之间的原 子间子间结合力最弱结合力最弱，滑移的，滑移的阻力最小阻力最小；沿原子密度最大的；沿原子密度最大的 晶向滑动时，阻力也最小！晶向滑动时，阻力也最小！最易于滑移最易于滑移采用PP管及配件：根据给水设计图配置好P

7、P管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物(a)单晶体金属原子排列规则；单晶体金属原子排列规则；(b)当切应力较小时，晶体内原子间距发生微小变当切应力较小时，晶体内原子间距发生微小变 化，原子稍偏离平衡位置，处于不稳定状态化，原子稍偏离平衡位置，处于不稳定状态 弹性变形弹性变形；(c)当外力增大，原子沿着某一些晶面滑移当外力增大，原子沿着某一些晶面滑移;(d)达到新的平衡位置达到新的平衡位置 塑性变形塑性变形2 2、滑移过程示意图滑移过程示意图：采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证

8、切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物滑移带滑移带：许多密集在一起的相互平行的：许多密集在一起的相互平行的滑移线滑移线组成滑组成滑 移带移带 在晶体表面上呈在晶体表面上呈不均匀阶梯状不均匀阶梯状分布分布滑移系滑移系：一个滑移面和此面上一个滑移方向结合起来，一个滑移面和此面上一个滑移方向结合起来， 组成一个滑移系。组成一个滑移系。滑移线滑移线滑移带滑移带5-50nm7-120nm滑移带和滑移线示意图滑移带和滑移线示意图滑移线实际上是在塑滑移线实际上是在塑性变形后在晶体表面性变形后在晶体表面产生的一个个台阶！产生的一个个台阶！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断

9、管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物注意注意：当滑移的晶面逸出晶体表面时，在滑移晶面与晶体当滑移的晶面逸出晶体表面时，在滑移晶面与晶体 表面的相交处表面的相交处 形成滑移台阶形成滑移台阶 一个滑移台阶就一个滑移台阶就 是一条滑移线；是一条滑移线；每一条滑移线所对应的台阶高度每一条滑移线所对应的台阶高度 标志着某一滑标志着某一滑 移面的移面的滑移量滑移量；滑移线与滑移带的排列不是随意的滑移线与滑移带的排列不是随意的 互相平行或互相平行或 呈一定角度呈一定角度； 滑移线滑移线 滑移带滑移带5-50nm7-120nm（100100个原子间距）个原子间距）（10001000个原

10、子间距）个原子间距）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物滑移总是沿着晶体中原子排列滑移总是沿着晶体中原子排列最紧密的晶面和晶向最紧密的晶面和晶向发生发生滑移系表示金属晶体在发生滑移时可能采取的空间位向滑移系表示金属晶体在发生滑移时可能采取的空间位向 其他条件相同时，金属晶体中的其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越滑移系越，滑移过，滑移过 程中可能采取的程中可能采取的空间取向越空间取向越 金属的塑性也越金属的塑性也越采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪

11、边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物金属的塑性比较：金属的塑性比较：fcc bcc hcp铝、铜比铝、铜比 -Fe 的塑性更好的原因的塑性更好的原因实际上金属塑性的好坏不只取决于滑移系的多少，实际上金属塑性的好坏不只取决于滑移系的多少，还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目等还与滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目等因素有关！因素有关！滑移方向滑移方向滑移面滑移面滑移系滑移系2110643111采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 101110011 110011101 110

12、101011 0111011100.wlvkuh凡满足此条件的晶向均可构成滑移系！凡满足此条件的晶向均可构成滑移系！) 111(),111 (),111 (),111( 110 011 101 011 101 110面心立方结构面心立方结构 111面和面和方向组成滑移系：方向组成滑移系：晶面（晶面（hkl）与晶向）与晶向uvw平行的条件：平行的条件：采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 -Fe(bcc),滑移方向少于铝、铜滑移方向少于铝、铜(fcc)； -Fe滑移面上的原子密排程度低于铝、铜。滑移

13、面上的原子密排程度低于铝、铜。 -Fe的滑移面间距离较小，原子间结合力较大，的滑移面间距离较小，原子间结合力较大， 必须在较大的应力作用下才能开始滑移必须在较大的应力作用下才能开始滑移 -Fe(bcc)的塑性要比铝、铜的塑性要比铝、铜(fcc)差些！差些！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3 3、滑移的临界切应力、滑移的临界切应力滑移是在滑移是在切应力切应力作用下发生的！作用下发生的！ 晶体中的某个滑移系是否发生滑移，决定于力在晶体中的某个滑移系是否发生滑移，决定于力在滑移面内沿滑移方向上的分切

