工程材料(第二章2.3).ppt

《工程材料(第二章2.3).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料(第二章2.3).ppt（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、单晶体变形的基本形式单晶体变形的基本形式 弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形正应力使晶格发生弹性变形或断裂正应力使晶格发生弹性变形或断裂切应力使晶格发生弹性歪扭或塑性变形切应力使晶格发生弹性歪扭或塑性变形单晶体塑性变形的基本形式单晶体塑性变形的基本形式 滑移滑移 和和 孪生。孪生。塑性变形的实质塑性变形的实质 原子移动到新的稳定位置。原子移动到新的稳定位置。单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动的现象。向相对于另一部分发生滑动的现象。滑滑移移常常沿沿晶晶体体中中原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶

2、晶向向发发生生。因因原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶晶向向之之间间原原子子间间距距最最大大，结结合合力力最最弱弱，产产生滑移所需切应力最小生滑移所需切应力最小。沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移滑移面面和和滑移方向滑移方向。通常是晶体中的密排面和。通常是晶体中的密排面和密排方向。密排方向。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系滑移系。体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三种典型

3、金属晶格的滑移系体心立方体心立方:110:110 111 6111 62=122=12面心立方面心立方:111:111 110 4110 43=123=12密排六方密排六方:0001:0001 1120 31120 31=31=3 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。因而金属的塑性，滑移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶面心立方晶格好于体心立方晶格格好于体心立方晶格,体心立方晶格好于密体心立方晶格好于密排六方晶格。排六方晶格。滑移的实现滑移的实现 借助借助位错运动位错

4、运动。孪生孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生切变的现象。一部分发生切变的现象。密排六方晶格密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。金属滑移系少，常以孪生方式变形。体体心立方晶格心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。变形。面心立方晶格面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形。金属，一般不发生孪生变形。钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 晶界的影响晶界的影响 当位错运动到晶界附当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻近时，受到晶界的阻碍而堆积起来

5、碍而堆积起来,称为称为位错的位错的塞积塞积。要使变。要使变形继续进行形继续进行,则必须则必须增加外力增加外力,从而使金从而使金属的变形抗力提高。属的变形抗力提高。单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。多晶体变形比单晶体复杂。晶粒位向的影响晶粒位向的影响 由于各由于各相邻晶粒位向相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性协调。这种弹性变形变形便成为塑性便成为塑性变形晶粒的变形

6、变形晶粒的变形阻力。由于晶粒阻力。由于晶粒间的这种间的这种相互约相互约束束，使得多晶体，使得多晶体金属的塑性变形金属的塑性变形抗力提高。抗力提高。多晶体的塑性变形过程多晶体的塑性变形过程 多晶体中每个多晶体中每个晶粒的位向晶粒的位向不同。滑移面和滑移方向接不同。滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向的晶粒先开始滑移近于最大切应力方向的晶粒先开始滑移。位错运动到。位错运动到晶界附近时，受到晶界附近时，受到晶界的阻碍晶界的阻碍而堆积起来，当塞积位而堆积起来，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来使相邻晶粒中原来处于不利位向

7、滑移处于不利位向滑移系上的位错开动系上的位错开动，从而使滑移从而使滑移由由一批一批晶晶粒传递到另一批粒传递到另一批晶粒晶粒，当有大量晶，当有大量晶粒发生滑移后，金粒发生滑移后，金属便显示出明显的属便显示出明显的塑性变形。塑性变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带 晶粒大小晶粒大小对金属力学性能的影响对金属力学性能的影响金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属因为金属晶粒越晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，

8、使金属塑性要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。变形的抗力越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。因为晶因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在金属在断裂前消耗的功也大，因而其韧性也较好。断裂前消耗的功也大，因而其韧性也较好。通过细化晶粒同时提高金属的强度、硬度、塑性通过细化晶粒同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称和韧性的

