2.1纯金属的结晶 2.2合金的结晶 2.3金属的塑性加工 2.4钢的热处理 2.5钢的合金化 2.6表面技术第2章金属材料的组织与性能控制a2.3.1 金属的塑性变形 2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化 2.3.3 金属材料的热加工和冷加工2.3金属的塑性加工2.3.1 金属的塑性变形1．单晶体的塑性变形 2．多晶体的塑性变形 3．塑性变形对金属组织和性能的影响1．单晶体的塑性变形单晶体变形的基本形式——弹性变形、塑性变形（滑移和孪生） 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 塑性变形塑性变形的实质——原子移动到新的稳定位置滑移在切应力作用下，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。滑移的特点：1.滑移只能在切应力作用下才会发生（滑移临界切应力）2.滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果3.位错每移出晶体一次造成一个原子间距的变形量，因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上原子间距的整数倍；4.滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面（密排面）和其上密度最大的晶向（密排方向）进行。滑移系：一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。BCCFCCHCP滑移面{110}×6{111}×4{0001}×1滑移方向‹111›×2‹110›×3‹11¯20›×3滑移系6×2＝124×3＝121×3＝3●滑移系越多，发生滑移的可能性就大，材料的塑性越好；●滑移方向对滑移起的作用比滑移面大；5.滑移时晶体伴随有转动，使滑移方向趋于最大切应力方向。孪生在切应力作用下，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）发生切变，产生塑性变形。孪晶：发生切变、位向改变的这部分晶体称为孪晶黄铜中的孪晶晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。 晶粒小→晶界多→变形抗力大→强度，硬度↑（细晶强化） 晶粒小→变形分散，应力集中小→塑性↑，韧性↑2．多晶体的塑性变形3．塑性变形对金属组织和性能的影响(1)晶粒拉长，纤维组织→各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）变形10%100×变形40%100×变形80% 纤维组织 100×工业纯铁不同变形度的显微组织（2）织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。这种有序化的结构成为形变织构晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现织构。（3）亚结构的形成：位错密度增加，相互缠结，不均匀堆积，使晶粒分化为不同位向的小晶块，产生亚晶粒。对性能的影响：（1）加工硬化（形变强化 —— 强化材料的手段之一）加工硬化的原因 塑性变形→位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大→变形抗力↑金属在冷变形时，强度、硬度↑，塑性、韧性↓。P21，图1-17（2）残余内应力——由金属内部不均匀变形引起残余内应力的危害 引起零件加工过程变形、开裂。 耐蚀性↓（3）性能各向异性（4）塑性变形影响金属的物理、化学性能：如耐蚀性下降，电阻升高等。2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化1．回复2．再结晶3．晶粒长大1.回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火）： 位错和点缺陷大大↓，内应力显著↓，强度、硬度略有↓。回复温度=（0.25~0.3）Tm2.再结晶塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程（再结晶退火）： 加工硬化消除——强度、硬度大大↓，塑性、韧性大大↑。再结晶:变形后的金属在较高温度加热时，被拉长或压扁、破碎的晶粒重新形核、长大，生成新的均匀、细小的等轴晶粒。最低再结晶温度TR 纯金属 TR=（0.4~0.35）Tm 合金 TR=（0.5~0.7）Tm 温度单位：绝对温度(K)预变形度对TR的影响影响最低再结晶温度的因素（1）预变形量（2）金属的熔点（3）杂质和合金元素（4）加热速度和保温时间再结晶后的晶粒度◎加热温度T↑→晶粒直径D↑◎预变形度的影响3.晶粒长大变形80%工业纯铁 再结晶退火显微照片100×变形80%600℃退火8小时变形80%400℃退火8小时加热温度T和加热时间t↑→晶界迁移、晶粒合并长大。2.3.3 金属材料的热加工和冷加工1．热加工对组织和性能的影响2．冷加工对组织和性能的影响1．热加工对组织和性能的影响热加工——在TR以上温度进行的变形加工，如钢材的热锻和热轧。热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。热加工对组织和性能的影响1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和机械性能。3）产生流线分布——非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。锻造曲轴切削加工曲轴２．冷加工对组织和性能的影响冷加工——在TR以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。冷加工时，无再结晶过程，与前述塑性变形对组织和性能的影响相同，如产生加工硬化等。小结重点要求一般要求1.金属在冷加工时组织和性能的变化。2.金属再结晶时组织和性能的变化。3.加工硬化、细晶强化的概念。1.塑性变形的本质和滑移机理。2.热加工对金属组织和性能的影响。思考题1.用下述三种方法制成齿轮，那一种方法较为理想？为什么？ （1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮； （2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮； （3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。2.冷加工与热加工后的金属能否根据其显微组织加以区别？为什么？3.铜只能通过冷加工并经随后加热才能细化晶粒，而铁则不需要冷加工，只需加热到一定温度即可细化晶粒，分析两者差别的原因。作业2cP9~14 week8,Oct192.7),8)3.6),9),10)4.3),5)5.16),17)作业2b参考答案P9-102.14)珠光体的本质是： 15)一块纯铁在912℃发生α-Feγ-Fe转变时，体积将 层片状的共析体(F+共析Fe3C) 16)在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为：减小。2.11% ，含Le′最多的合金成分点为：4.3% 17)用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳的质量分数为：0.77%×80%=0.616%3.14)铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。（）No 15)20钢比T12钢的碳质量分数要高。（）No 16)在退火状态（接近平衡组织）45钢比20钢的塑性和强度都高。（）No 17)在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。（）No4.10)奥氏体是： a.碳在γ-Fe中的间隙固溶体 b.碳在α-Fe中的间隙固溶体 c.碳在α-Fe中的有限固溶体作业2b参考答案P11-13 12)T10钢的碳的质量分数为： a.0.1% b.1.0% c.10% 13)铁素体的机械性能特点是： a.强度高、塑性好、硬度低 b.强度低、塑性差、硬度低 c.强度低、塑性好、硬度低 11)珠光体是一种： a.单相固溶体 b.两相混合物 c.Fe与C的化合物√√√√of2.3(2a)
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