14、应力大小！滑移面内沿滑移方向上的分切应力大小！ 当切应力达到某一临界值时，滑移才能开始当切应力达到某一临界值时，滑移才能开始 临界切应力临界切应力k（使滑移系开动的（使滑移系开动的最小切应力最小切应力）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物设有一圆柱形单晶受到轴向设有一圆柱形单晶受到轴向拉力拉力F的作用：的作用：截面积为截面积为A；F与滑移方向的夹角为与滑移方向的夹角为；F与滑移面法线的夹角为与滑移面法线的夹角为；滑移面的面积应为滑移面的面积应为A/cos ；F在滑移方向上的分力为在滑移方向上的分力

15、为F cos F在滑移方向的在滑移方向的分切应力分切应力：coscoscoscoscos/cossAFAF当增加当增加F，使某一滑移系上的，使某一滑移系上的分切应力分切应力达到某一临界达到某一临界值值 F/A= s 滑移就会在该滑移系上进行滑移就会在该滑移系上进行！滑移方向滑移方向采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物coscoscoscoscos/cossKAFAFcoscoscoscoscos/cossKAFAF取向因子取向因子 通常将给定滑移系上开始滑移所需的分切应力称通常将给定滑移系上开始滑

16、移所需的分切应力称 为为“临界分切应力临界分切应力”滑移方向滑移方向讨论讨论：1.当滑移面的法线、滑移方向和外力轴当滑移面的法线、滑移方向和外力轴 三者处于同一平面，且滑移面的倾斜三者处于同一平面，且滑移面的倾斜 角为角为450 = 取向因子具有最大值取向因子具有最大值0.5 分切应力分切应力最大最大采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 它是具有最有利的滑移取向它是具有最有利的滑移取向 软取向软取向 晶体产生塑性变形的屈服极限晶体产生塑性变形的屈服极限 s 最小最小 在最小在最小 的拉应力作用下，

17、就能达到发生滑移所需要的临界的拉应力作用下，就能达到发生滑移所需要的临界 分切应力值分切应力值滑移方向滑移方向coscoscoscoscos/cossKAFAFcoscoscoscoscos/cossKAFAF2、当外力与滑移面平行、当外力与滑移面平行 s= ，无法滑移，无法滑移 硬取向硬取向采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物4 4、滑移的位错机制、滑移的位错机制实际的金属晶体中均存在大量的缺陷！实际的金属晶体中均存在大量的缺陷！滑移是在滑移是在切应力切应力作用作用 滑移面上的滑移面上的位错运动

18、位错运动造成造成晶体的滑移过程只需位错中心周围的晶体的滑移过程只需位错中心周围的少数原子少数原子做微做微量的位移量的位移即可实现即可实现因此，晶体的滑移只需因此，晶体的滑移只需很小的切应力很小的切应力！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物 晶体通过刃型位错造成滑移的示意图晶体通过刃型位错造成滑移的示意图过程：过程：当当一条位错线一条位错线在切应力作用下，从左向右移到晶体表在切应力作用下，从左向右移到晶体表面事，便在晶体表面留下一个原子间距的滑移台阶，面事，便在晶体表面留下一个原子间距的滑移台阶，造

19、成晶体的塑性变形造成晶体的塑性变形 如果有大量位错重复按此如果有大量位错重复按此方式滑过晶体，就会在晶体表面形成滑移痕迹方式滑过晶体，就会在晶体表面形成滑移痕迹 宏宏观上产生塑性变形观上产生塑性变形采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物多晶体塑性变形多晶体塑性变形与单晶体的变形方式相似，但较为复杂与单晶体的变形方式相似，但较为复杂：多晶体是由形状、大小，取向各不相同的晶粒所组成；多晶体是由形状、大小，取向各不相同的晶粒所组成；塑性变形受到塑性变形受到晶界的阻碍晶界的阻碍和和位向不同的晶粒的影响位向不

20、同的晶粒的影响；任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状态，需要其周围的晶粒态，需要其周围的晶粒同时发生相适应的变形同时发生相适应的变形来配合，以来配合，以保持晶粒之间的结合和整个物体的保持晶粒之间的结合和整个物体的连续性连续性。二、二、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（一）多晶体的塑性变形过程（一）多晶体的塑性变形过程前提：前提：多晶体金属中，每个晶粒的晶格位向不同，其滑移面多晶体金属中，每个晶粒的晶格位