9、方法称细晶强化细晶强化。塑性变形对组织结构的影响塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地部的晶粒也相应地被拉长或压扁被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状纤维状，晶界变，晶界变得得模糊不清。塑性变形还使晶粒破碎为模糊不清。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒亚晶粒。由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称致，这种现象称织构或择优

10、取向织构或择优取向。产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因：随变形量增加，：随变形量增加，位错密度位错密度增加，位错之间的交互作用（堆积增加，位错之间的交互作用（堆积、缠结）增强，缠结）增强，位错运动阻力增大，使塑性变形抗力增加位错运动阻力增大，使塑性变形抗力增加.加工硬化的意义加工硬化的意义：1 1、加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不、加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。能热处理强化的金属和合金尤为重要。2 2、有利于金属进行均匀的变形。由于加工硬化、有利于金属进行均匀的变形。由于加工硬化,已变形部分发生硬化而停止变形已变形部分发生硬化而停止变形,未

11、变形部分开始未变形部分开始变形。没有加工硬化变形。没有加工硬化,金属就不会发生均匀的塑性金属就不会发生均匀的塑性变形。变形。随冷塑性变形量的增加，金属的强度、硬度提高，随冷塑性变形量的增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称塑性、韧性下降的现象称加工硬化加工硬化。金属经冷变形后金属经冷变形后,组织处于组织处于不稳定状态不稳定状态,有自发恢复有自发恢复到稳定状态的倾向到稳定状态的倾向。在常温下在常温下，原子扩散能力小原子扩散能力小,不不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大回复、

12、再结晶和晶粒长大。回复是指在加热温度较低时，由于金属中回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。某些变化。在回复阶段，金属组织变化不明显，其强在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内内应力、电阻率等显著下降应力、电阻率等显著下降。工业上，常利用回复现象将冷变形金属低工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，以降低内应力，保留加工硬化，温加热，以降低内应力，保留加工硬化，这种热处理方法称这种热处理方法称去应力退火去应力退火。当变形金属被加热到较高温度时，

13、由于原子活当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎、拉长的晶粒变为碎、拉长的晶粒变为均匀、细小的等轴晶粒。均匀、细小的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新形核、长大的过这种冷变形组织在加热时重新形核、长大的过程称再结晶程称再结晶。再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是再结晶是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型晶格类型完完全相同全相同。由于再结晶后组织的复原，因而由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、金属的强度、硬度明显下降，塑性、韧性大大提高，

14、加工硬度明显下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化现象被消除硬化现象被消除。再结晶退火：再结晶退火：生产中常把消除加工硬化的热处理生产中常把消除加工硬化的热处理称为称为再结晶退火再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度再结晶退火温度比再结晶温度高高100-200。再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大 再结晶完成后，若继续升高加热温度或延再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒的长保温时间，将发生晶粒的异常长大异常长大，得，得到晶粒粗大的组织，这是一种不均匀、不到晶粒粗大的组织，这是一种不均匀、不连续的长大过程，又称为二次再结晶。连续的长大过程，又称为二次再结晶。再结晶温度再结晶温度

15、 变形后的金属再结晶不是一个恒温过程，它是自变形后的金属再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行。生某一温度开始，在一个温度范围内连续进行。生产上常规定产上常规定经经1小时加热能完全再结晶的最低温度小时加热能完全再结晶的最低温度为再结晶温度为再结晶温度。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称为值，称为最低再结晶温度最低再结晶温度。纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系:T T再再=（0.35-0.40.35-0.4）T T熔熔 其中其中T T再再、T T熔熔为绝

16、对温度。该公式只适用于纯金属。为绝对温度。该公式只适用于纯金属。T T再再 =(T=(T熔熔+273)+273)0.40.4273273，如如FeFe的的T T再再=(1538+273)=(1538+273)0.40.4273=451273=451影响再结晶温度的因素为：影响再结晶温度的因素为：金属的预先变形度金属的预先变形度金属预先变形程度越大，金属组织越不稳定，再结金属预先变形程度越大，金属组织越不稳定，再结晶温度越低。当预先变形程度达到一定大小后，金晶温度越低。当预先变形程度达到一定大小后，金属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。属的最低再结晶温度趋于某一稳定值。金属熔点金属熔点l金属熔点越

