《金属工艺学教学课件柴增田 第3章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属工艺学教学课件柴增田 第3章（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 金属的塑性变形与再结晶 3 1 金属的塑性变形 3 2 变形金属加热后的再结晶 3 3 金属的热变形加工 3 1 金属的塑性变形 当金属所收应力大于材料的弹性极限时 就要产生塑性 变形 3 1 1单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种基本方式 滑移和孪生 1 滑移 即晶体的两部分之间沿一定晶面上的一定方向 发生的相对滑动 下图为单晶体的拉伸示意图 通常滑移总是沿晶体中原子排列最紧密的晶面 和晶向进行 滑移是晶体间的相对滑动 不引起晶格类型的变化 它是通过滑移面上的位错运动逐步实现的 2 孪生 即晶体的一部分沿一定的晶面和晶向进行剪切变 形的现象 3 1 2多晶体的塑性变形 1 晶界及
2、晶粒取向的影响 晶界处原子排列比较紊乱 且常有杂质 位错在晶界附近 会受到严重的阻碍而停 止前进 各个晶粒的取向不同 某些晶粒的位向有利于 滑移 会首先发生滑移变形 而周围的晶粒尚处于弹性 变形阶段 对已变形晶粒起着阻碍作用 2 晶粒大小对变形的影响 随着晶粒变细 晶界的总数 量增加 多晶体强度愈高 由于晶粒愈小 多晶体的宏 观变形的总量就可以分散到更多的晶粒中进行 使每个 晶粒所承担的变形量相对减小 变形更均匀 另外晶界 对裂纹的扩展有阻挡的作用 3 1 3塑性变形后金属的组织和性能 1 位错密度增加 产生加工硬化 随着金属材料变形量 的增加 材料的强度和硬度增加 塑性下降的现象称为 加工硬
3、化 加工硬化还可以使零件在使用时增加安全性 有利于金属塑 性变形加工的变形均匀性 不利的方面主要是 降低塑性 2 冷塑性变形引起的各向异性 1 产生纤维组织 原因是金属材料由原来的各向同性变 形成各向异性 使沿着纤维方向的强度大于垂直纤维方向的 2 产生变形织构 当塑性变形量很大时 各晶粒位向都 大体上趋于一致 这种现象称择优取向 这种由于塑性变形 引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒结构称为变形织 构 织构的存在会使材料产生严重的各向异性 由于各方 向上的塑性 强度不同会导致非均匀变形 使筒形零件的边 缘出现严重不齐的现象 称为 制耳 有制耳的零件质量 是不合格的 织构也有可利用的一面 变
4、压器所用的硅钢片就是利 用织构带来的各向异性 使变压器铁心增加磁导率 降低磁 滞损耗 从而提高变压器的效率 3 产生残余的内应力 残余的内应力就是指平衡于金 属内部的应力 当外力去除后而仍然留下来的内应力 根 据残余的内应力的作用范围分为三类 3 2 变形金属在加热后的再结晶 金属经冷变形 后 内能升高 处于不稳定状态 并存在向稳定 状态转变的趋势 这种转变只有 在加热时才能实 现 随加热温度 的升高变形金属 相继发生回复 再结晶和晶粒长 大 3 1 2再结晶 3 1 1回复 当加热温度较低时原子活动能力不高 只能进行短距 离运动 首先发生空位运动 空位与其它晶体缺陷 降低 了点缺陷所引起的晶
5、格畸变 接着发生位错运动 使形晶 粒中各种位错相互作用 降低位错密度 此阶段金属的纤维组织不发生显著变化 力学性能基 本不变 但残余应力大幅度下降 在工业生产中 使变形金属保持回复阶段 已多有应用 其方法是去应力退火 变形金属再结晶后 显微组织由破碎拉长的晶粒变成新的 细小等轴晶粒 残余内应力全部消除 加工硬化现象也全 部消失 金属恢复到变形前的力学性能 物理化学等性能 也恢复到变形前的水平 在金属学中通常把能够发生再结晶的最低温度称为金 属的再结晶温度 但是 在工程上通常又在一小时之内 能够完成再结晶过程的最低温度称为再结晶温度 在对金属材料进行塑性变形加工 拉深 冷拔等 时 为了消除加工硬
6、化需要进行再结晶退火 3 1 3再结晶后晶粒长大 当变形金属 再结晶完成 之后 若继 续加热保温 则新生晶 粒之间还会 大晶粒吞并 小晶粒 使 晶粒长大晶粒长大示意图 3 3 金属的热变形加工 3 3 1热变形加工与冷变形加工的区别 二者的区别是以再结晶温度来划分的 在生产中金属材料 的热变形加工开始温度远远高于其再结晶温度 这样塑性 变形的加工硬化随即被再结晶的软化所抵消 因此热变形 加工可看作冷变形和再结晶过程相重叠的结果 3 3 2 金属热变形加工时组织和性能的变化 1 形成热加工纤维组织 热变形加工中可以使铸 态金属的偏析和非金属夹 杂沿着变形的方向拉长 形成所谓的 流线 也就 是热变
7、形加工的纤维组织 流线的存在使金属材料 产生各向异性 2 消除和改善铸态金属的组织缺陷 热变形加工可以焊 合铸态金属中的气孔 显微裂纹等 从而提高材料的致 密度和力学性能 还可以破坏掉铸态的大枝晶和柱状晶 并发生再结晶使晶粒细化 从而也提高材料的力学性 能 3 带状组织的形成 使金属产生各向异性 切削加工性 能恶化 只要热变形加工的工艺条件适当 热变形加工的工 件力学性能要高于铸件 所以 受力复杂 负荷较大的 重要工件一般都是选用锻件 不用铸件 但是 热变形 加工工艺参数不当 也会降低热变形加工工件的性能 例如 加热温度过高可能使热变形后的工件晶粒粗大 强度和塑性下降 若热变形加工停止的温度过低可能带 来加工硬化 残余应力加大 甚至出现裂纹等问题
