第五章金属的塑性变形和再结晶

null第五章 金属的塑性变形和再结晶 第五章 金属的塑性变形和再结晶 本章重点：从微观上解释和说明塑性变形的过程及后果等。 §４－１ 金属的塑性变形§４－１ 金属的塑性变形一、金属的变形和断裂 ⒈弹性变形 ⒉塑性变形 ⒊断裂 ①韧性断裂； ②脆性断裂。 null二、单晶体的塑性变形 1．滑移：（塑性变形的主要方式） 定义：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）和晶向（滑移方向）发生相对的滑动（平行移动）。null 滑移变形的要点： ①滑移只能在切应力的作用下发生；正应力只能引起晶格的弹性伸长，或进一步把晶体拉断。 ②滑移常沿晶体中原子密排晶面和晶向发生，在这些相邻的晶面和晶向上：原子间距最大，结合力最小，需要的切应力小。 ③滑移的距离为原子间距的整倍数，结果在晶体上形成台阶。（已经被证实！） ④滑移的同时伴随有晶体的转动。正应力力偶 ⑤滑移是通过滑移面上的位错运动而进行的，不是刚性滑移。（位错运动）null 例：Cu的滑移: 刚性滑移需要的临界切应力为 640N/mm２，而其实际测定值仅为0.1Ｎ/mｍ２。nullnullnullnull⒉ 孪生 定义：晶体在切应力的作用下，一部分原子沿着一定的晶面（孪生面）和晶向发生了一定角度的转动（切变方式），称为～。一般发生在密排六方的晶格中。如：Mg、Zn等。 null与滑移的区别： （1）孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形部分呈镜面对称；滑移不引起晶格位向的变化。 （2）孪生需要的能量大、变形速度极快，接近于声速（切应力大，以镁为例：滑移临界 ＝0.5MN/m2,而孪生的临界 ＝5～35MN/m2）。 （3）孪生时，相邻原子面位移的距离小于一个原子间距，而滑移时晶体相对位移量是原子间距的整数倍。 nullnull三、多晶体的塑性变形 ㈠塑性变形特点 1．晶界的影响 晶界的阻碍作用，当位错运动到的晶界时，停止运动，因此晶界对塑性变形有阻碍作用。 结论：细化晶粒，增加晶界，可使强度提高。nullnullnull2．不同晶粒位向的影响 一个晶粒的滑移必然受到周围不同晶格位向的约束，增加了滑移阻力。 结论：多晶体的变形抗力单晶体的变形抗力。 ㈡塑变过程 滑移面与滑移方向与最大切应力方向一致的晶粒先发生滑移，然后是依次一批批进行。 “软位向、 硬位向” null四、机械性能与晶粒大小的关系 在相同的体积内，与粗晶粒的晶体相比，细晶粒的晶体具有以下特点： （1）晶界多； （2）每个晶粒周围不同方位的晶粒数目多； 以上两条原因，造成细晶粒的HB、s 。 （3）晶粒细，适合外力方向的（软位向）晶粒也多，塑性变形可以分散在更多的晶粒中进行应力集中小，金属可以承受更大的塑性变形而不断裂， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为金属的塑性好，因此、好。 结论：细晶粒的晶体的HB、s、、好，可以推断其ak 也好。 nullnull§４－２ 冷变形对组织和性能的影响 §４－２ 冷变形对组织和性能的影响 一、冷塑性变形对组织的影响 ⒈晶粒变形 ⒉晶粒“破碎”：塑性变形，使位错密度↑，致使晶粒“破碎”成许多具有较小位向差（10）、尺寸小的小晶块，小晶块间的交界处有大量位错存在。 ⒊晶粒位向趋于一致null 当变形程度达７０％以上，出现择优取向，即：晶粒在变形过程中发生转动，每个晶粒的晶格位向都趋于大体一致，这种现象称为～。形成的组织称为变形织构。这种组织在一般情况下是有害的。 二、冷塑性变形对性能的影响 ⒈加工硬化 ⑴定义：金属经过塑性变形后，强度、硬度明显提高，而塑性、韧性明显降低，这种现象称为～。null⑵原因：★塑性变形后，位错密度↑，造成位错运动阻力增大，表现为金属的塑变抗力↑。（位错运动的阻力主要来自于位错的相互作用）。 ★随变形量增大，亚结构细化，亚结构对位错运动有阻力。 ★随变形量增大，空位密度增大。 ★几何硬化。由于塑变时晶粒位向的转动，使各晶粒由有利位向转向不利位向，因而变形抗力增大。null⑶实用意义： ★加工硬化是提高金属的强度、硬度、耐磨性的重要方法。 ★可使零件在使用中承受偶然的过载。即塑性变形后，金属承受过载的能力增加。 ⒉各向异性 ⒊残余内应力null原因：内部变形不均匀引起。晶体缺陷，晶格畸变→残余内应力。