17、高金属熔点越高,T,T再再也越高。也越高。金属的纯度金属的纯度金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高。阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高。再结晶加热速度和保温时间再结晶加热速度和保温时间l提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生,延延长保温时间长保温时间,使原子扩散充分使原子扩散充分,再结晶温度降低。再结晶温度降低。影响再结晶退火后晶粒度的因素影响再结晶退火后晶粒度的因素 加热温度和保温时间加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗

18、加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。大，加热温度的影响尤为显著。预先变形度的影响，实质预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。上是变形均匀程度的影响。当变形度很小时，晶格畸当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。变小，不足以引起再结晶。当变形达到当变形达到210%时，只时，只有部分晶粒变形，变形极有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶粒大小不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易互相吞并和相差悬殊，易互相吞并和长大长大,再结晶后晶粒特别粗再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称大，这个变形度称临界变临界变形度形度。预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结

19、晶晶粒度的影响预先变形度预先变形度 当超过临界变形度后当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变形量后，晶粒度基本不变。形量后，晶粒度基本不变。对于某些金属，当变形量相当大时对于某些金属，当变形量相当大时(90%)，再结晶后晶粒又，再结晶后晶粒又重新出现粗化现象，一般认为这与形成重新出现粗化现象，一般认为这与形成织构织构有关有关.金属的热加工与冷加工金属的热加工与冷加工冷加工与热加工的区别冷加工与热加工的区别金属学中冷热加工的界限是以再

20、结晶温度来划分的。金属学中冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为低于再结晶温度的加工称为冷加工冷加工。高于再结晶温度的加工称为高于再结晶温度的加工称为热加工热加工。如如FeFe的再结晶温度为的再结晶温度为451451，其在，其在400400 以下的加以下的加工工仍为冷加工。而仍为冷加工。而 SnSn 的再结晶温度为的再结晶温度为-71-71，则其在，则其在室温下的加工为热加工。室温下的加工为热加工。热加工后的组织热加工后的组织（1 1 1 1）改善铸锭组织。气泡焊合、破碎粗大的碳化物、）改善铸锭组织。气泡焊合、破碎粗大的碳化物、）改善铸锭组织。气泡焊合、破碎粗大的碳化物

21、、）改善铸锭组织。气泡焊合、破碎粗大的碳化物、细化晶粒、降低偏析。细化晶粒、降低偏析。细化晶粒、降低偏析。细化晶粒、降低偏析。（2 2 2 2）形成纤维组织（流线）。枝晶、偏析、夹杂物）形成纤维组织（流线）。枝晶、偏析、夹杂物）形成纤维组织（流线）。枝晶、偏析、夹杂物）形成纤维组织（流线）。枝晶、偏析、夹杂物等沿变形方向呈纤维状分布。等沿变形方向呈纤维状分布。等沿变形方向呈纤维状分布。等沿变形方向呈纤维状分布。热加工后的热加工后的性能（1）热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使）热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成粗大的树枝晶或柱状晶破碎，从而

22、使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。分均匀、晶粒细化，力学性能提高。（2 2）各向异性，沿流线方向塑性和韧性提高明显。）各向异性，沿流线方向塑性和韧性提高明显。）各向异性，沿流线方向塑性和韧性提高明显。）各向异性，沿流线方向塑性和韧性提高明显。冷加工对组织和性能的影响冷加工对组织和性能的影响 冷加工冷加工 在在 TR 以下温度进行的变形加工，以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。如低碳钢的冷拔、冷冲。冷加工时，没有再结晶过程，与前述塑性变形对冷加工时，没有再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，如组织和性能的影响相同，如晶粒拉长，产生纤维晶粒拉长，产生纤维组织和组织和织构织构；加工硬化，加工硬化，残余内应力残余内应力等。等。