工程材料---第二章2.3!!!教学文案.ppt
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1、工程材料-第二章2.3!塑性加工时,金属产生塑性变形,对塑性加工时,金属产生塑性变形,对金属的组织结构和性能会产生重要的影响。金属的组织结构和性能会产生重要的影响。问题问题1 1:塑性变形对金属的组织结构和性能有塑性变形对金属的组织结构和性能有什么重要影响?什么重要影响?问题问题2 2:塑性变形后的金属再加热时组织结构塑性变形后的金属再加热时组织结构和性能有什么变化?和性能有什么变化?一、单晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形基本方式有单晶体的塑性变形基本方式有2 2种:种:滑移滑移 孪生孪生 1.1.滑移滑移 晶体在切应力的作用下,晶体的一部分沿晶体在切应力的作用下,晶体的一
2、部分沿一定的晶面一定的晶面(滑移面滑移面)上的一定方向上的一定方向(滑移滑移方向方向)相对于另一部分发生滑动叫相对于另一部分发生滑动叫滑移滑移。滑移滑移 (2 2)滑移是晶)滑移是晶体内部位错运动的结体内部位错运动的结果。果。滑移特点滑移特点 (1 1)滑移只能在切应力作用下才会发生。)滑移只能在切应力作用下才会发生。滑移临界切应力滑移临界切应力 产生滑移的最小切应力。产生滑移的最小切应力。钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的钨、钼、铁的滑移临界切应力比铜、铝的要大。要大。(3 3)总变形量是滑移方向上的原子间)总变形量是滑移方向上的原子间距的整数倍。距的整数倍。滑移在滑移在表面形成滑移带。表
3、面形成滑移带。滑移带观察滑移带观察金属三种常见晶格的滑移系金属三种常见晶格的滑移系 13=3 13=3 43=12 43=12 62=1262=12滑移系滑移系 3 3个个 3 3个个 2 2个个每个滑移面上每个滑移面上的滑移方向的滑移方向0001 10001 1个个111 4111 4个个110 6110 6个个滑移面滑移面 密排六方晶格密排六方晶格 面心立方晶格面心立方晶格体心立方晶格体心立方晶格 晶晶 格格 滑移系:滑移系:由一个由一个滑移面与其上的一个滑移方向组成。滑移面与其上的一个滑移方向组成。(4 4)滑移沿着晶体中密排面和其上密排)滑移沿着晶体中密排面和其上密排方向进行。方向进行
4、。密排面、密排方向上原子排列紧密,结合密排面、密排方向上原子排列紧密,结合力强。密排面是滑移面,密排方向是滑移方向。力强。密排面是滑移面,密排方向是滑移方向。老师提示老师提示 滑移系越多,金属发生滑移的滑移系越多,金属发生滑移的可能性越大,塑性就越好。可能性越大,塑性就越好。滑移方向对滑移所起的作用比滑移面滑移方向对滑移所起的作用比滑移面作用大。作用大。面心立方晶格金属比体心立方晶格金面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。属的塑性更好。(5 5)滑移时晶体发生转动。)滑移时晶体发生转动。2.2.孪生孪生在切应力作用下晶体的一部分相对于另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
5、一部分沿一定晶面(孪生面孪生面)和晶向和晶向(孪生孪生方向方向)发生切变的变形过程叫发生切变的变形过程叫孪生孪生。发发生切变后位向生切变后位向改变的一部分晶体称改变的一部分晶体称为为孪晶孪晶。孪晶与未变形部分孪晶与未变形部分晶体原子分布对称。晶体原子分布对称。孪生所需的临界切应力比滑移的大得孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发生。生。滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等锌、镉等,容易发生孪生。容易发生孪生。体心立方晶格金属(如铁)在低温或体心立方晶格金属(如铁)在低温或受冲击时才发生孪生