21、向不同，其滑移面和滑移方向的分布不同！和滑移方向的分布不同！特点：特点：在外力作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上在外力作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上受力也不同。有的变形大，有的变形小，有的已开始受力也不同。有的变形大，有的变形小，有的已开始变形，有的还处于弹性变形阶段。所以，多晶体的塑变形，有的还处于弹性变形阶段。所以，多晶体的塑性变形过程是性变形过程是不均匀地，有先有后地进行着不均匀地，有先有后地进行着。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物那些受最大或接近最大分切应力位向的晶粒那

22、些受最大或接近最大分切应力位向的晶粒 处处于于“软取向软取向”的晶粒首先达到的晶粒首先达到k ，率先开始滑移，率先开始滑移，滑移面上位错沿着滑移面进行活动；滑移面上位错沿着滑移面进行活动；与其相邻的处于与其相邻的处于“硬取向硬取向”的晶粒，滑移系中的的晶粒，滑移系中的分切应力尚未达到临界值，导致位错在到达晶界时分切应力尚未达到临界值，导致位错在到达晶界时受阻并逐渐堆积；受阻并逐渐堆积；采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物位错的堆积致使前沿附近区域造成很大的应力集中，位错的堆积致使前沿附近区域造成很

23、大的应力集中，随着外力的随着外力的，应力集中也随之，应力集中也随之 ，这一应力集中值，这一应力集中值与外力相叠加与外力相叠加 最终使相邻的那些最终使相邻的那些“硬取向硬取向”晶粒晶粒内的某些滑移系中的分切应力达到内的某些滑移系中的分切应力达到k 进而位错被进而位错被激发而开始运动，产生了相应的滑移；激发而开始运动，产生了相应的滑移；与此同时，已变形晶粒发生转动，由与此同时，已变形晶粒发生转动，由原软取向转至原软取向转至硬取向硬取向 不能继续滑移。不能继续滑移。这样塑性变形变从一个晶粒传递到另一个晶粒，一批这样塑性变形变从一个晶粒传递到另一个晶粒，一批批晶粒如此传递下去，使整个试样产生了宏观的塑

24、性批晶粒如此传递下去，使整个试样产生了宏观的塑性变形！变形！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物在多晶体的塑性变形过程中，开始由外加应力直接在多晶体的塑性变形过程中，开始由外加应力直接引起塑性变形的晶粒只占少数，不引起明显的宏观引起塑性变形的晶粒只占少数，不引起明显的宏观效果。效果。多数晶粒的塑性变形是由已塑性变形的晶粒多数晶粒的塑性变形是由已塑性变形的晶粒中位错平面塞积群所造成的应力集中所引起中位错平面塞积群所造成的应力集中所引起 只只有此时，才能造成一定的宏观塑性变形效果！有此时，才能造成一定

25、的宏观塑性变形效果！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物综上所述，多晶体塑性变形的特点：综上所述，多晶体塑性变形的特点：一、各晶粒变形的不同时性一、各晶粒变形的不同时性 各各晶粒的变形有先有晶粒的变形有先有 后，不是同时进行后，不是同时进行；二、各晶粒变形的二、各晶粒变形的相互协调性相互协调性；三、多晶体三、多晶体塑性变形具有不均匀性塑性变形具有不均匀性，由于晶界及晶粒，由于晶界及晶粒 位向不同的影响，位向不同的影响，各个晶粒的变形是不均匀各个晶粒的变形是不均匀的，的， 每一个晶粒的变形也是不均匀

26、每一个晶粒的变形也是不均匀的的！变形前变形前变形后变形后经拉伸后晶界处呈竹节状经拉伸后晶界处呈竹节状晶粒中心区域的变形晶粒中心区域的变形量较大，晶界及其附量较大，晶界及其附近区域的变形量较小近区域的变形量较小采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（二）晶粒大小对塑性变形的影响（二）晶粒大小对塑性变形的影响1、晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受、晶界的存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受 阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近；阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近；2、由于各晶粒间存在着位向

27、差，为了协调变形，要、由于各晶粒间存在着位向差，为了协调变形，要 求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移时必然要发求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移时必然要发 生位错的相互交割；生位错的相互交割； 以上两点将以上两点将 金属材料的强度！金属材料的强度！ 晶界越多晶界越多 晶粒越细小晶粒越细小 强化效果越显著！强化效果越显著！采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物多晶体金属多晶体金属屈服强度与其晶粒直径屈服强度与其晶粒直径之间的关系式：之间的关系式：2/10Kds0：常数，表示晶体内对变形的阻力，大体相当：常数，表示晶体内对变形的阻力，大体相当 于单晶体金属的屈服强度于单晶体金属的屈服强度d：多晶体中各晶粒的平均直径：多晶体中各晶粒的平均直径K：表征晶界对强度影响程度的常数，与晶界结构有关：表征晶界对强度影响程度的常数，与晶界结构有关