《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 倪兆荣 张海筹 主编 第5章 铁碳合金相图和碳钢》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程材料 教学课件 ppt 作者 倪兆荣 张海筹 主编 第5章 铁碳合金相图和碳钢（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械工程材料,倪兆荣 张海筹/主编 张帆 朱成华/副主编 王宏启/主审,第5章金属的塑性变形与结晶,各种金属的压力加工方法都是通过金属的塑性变形实现的。金属材料在外力作用下产生了变形，当外力去除后不能恢复的变形称为塑性变形。本节首先讨论单晶体的塑性变形，然后再讨论较复杂的多晶体（实际金属）的塑性变形。,单晶体的弹性变形 以单向拉伸为例，当金属受到的拉力小于弹性极限时，金属会发生弹性变形；应力去除后弹性变形消失。如图5.1所示，金属的弹性变形是因其原子受力而发生位移，偏离了平衡位置所致。此时，原子所受外力与原子间引力相平衡。如去除外力，则平衡被破坏，在原子间引力作用力下，原子将回到原平衡位置，则
2、弹性变形自然消失了。 弹性变形的变形量很小，只有千分之几。,单晶体的弹性变形 以单向拉伸为例，当金属受到的拉力小于弹性极限时，金属会发生弹性变形；应力去除后弹性变形消失。如图5.1所示，金属的弹性变形是因其原子受力而发生位移，偏离了平衡位置所致。此时，原子所受外力与原子间引力相平衡。如去除外力，则平衡被破坏，在原子间引力作用力下，原子将回到原平衡位置，则弹性变形自然消失了。 弹性变形的变形量很小，只有千分之几。,单晶体的弹性变形 若将表面经过抛光的光滑单晶体金属试样进行拉伸试验，使其产生一定的塑性变形后，在光学显微镜下观察，可发现试样表面有许多互相平行的线条，它们被称为滑移带，如图5.3所示。
3、再将其放到电子显微镜下作高倍观察，则发现每条滑移带都是由许多集密的互相平行的更细的滑线和台阶组成，如图5.4所示。,多晶体的塑性变形 实际中使用的金属材料绝大多数都是多晶体，多晶体管的每一个晶粒（相当于单晶体）的塑性变形基本与单晶体类似，但由于晶界的存在及晶界的取向不同，使得多晶体的塑性变形更为复杂。 多晶体中各晶粒内部的基本形式与单晶体相同，即仍以滑移等方式进行的，但由于晶粒之间位向不同和晶界的存在，多晶体的塑性变形要复杂得多。如图5.5是含有两个晶粒的试样在拉伸后变形情况示意图。,金属的塑性变形,金属塑性变形对金属组织和性能的影响,第5章 金属的塑性变形与结晶,塑性变形后，晶格发生了畸变，
4、使金属处于高能量不稳定状态。金属有自发地恢复到变形前低能量状态的趋势，但要通过原子移动才能实现。低温下由于原子活动能力很弱，这个转化不能或很难发生。如将变形金属加热，则原子活动能力增强，变形金属从高能状态向低能状态的转化能够容易地进行。在加热过程中，变形金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个过程，如图5.11所示。,回复与再结晶,第5章 金属的塑性变形与结晶,回复 当加热温度较低时，原子仅能作短距离迁移，金属的晶粒外形发生变化不明显纤维组织。该阶段发生的主要变化是空位基本消失，宏观内力基本消失，微观内力部分消除；物理化学性能基本恢复至变形前。 工业上的回复处理多用来消除或减轻工件内部的内应力
5、。如用冷拔钢丝卷制的弹簧，在成型后要在 进行低温退火，以消除宏观内应力、降低微观内应力，使其定型。低温退火后，金属材料的强度、硬度基本不变。,回复与再结晶,第5章 金属的塑性变形与结晶,再结晶 1. 再结晶的概念 当冷塑性变形后的金属加热到比回复温度阶段更高的温度时，由于原子扩散能力增大，使被拉长而呈纤维状的晶粒又变为等轴晶粒，同时，使加工硬化现象消除，这一过程称为再结晶。 2. 再结晶温度 由于再结晶不是相变，其开始和完成的温度都不是确定的。再结晶开始与终了的温度主要决定于变形量，变形量愈大，金属中的缺陷数量就愈多，其组织也就愈不稳定，从而愈容易发生再结晶，再结晶温度就愈低。,回复与再结晶,
6、第5章 金属的塑性变形与结晶,3. 再结晶后晶粒的长大 金属在再结晶后，一般得到细小均匀的等轴晶粒。但是如果继续升温或延长保温时间，大的晶粒会逐渐吞食周围较小的晶粒而长大，使金属的力学性能下降。 再结晶后晶粒的长大分为两种情况：另一种是晶粒长大速度不大，在再结晶后获得细小而均匀的等轴晶粒的正常长大情况；另一种是由于某种原因使晶粒异常长大的情况，这种异常长大的过程称为第二次再结晶。,热变形加工与冷变形加工的区别 由于金属在高温下强度下降，塑性提高，在高温下对金属进行变形加工比在较低温度下容易得多，因此，生产上则有冷、热变形加工之分。通常将锻造、热轧等加工过程称为热塑性变形或热变形加工，将冷轧、冷
7、拉等加工过程称为冷塑性变形或冷变形加工。金属的冷变形加工与热变形加工都以金属的再结晶温度为界。低于再结晶温度变形过程称为冷变形加工，而高于再结晶温度的变形称为热变形加工。,金属的热变形,第5章 金属的塑性变形与结晶,热变形加工对金属组织与性能的影响 1. 改善材料的组织与性能 通过热变形加工，可以使钢中的气孔焊合、分散缩孔压实以及材料的致密度增加。 由于在温度与压力的作用下扩散速度加快，因而偏析可以部分消除使成分比较均匀。经过热变形加工后，一般都会使晶粒细化。当然，能否得到细小晶粒还取决于变形量、终锻温度。只要能避免临界变形度和过高的终锻温度，就可以细化晶粒，提高钢的机械性能，如表5.2所示。,金属的热变形,第5章 金属的塑性变形与结晶,热变形加工对金属组织与性能的影响 2. 纤维组织 金属内部夹杂物在高温下具有一定的塑性，在热变形的加工过程中，材料中的粗大枝晶和各种夹杂物都要沿着变形方向伸长，这样使材料中的枝晶间富集的杂质和非金属夹杂物和走向逐渐与变形方向一致，使其变成条带状、片状或片层状，在宏观分析试样上沿着变形方向呈现出一条条细线，这就是热加工钢中的金属流线。由一条条流线勾画出来的这种组织称为热变形纤维组织。,金属的热变形,第5章 金属的塑性变形与结晶,THANK YOU！,谢谢观赏,