6、。受冲击时才发生孪生。二、多晶体的塑性变形 工程上使用的金属绝大部分是多晶体。工程上使用的金属绝大部分是多晶体。多晶体中每个晶粒的变形基本方式与单晶多晶体中每个晶粒的变形基本方式与单晶体相同。多晶体材料中,各个体相同。多晶体材料中,各个晶粒位向不同晶粒位向不同,存在许多晶界存在许多晶界,变形要复杂得多。,变形要复杂得多。多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 1.1.晶界阻碍位错运动晶界阻碍位错运动 晶界上原子排列不很规晶界上原子排列不很规则则,阻碍位错的运动阻碍位错的运动,使变使变形抗力增大。形抗力增大。金属晶粒越细,晶界越金属晶粒越细,晶界越多,变形抗力越大,金属的多,变形抗力越大,金属的强度就
7、越大。强度就越大。2.2.晶粒分批逐步变形晶粒分批逐步变形 软位向软位向 晶粒的滑移面和滑移方向接近晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向。于最大切应力方向。硬位向硬位向 晶粒的滑移面和滑移方向与最晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大。大切应力方向相差较大。老师提示老师提示 细晶强化是金属的一种很细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。重要的强韧化手段。滑移时,软位向晶粒先开始,硬位向晶滑移时,软位向晶粒先开始,硬位向晶粒后滑移。变形分散在材料各处。粒后滑移。变形分散在材料各处。晶粒越细,变形越分散,减少了应力集晶粒越细,变形越分散,减少了应力集中,推迟裂纹形成和发展,金属塑性提
8、高。中,推迟裂纹形成和发展,金属塑性提高。晶粒细,金属的强度高,塑性好,断裂时晶粒细,金属的强度高,塑性好,断裂时需要消耗较大的功,因而韧性好。需要消耗较大的功,因而韧性好。三、塑性变形对金属组织和性能的影响 老师提示:老师提示:重点内容重点内容 1.1.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 (1 1)晶粒发生变形)晶粒发生变形 晶粒沿形变方向被拉长或压扁。晶粒沿形变方向被拉长或压扁。变形量很大时变形量很大时,晶粒变成细条状晶粒变成细条状(拉伸时拉伸时),),金属中的夹杂物也被拉长金属中的夹杂物也被拉长,形成形成纤维组织纤维组织。变形前变形前变形后变形后 (2 2)亚晶粒形
9、成)亚晶粒形成 金属经大的塑性变形时金属经大的塑性变形时,位错密度增大位错密度增大,大量位错堆积在局部地区大量位错堆积在局部地区,相互缠结相互缠结,形成不形成不均匀的分布均匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块的小晶块,产生产生亚晶粒亚晶粒。金属经变形后的亚金属经变形后的亚晶粒晶粒 (3 3)形变织构产生)形变织构产生 金属塑性变形到很大程度金属塑性变形到很大程度(70%(70%以上以上)时时,由于晶粒发生转动由于晶粒发生转动,使各晶粒的位向趋近于使各晶粒的位向趋近于一致,这种结构叫做一致,这种结构叫做形变织构形变织构。形变织构示意图形变织构示意图 丝织构丝
10、织构 各晶粒的一定晶向平行于拉各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。低碳钢经大变形量冷拔后拔方向。低碳钢经大变形量冷拔后,其其平行于拔丝方向平行于拔丝方向;板织构板织构 各晶粒的一定晶面和晶向平各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向。低碳钢的板织构为行于轧制方向。低碳钢的板织构为001001。2.2.塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响 (1 1)加工硬化)加工硬化金属发生塑性变形金属发生塑性变形,随变形度增大随变形度增大,金金属的强度和硬度显著升高属的强度和硬度显著升高,塑性和韧性塑性和韧性明显下降。这种现象称为明显下降。这种现象称为加工硬化,加工硬化,也也叫叫形变强化形变强化。工程应用
