机械工程材料及成型工艺第三章精选PPT.ppt
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1、机械工程材料及成型工艺第三章第1页,此课件共37页哦一、金属的结晶一、金属的结晶1金属结晶的温度金属结晶的温度 a-理论结晶温度曲线理论结晶温度曲线 b-实际结晶温度曲线实际结晶温度曲线金属结晶的冷却曲线示意图金属结晶的冷却曲线示意图第2页,此课件共37页哦2.2.过冷度过冷度 过冷度过冷度:T T T T0 0T T1 1。影响因素影响因素:冷却速度冷却速度、金属性质和纯度有关。、金属性质和纯度有关。冷却速度越大,则过冷度越大,实际金属结晶温度越低。冷却速度越大,则过冷度越大,实际金属结晶温度越低。反之,若冷却速度无限小反之,若冷却速度无限小(即散热无限慢即散热无限慢)时,则实际结晶温度时,
2、则实际结晶温度与平衡结晶温度趋于一致。然而,实践证明晶体总是在过冷与平衡结晶温度趋于一致。然而,实践证明晶体总是在过冷情况下结晶,情况下结晶,过冷是金属结晶的必要条件过冷是金属结晶的必要条件。第3页,此课件共37页哦3.金属结晶的规律金属结晶的规律纯金属的结晶过程:纯金属的结晶过程:晶核形成和长大晶核形成和长大。纯金属结晶过程示意图纯金属结晶过程示意图第4页,此课件共37页哦4.金属晶核形成的方式金属晶核形成的方式 自发形核自发形核:以过冷液体中的相起伏(液体中有规以过冷液体中的相起伏(液体中有规则排列的原子集团)为基础的形核;则排列的原子集团)为基础的形核;非自发形核非自发形核:依附于过冷液
3、体中的某些杂质质点:依附于过冷液体中的某些杂质质点表面而形核。表面而形核。第5页,此课件共37页哦5 5 金属晶粒的细化方法金属晶粒的细化方法 金属内部晶粒越细小,则晶界越多且晶格畸变越金属内部晶粒越细小,则晶界越多且晶格畸变越大。从而使金属强度、硬度提高,并使变形均匀分布大。从而使金属强度、硬度提高,并使变形均匀分布在许多晶粒上,塑性、韧性也好。在许多晶粒上,塑性、韧性也好。晶粒度/(晶粒数/mm2)b/MPas/MPa(%)6.32374635.3512747044.819429410847.5第6页,此课件共37页哦 金属结晶后晶粒大小与单位时间、单位体积内的形核数量金属结晶后晶粒大小与
4、单位时间、单位体积内的形核数量Z Z和形核和形核率率N N和长大速度和长大速度G G有关,若晶核的形成速率很大,而长大速度很小有关,若晶核的形成速率很大,而长大速度很小时,便可得到很细的晶粒。时,便可得到很细的晶粒。生产中常采用生产中常采用1 1)增加过冷度)增加过冷度TT;2 2)变质处理;)变质处理;3 3)附加振动)附加振动等细化晶粒的方法。等细化晶粒的方法。第7页,此课件共37页哦6 6 金属的同素异构转变金属的同素异构转变把把种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为种金属具有两种或两种以上的晶格结构称为同素异同素异构性构性,这种金属的晶格结构随温度变化而改变的现象,这种金属的晶格结构随
5、温度变化而改变的现象,称为称为同素异构转变同素异构转变。同素异构转变与液态金属结晶存在着明显区别,主要表同素异构转变与液态金属结晶存在着明显区别,主要表现在:同素异构转变时晶界处能量较高,新的晶核往往现在:同素异构转变时晶界处能量较高,新的晶核往往在原晶界上形成;固态下原子扩散比较困难,固态转变在原晶界上形成;固态下原子扩散比较困难,固态转变需要较大的过冷;固态转变时会产生体积变化,在金属需要较大的过冷;固态转变时会产生体积变化,在金属中引起较大的内应力。中引起较大的内应力。第8页,此课件共37页哦纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变第9页,此课件共37页哦l单晶体的塑性变形 晶体在外力作用下
6、任何晶面的分力:晶体在外力作用下任何晶面的分力:二、金属的塑性变形二、金属的塑性变形正应力正应力:使晶格发生弹性变形:使晶格发生弹性变形或断裂或断裂切应力切应力:使晶格发生弹性歪扭:使晶格发生弹性歪扭或塑性变形或塑性变形 晶面第10页,此课件共37页哦单晶体金属在正应力作用下的变形示意图单晶体金属在正应力作用下的变形示意图第11页,此课件共37页哦单晶体的塑性变形方式:滑移和孪生单晶体的塑性变形方式:滑移和孪生 滑移的概念:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一滑移的概念: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(滑移面)的一定方向(滑移方向)发生滑动。部分沿一定晶面(滑移面)的一
7、定方向(滑移方向)发生滑动。滑移的特点:滑移的特点:1)滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最)滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称为小切应力称为临界切应力临界切应力。滑移滑移第12页,此课件共37页哦2)滑移的实现 借助于位错运动第13页,此课件共37页哦3)滑移总是沿着原子排列最紧密的原子面进行)滑移总是沿着原子排列最紧密的原子面进行第14页,此课件共37页哦6)晶格位向不变)晶格位向不变7)滑移的间距是原子间距的整数倍)滑移的间距是原子间距的整数倍4)滑移的结果产生滑移带)滑移的结果产生滑移带5)滑移伴随着转动)滑移伴随着转动第15页,此课件共37页哦孪生孪生在切应力
8、作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)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(孪生面)和晶向(孪生方向)发生和晶向(孪生方向)发生切变切变,产生塑性变形。,产生塑性变形。第16页,此课件共37页哦孪生的特点孪生的特点:1)位向发生改变;)位向发生改变;2)切应力大;)切应力大;3)变形速度快;)变形速度快;4)相邻原子面的位移量小于一个原子间距。)相邻原子面的位移量小于一个原子间距。第17页,此课件共37页哦几种晶体结构的变形方式几种晶体结构的变形方式单晶体的塑性变形究竟以何种方式进行,主要取单晶体的塑性变形究竟以何种方式进行,主要取决于晶体结构和外部条件:决于晶
9、体结构和外部条件:面心立方晶格:面心立方晶格:一般不发生孪生变形;一般不发生孪生变形;体心立方晶格:体心立方晶格:一般以滑移的方式进行,只有在一般以滑移的方式进行,只有在低温或受到冲击时才发生孪生变形;低温或受到冲击时才发生孪生变形;密排六方晶格:密排六方晶格:以孪生变形为主。以孪生变形为主。第18页,此课件共37页哦二、多晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形l多晶体的塑性变形主要受晶粒的位向及晶界对位错运动多晶体的塑性变形主要受晶粒的位向及晶界对位错运动的阻碍的阻碍l多晶体变形的特点:多晶体变形的特点:(1)变形抗力高)变形抗力高(2)变形和应力不均匀性)变形和应力不均匀性(3)晶界和晶粒间位
10、向差共同作用)晶界和晶粒间位向差共同作用第19页,此课件共37页哦三、塑性变形对金属组织和性能的影响1.晶粒拉长,纤维组织晶粒拉长,纤维组织 各向异性各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大)沿纤维方向的强度、塑性最大)变形变形10%100变形变形40%100 变形变形80%纤维组织纤维组织100 工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织第20页,此课件共37页哦2.织构(形变织构)金属塑性变形到很大程度金属塑性变形到很大程度(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一致使各晶粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向形成特殊的择优取向,这种有序这种
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