金属的塑性课件

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1、第 2章 金属的塑性 金属的塑性 金属多晶体塑性变形的主要机制 影响金属塑性的因素 金属的超塑性 2. 1 金属的塑性 2. 1. 1 塑性的基本概念 2. 1. 2 塑性指标及其测量方法 2. 1. 3 塑性状态图及其应用 2. 1. 1 塑性的基本概念 什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。 塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。 塑性与柔软性的对立统一 不锈钢 变形抗力高 白口铸铁 形抗力高 铅 形抗力小 结论：塑性与柔软性不是同一概念 为什么要研究金属的塑性？ 探索塑性变化规律 寻求改善塑性途径 选

2、择合理加工方法 确定最佳工艺制度 提高产品质量 塑性指标及其测量方法 塑性指标： 金属在破坏前产生的最大变形程度，即极限变形量。 塑性指标的测量方法 表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭转数） 弯曲次数 拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法 拉伸试验法 00100%00100%式中： 拉伸试样原始标距长度； 拉伸试样破断后标距间的长度； 拉伸试样原始断面积； 拉伸试样破断处的断面积 单向拉应力均匀变形阶段和三向拉应力局部变形阶段的塑性总和。伸长率大小与试样原始标距有关，而端面收缩率与试样原始标距无关。 拉伸速度 10mm/s 以下，对应应变速率在 1

3、00 压缩试验法 简单加载条件下，压缩试验法测定的塑性指标用下式确定： 00100%式中： 压下率； 试样原始高度； 试样压缩后 ， 在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度 试样高端 0的 扭转试验法 对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，可将扭转数换作为剪切变形（ ） 。 030 式中： R 试样工作段的半径； 试样工作段的长度； n 试样破坏前的总转数。 扭转时的应力状态接近静水压力，且试样沿整个长度的塑性变形均匀，不像拉伸出现缩颈和压缩试验出现鼓形。 轧制模拟试验法 在 平辊间轧制 楔形试件，用 偏心轧辊轧制 矩形试样，找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压下量作为轧制过程的塑性指标。 金

4、属变形的全过程 弹性变形 均匀塑性变形 不均匀塑性变形 断裂 各阶段变形的特点 弹塑性共存定律 弹塑性共存定律的意义 弹塑性共存定律的概念：在塑性变形过程中有弹性变形同时存在的现象。 1、什么是 变形抗力？ 变形抗力大塑性就越差？ 2、影响 变形抗力有那些因素？ 对以下退火态安装变形抗力由小到大排序：42铁、 45# 、 4、什么是 塑性指标 ？ 塑性指标的表示方法 ？ 4、判断： 伸长率大小与试样原始标距无关，端面收缩率与试样原始标距有关（ ）。 5、填空： 扭转时的应力状态接近静水压力，且试样沿整个长度的塑性变形均匀，不像拉伸出现（缩颈 ）和压缩试验出现（鼓形 ） 。 塑性状态图 ( 其应

5、用 概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形，简称塑性图。 一个完整的塑性图应该同时给出拉伸试验时的 强度极限 b、 延伸率 和 断面收缩率 ，镦粗试验时的 最大压缩率M、扭转试验的 扭转角或圈数 、 冲击试验的 曲试验的 弯曲角度 或 次数 等多种性能指标与试验温度的关系。它反映了温度 塑性图是选择合理的金属塑性加工方法和制订冷加工和热加工工艺规程的重要依据，是生产中不可缺少的基本资料之一。 试验温度 图为 钢种在 800 1200 的温度范围内具有很好的塑性。塑性加工 (如轧制 )前钢锭加热时的最高温度为 1230 ，超过此温度，钢可能产生裂纹或轴向断裂；变形终了温度不应低

6、于 900，否则不仅塑性明显降低，而且变形抗力急剧增大。 温度 T 530 ，为液相； 270 ，为 两相组织； 270 T 530 ，为单一的 相。 根据力学性能要求确立 5. 5 7. 0% 0. 15 0. 5% 0. 5 1. 5%. 根据塑性图进一步确定热变形温度范围 慢速加工，温度为350400 时 ,断面收缩率 和 压缩率 M 都有最大值，不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较慢的速度加工。 锻锤下加工，在 350 左右有突变，变形温度应选择在 400450 。 工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应根据 图中可知，在相变点 270 附近突然降低，因此，锻造或冲压时的工作温度

7、应在 250 以下进行为佳。 金属多晶体塑性变形的主要机制 多晶体变形的特点 多晶体的塑性变形机构 合金的塑性变形 变形机构图 晶体变形的特点 1、各晶粒变形的不同时性 2、各晶粒变形的相互协调性 3变形不均匀 多晶体 塑性变形 分为 晶内变形 和 晶 间变形 两种。 晶粒 位向和 晶界 性质对 多晶体 塑性变形 有较大的影响，通常 多晶体 塑性变形 首相在那些最有利于变形位向的 晶粒 中进行。 由于多晶体内各个 晶粒 位向不同，并受 晶界 约束，故各晶粒变形不均匀，而且每个晶粒内变形也不一致。 经拉伸后晶界处呈竹节状 晶界强度与温度关系 ： 低温或室温下，晶界强而晶粒本身弱；高温情况则相反。