11、:工程应用:在在生产中可通过冷轧、生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢冷拔提高钢板或钢丝的强度。丝的强度。产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因:塑性变形时塑性变形时,位错密度增加位错密度增加,位错间的交互位错间的交互作用增强作用增强,相互缠结相互缠结,位错运动阻力增大位错运动阻力增大,塑性塑性变形抗力提高。变形抗力提高。同时晶粒破碎细化同时晶粒破碎细化,强度提高。强度提高。加工硬化加工硬化 (2 2)产生各向异性)产生各向异性 纤维组织和形变织构的形成纤维组织和形变织构的形成,使金属的性能使金属的性能产生产生各向异性各向异性。沿纤维方向的强度和塑性高于垂直方向。沿纤维方向的强度和塑性高于垂直方向
12、。各向异性各向异性 有织构的板材冲制筒形零件时有织构的板材冲制筒形零件时,由于各方向由于各方向上塑性差别很大上塑性差别很大,零件的边缘出现零件的边缘出现“制耳制耳”。因形变织构造成深冲制品的制耳示意图因形变织构造成深冲制品的制耳示意图 在某些情况下在某些情况下,织构的各向异性有用。织构的各向异性有用。制造变压器铁芯的硅钢片制造变压器铁芯的硅钢片,沿沿方向最易方向最易磁化磁化,采用这种织构可使铁损减小采用这种织构可使铁损减小,变压器的效变压器的效率大大提高。率大大提高。(3 3)物理、化学性能变化)物理、化学性能变化 塑性变形可影响金属的物理、化学性能。塑性变形可影响金属的物理、化学性能。电阻增
13、大电阻增大,耐腐性降低。耐腐性降低。残余内应力使金属的耐蚀性降低,较大时残余内应力使金属的耐蚀性降低,较大时使零件变形或开裂。使零件变形或开裂。(4 4)产生残余内应力)产生残余内应力 残余内应力残余内应力 外力去除后,金属内部残外力去除后,金属内部残留下来的应力。留下来的应力。塑性变形时,金属内部变形不均匀,位塑性变形时,金属内部变形不均匀,位错、空位等晶体缺陷增多,产生残余内应力。错、空位等晶体缺陷增多,产生残余内应力。喷丸强化喷丸强化 齿轮表面通过喷丸处理,产生较齿轮表面通过喷丸处理,产生较大的残余压应力,提高疲劳强度。大的残余压应力,提高疲劳强度。喷丸强化喷丸强化2.3.2 2.3.2
14、 塑性变形后的金属在加热时组织塑性变形后的金属在加热时组织 和性能的变化和性能的变化 金属经塑性变形后,组织结构和性能金属经塑性变形后,组织结构和性能发生很大的变化。发生很大的变化。对变形后的金属进行加热,金属的组对变形后的金属进行加热,金属的组织结构和性能又会发生变化。织结构和性能又会发生变化。随着加热温度的提高,变形金属将相随着加热温度的提高,变形金属将相继发生继发生回复回复、再结晶再结晶和和晶粒长大晶粒长大过程。过程。一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热,会发生变形后的金属在较低温度进行加热,会发生回复回复过程。过程。回复温度:回复温度:T T回复回复=(0.25=(0.250.3)
15、0.3)T T熔点熔点 T T熔点为熔点为金属熔点金属熔点,单位为绝对温度单位为绝对温度(K)(K)。晶粒内部位错等缺陷减少,晶粒仍保持变形晶粒内部位错等缺陷减少,晶粒仍保持变形后的形态,显微组织不发生明显变化。后的形态,显微组织不发生明显变化。材料的强度和硬度略有降低,塑性有增高,材料的强度和硬度略有降低,塑性有增高,残余应力大大降低。残余应力大大降低。工程应用:工程应用:对变形金属进行对变形金属进行去应力退火去应力退火、降、降低残余内应力,保留加工硬化效果。低残余内应力,保留加工硬化效果。二、再结晶 1.1.再结晶对金属组织、性能的影响再结晶对金属组织、性能的影响 变形后的金属在较高温度加
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- 工程 材料 第二 2.3 教学 文案
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