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1、工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,第一节 金属的塑性变形 在工业生产中经常需要对金属材料进行压力加工，使之发生塑性变形，如锻造、轧制、冲压、冷拉、挤压等，其主要目的是：（1）改变材料的尺寸和形状；（2）改善材料的组织，提高性能。所以，研究并掌握金属材料塑性变形的规律，对改进材料的加工工艺、提高产品质量、有效发挥材料的性能等具有重要意义。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,金属塑性变形是在切应力作用下产生的，分为三个阶段： 1、弹性变形阶段 外力较小时，晶格原子偏离平衡位置，消除外力原晶格回复。 2、塑性变形阶段 外力较大时，晶格原子移动超过原子间距，消除外力，原子不
2、能回到原位置， 形成新晶格。 3、断裂阶段 外力很大时，原晶格完全被破坏，且不能形成新的晶格。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,一、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形主要通过滑移和孪生两种方式进行。 1、滑移 在切应力作用下，单晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）发生相对移动的现象。 滑移面（方向）一般为晶体中的原子密排面（密排方向）【密排面（方向）之间的间距最大，原子结合力最小】 。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,滑移系 晶体中一个滑移面上的一个滑移方向称为一个滑移系，它表示晶体在滑移时可能采取的一个空间位向。 一般地，滑
3、移系的数量（晶体滑移时可能采取的位向）越多，该晶体的塑性越好。在滑移系数量相同时，滑移方向较多的晶体塑性较高。 三种典型晶格的滑移系数量分别为： bcc晶体： 62 =12 fcc晶体： 43 =12 hcp晶体： 13 = 3,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,滑移的实现： 滑移是通过位错的运动来实现的。 在位错运动时，由于不需整个晶体上下两部分的原子同时发生相对移动，而每次只需位错中心附近的少数原子作微量运动，那么位错移动所需临界切应力大大减小。因此，滑移实际上是在切应力作用下，位错沿滑移面运动的结果。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,2、孪生（孪晶） 晶体的
4、一部分相对于另一部分沿一定的晶面发生共格切变。 孪生是一种次要的塑变方式，只有在滑移难以进行的条件下才发生，例如hcp晶体（Zn、Mg、Be等），由于滑移系数量较少，孪生就比较容易发生。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,二、多晶体的塑性变形 实际金属一般都是多晶体，其塑性变形的基本方式仍为滑移和孪生。 多晶体塑性变形的特点： （1）晶界的作用 晶界处原子排列不规则，杂质聚集 晶格畸变，阻碍位错运动 强度 （2）晶粒的作用 A、晶粒大小： 晶粒细小 晶界面积 材料的强度 晶粒数目，每个晶粒内塑变分量，材料塑性 B、晶粒位向： 晶粒的塑变受到周围不同位向晶粒的约束和阻碍， 导致材料
5、的变形抗力 ，即强度。 因此，多晶体材料晶粒细化，会引起材料的 、HB、aK 均提高， 工业中提高材料性能的最有效的途径。 Hill-Pitch公式： s =0 + Kd-1/2 (0, K为材料常数，d为晶粒平均直径),工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 一、产生加工硬化现象 金属材料经过冷塑性变形以后，出现强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 二、产生纤维状组织 金属材料在塑性变形时，随着外形的变化，内部的晶粒形状也由等轴状晶粒转变为纤维状的晶粒。,工程材料及应用 第六章 金属的塑性变形与再结晶,三、产生形变织构 金属发生塑性变形时，晶粒在滑移过程中 按一定方向转动，当变形量很大时，各个晶粒 的晶格位向趋于一致，该过程称为择优取向， 会导致金属的性能出现明显的各向异性。具有 择优取向的晶体结构称为形变织构。 四、产生残余内应力 残余应力是一种弹性应力，成对平衡于材料内部。 按作用范围，残余应力分为：宏观内应力、晶间内应力、晶格畸变内应力 残余内应力对构件性能的影响： 1、导致工件的承载能力、疲劳强度下降 2、若工件的内应力松弛或重新分布，会导致工件发生变形 3、导致工件的耐腐蚀能力下降 （应力腐蚀） 残余内应力的消除： 去应力退火,