8、晶界与晶粒相对强度是随温度变化而变化的 。 晶界对塑性变形的影响 晶界 :多晶体是许多取向不同的小单晶体即晶粒组成的，晶粒和晶粒之间的过渡区域。 将多晶铁分别在室温和高温进行拉伸试验。在室温拉伸时，靠近晶界处试样直径变化比较小，远离晶界处则直径显著减小，在高温下，晶界处试样显著变细。 晶界的作用： 1. 阻碍作用 拉伸试样变形后在晶界处呈竹节状，每个晶粒中的滑移带均终止于晶界附近，晶界附近位错塞积。位错塞积，材料强度提高。 2. 协调作用 晶界正是起着相邻晶粒的变形的作用。由于协调变形的要求，在晶界处变形必须连续，也就是说两个相邻晶粒在晶界处的变形必须相同。 3促进作用 在高温在变形时，由于晶

9、界比晶粒弱，故除了晶粒内滑移，相邻两个晶粒还会沿着晶界发生相对滑移，此称为晶界滑动。晶界滑动了也造成晶体宏观塑性变形，但变形量远远小于滑移和孪生引起的塑性变形。 4起裂作用 一方面，由于晶界阻碍滑移，此处由于位错塞积而引起应力集中，另一方面，材料中的杂质和第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆。这样一来，在变形过程中裂纹往往起源于晶界。此外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，晶界往往优先被腐蚀形成微裂纹。 多晶体塑性变形的特点 1、 各晶粒变形的不同时性 2、 各晶粒变形的相互协调性 ： a) 面心立方金属塑性好 b) 密排六方金属塑性差冷加工困难 3、 各晶粒塑

10、性变形量不均匀 ： a)由于晶界的影响和晶粒位向不同的影响，各个晶粒变形不均匀，有的变形量大有的变形量小；即使是同一个晶粒变形也不均匀，晶粒中心区域变形量较大，晶界及其附近区域变形量小。 b)双晶粒试样拉伸变形后的形状如图，晶界处呈竹节状，说明晶界处滑移受阻变形量小，而晶粒内部变形量较大。 2晶界的作用及晶粒大小的影响 不同时性、相互协调性、不均匀性和单位体积内晶界越多，变形抗力越大。 多晶体的塑性变形机构 1晶粒的转动与移动 2溶解 该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞跃式的转到另一相的晶体中去。 保证两相有较大的相互溶解度外，还必须具备下列条件 : （ 1）随着温度的变化或原有相晶体表面大

11、小及曲率的变化，伴随有最大的溶解度改变。 （ 2）变形时，应具备足够高的温度条件。 3非晶机构 非晶机构是指在一定的变形温度和速度条件下，多晶体中的原子非同步的连续的在应力场和热激活的作用下，发生定向迁移的过程。 2. 2. 3 合金的塑性变形 （ 1）单相固溶体合金的变形 （ 2）多相合金的变形 单相固溶体合金的变形 单相固溶体的显微组织与纯金属相似，因而其变形情况也与之类同，但是在固溶体中由于溶质原子的存在，使其对塑性变形的抗力增加。固溶体的强度、硬度一般都比其溶剂金属高，而塑性、韧性则有所降低，并具有较大的加工硬化率。 溶质原子的作用主要表现在 固溶强化 (用，提高塑性变形抗力。 1.

12、固溶强化 固溶强化： 固溶体合金的 于溶质原子加入使 s 和整个 影响固溶强化的因素： 溶质原子类型及浓度。 溶质原子与基体金属的原子尺寸差。相差大时强化作用大。 间隙型溶质原子比置换型溶原子固溶强化效果好。 溶质原子与基体金属价电子数差。价电子数差越大，强化作用大。 固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用和静电交互作用。 单相固溶体合金塑性变形 多相合金的变形 多相合金中的第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，其塑性变形不仅和基体相的性质，而且和第二相（或更多相）的性质及存在状态有关。如第二相本身的强度、塑性、应变硬化性质、尺寸大小、形状、数量、分布状态、两相间的晶体学匹配、界面能、界面结合情况等等。 多相合金的基本相为固溶体。第二相是用来强化的一种重要方式，它可以通相变热处理 沉淀强化（ 时效强化（ 或粉末冶金法 弥散强化 来获得。 根据第二相粒子的尺寸大小可将合金分为： (1) 聚合型两相合金 (两相尺寸、性能相近 ) (2)弥散分布型两相合金 (两相尺寸、性能相差很大 ) 多相合金的塑性变形 （ 1）聚合型两相合金的塑性变形 合金中第二相粒子的尺寸与基体晶粒的尺寸如属同一数量级，就称为聚合型两相合金。