在一定条件下，应力松驰或重新分布，引起变形。 ⒋其它性能的变化（理化性能） ①电阻↑ ②耐蚀性↓：零件被碰伤后，晶体处于高能状态，容易腐蚀（如同水果碰伤后，容易腐烂一样），应力腐蚀。 §４－３ 回复和再结晶 §４－３ 回复和再结晶 一、回复（恢复） 1 定义：冷塑性变形后的金属，在较低的温度下加热，逐渐消除其大部分内应力与晶格的扭曲，但晶粒的形状不变，这种现象称为～。 2 条件：在较低温度下加热；原子扩散的能量和距离较小。 null3 特点：①内应力基本消失； ②理化性能基本恢复；电阻下降，导电性、耐蚀性提高 ③机械性能变化不大（保留了加工硬化）；强度、硬度下降很少；塑性略有提高。原因：显微组织无明显变化，晶粒形状不变。 4应用：去应力退火。null二、再结晶 １．定义： 冷变形金属，在较高温度下加热时，由破碎的、拉长的晶粒，变成均匀细小等轴晶粒的过程，称为再结晶。 ２．条件： ①一定要经过冷塑性变形；没有冷塑性变形，就不存在再结晶。 ②一定的加热温度；再结晶温度：再结晶开始的温度（不是一个恒温）。Ｔ再nullＴ再与下列因素有关： ★金属的熔点：大致关系为： 纯金属：T再＝（0.35～0.4）T熔 （K）；合金：T再＝（0.35～0.4）T熔 （K）。 ★金属的变形程度：变形程度大，T再低。当变形程度达一定时，T再趋于一个恒定值。 ３．再结晶过程 成核和核长大两个过程。 成核部位：畸变严重、位错密集的地方（能量高、不稳定）。 注意：晶粒形状、尺寸发生了变化，晶格类型没变。与固态相变不同。 null４．后果及应用 （1）加工硬化消失； （2）内应力消失； （3）机械性能、理化性能全部恢复。通过再结晶退火可以恢复变形能力。 （4）晶粒形状、尺寸发生了变化，晶格类型没变。利用它细化晶粒。 三、晶粒长大 再结晶结束后，继续提高温度或延长保温时间，晶粒合并（自发过程），晶粒尺寸长大。 §４－４ 金属的热变形（热加工） §４－４ 金属的热变形（热加工） 一、热变形与冷变形的区别 变形温度〈Ｔ再，冷变形； 变形温度≥Ｔ再，热变形。 二、热变形的特点 ⑴变形量可以很大；截面很大的坯料可以进行热加工，而冷变形的变形量受限制。 ⑵容易产生氧化，表面不光洁，尺寸精度低。冷加工的尺寸精度高。nullnull三、热加工对组织和性能的影响 １．可以消除铸锭中的缺陷；如：气孔、分散缩孔、小裂纹。总之：提高了金属的致密度。 ２．粗大晶粒被击碎，并在再结晶后形成细小等轴晶粒可以细化晶粒；通过塑性变形和再结晶进行。 ３．可减轻枝晶偏析、改善夹杂物和第二相的分布； 以上原因导致金属的机械性能大大提高。nullnull ４．机械性能各向异性 ★夹杂物和偏析成分等（无再结晶能力）分布在晶界上，随晶粒被拉长或碎化，呈带状分布（称为纤维组织）。这种偏析成分和夹杂物的择优分布，称为“流线”。 ★它造成各向异性。顺纤维方向比横纤维方向具有更高的机械性能。因此，重要零件的最大拉应力应与流线方向平行，最大切应力与流线垂直。 ★ 应用：齿轮、曲轴、螺栓等要通过锻造加工，使其流线分布合理（P48图）。即，使流线分布与零件的轮廓线相一致，且不被切断。 nullnull思考题 １．解释：滑移、孪生、加工硬化、择优取向、回复、再结晶。 ２．为什么室温下钢的晶粒愈细，强度、硬度高，塑性、韧性也好？ ３．金属经过冷塑性变形后，组织、性能都发生了哪些重要的变化？ ４．加工硬化的机理是什么？在 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 上有何实用意义？ ５．在结晶后晶粒大小与哪些因素有关？再结晶温度与哪些因素有关？null６．Ｗ在１０００℃变形加工，Ｓｎ在室温变形加工，说明它们是热加工，还是冷 加工？（Ｗ的熔点：３４１０℃，Ｓｎ的熔点：２３２℃） ７．热加工对金属的组织和性能有何影响？钢在热变形时为什么可以反复变形？ ８．用下述三种方法制造齿轮（或螺栓）： ⑴用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； ⑵由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮； ⑶由圆棒料加热，锻打成圆饼，再加工成齿轮； 问：哪种加工方法最好？为什么？null影响因素： ①加热温度与保温时间； ②变形程度：2～10％（小变形），晶粒粗大（结晶核心少、分布不均匀）。 30～60％，细小均匀晶粒。结晶核心多、分布均匀。要选择适宜的变形程度。