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1、 2-3 导热性一、热的概念什么是热、热量和热平衡a.热 组成物质的大量微观粒子(分子、原b. 子、正离子和自由电子)无规则运动c. 产生能量的一种表现称。产生热的原因： 自由电子的移动 分子、原子、正离子的振动产生能量 (内能) (热能)动能势能 2-3 导热性一、热的概念什么是热、热量和热平衡?a.a.热 组成物质的大量微观粒子(分子、原b. 子、正离子和自由电子)无规则运动c. 产生能量的一种表现称。产生热的原因： 自由电子的移动 分子、原子、正离子的振动产生能量 (内能) (热能)动能势能内能：物体内部所有分子热运动的动能与分子 势能的总和。 分子动能：由于分子热运动而具有的能。 分子
2、势能：由于分子间存在着相互作用而具有 的能。 b. 热量任何物体(系统)都具有内能,可以通 过热传递与做功(摩擦生热就是指这个， 机械能转化为热能)来提高物体内能，而 通过热传递所产生的热能就称为热量。 用Q表示热量，热量的国际单位是焦耳(J)，但习惯上常用卡(cal)。一切物体金属材料高分子材料电磁线漆电缆油等等T T 吸收热量放出热量吸热(放热)或做功包括对内对外：对内做功(吸热)，内能 温度 对外做功(放热)，内能 温度 在热传递过程中，因存在温度差，所以物体(系统)吸收或放出能量即热量。c. 热平衡 当两个(或两个以上)不同温度的物质处于热接触时，它们便交换内能，直至双方(或各方)温度
3、达致完全相等的状态称热平衡。 即： Q吸 = Q放在表示“热”时的区别：“今天天气热”中的“热”是指温度； “摩擦生热”中的“热”是指内能； “融化吸热”中的“热”是指热量。 什么是热函(比热)热函单位质量(m)的某种物质，当温度(T) 升高(或降低)1时，吸收(或放出)的 热量(Q)称为这种物质的热函(比热)。比热的表达式c = Qm(T2-T1)式中：T1 初温(K)，T2 末温(K) Q 从T1升高到T2所需的热量(能量)(J) Q0时为吸热，Q d拉力内力adPPada=d引力=斥力弹性变形恢复到变形前的状态2. 弹性变形特点具有可逆性，即外力去除后，变形完全消失;弹性变形量小，一般不
4、超过1%；应力和应变成线性关系。即虎克定律： EB=F试中： F金属变形时所受到的外力(应力) B变形(应变) E弹性模量(弹性系数)ada=d引力=斥力变形前变形后a d拉力内力adPPa d引力=斥力ad去除外力后变形(一)金属的塑性变形 塑性变形当金属受到外力作用发生变形, 去除外 力后，不能立即恢复原状的变形称。 塑性金属发生塑性变形而未引起破裂的性能称。 三、塑性1. 塑性变形的特点金属在外力作用下，金属晶体中各层原子(正离子)发生相对位移(滑移)；位移前后，原子(正离子) 与自由电子仍保持着金属键的结合力；金属发生变形(永久变形)后不受到破坏。 ad变形前变形后adPPad去除外力
5、后变形2. 塑性变形的力学基础外力 在金属材料的压力加工过程中，如忽略被加工金属物体的重量和惯性力, 则金属物体所受外力作用有三种：第一种力称作用力一般是由运动机械的作用而产生的。例如：拉线机中拉线轮的旋转拉制力(作用力)是靠线材与拉线轮间的滑动 摩擦力产生的线的运动方向拉线轮的运动方向产生的力滑动式拉线机简单示意图拉线模第二种力称反作用力这是由于工具阻碍金属向某个方 向运动而产生的力。滑动式拉线机简单示意图反拉力(反作用力)拉线模反作用方向产生的反作用力第三种力称摩擦力在任何压力加工中，变形金属和工 具之间都存在着摩擦而产生的力称。金属受到外力作用示意图摩擦力拉制力内力在外力作用下，当物体的
6、内部的原子 被迫离开平衡位置时物体内各原子之 间就会产生相互作用力称。ada=d引力=斥力变形前变形后a d拉力内力adPPa d引力=斥力ad去除外力后变形外力示意图 当某一物体受外力F1、F2 作用,处于平衡状态时，即： 外力 = 内力外力(F)是F1、F2 、F3、F4、F5、F6、F7的合力21N(法线方向的分力)A(平面)T(平行方向的分力)F1F2F3F4F5F6F7内力物体内 各原子之间的 相互作用力应力单位面积上的内力称为。外力和应力示意图= F / S (全应力)n = N / S (正应力)= T / S (切应力)全应力及其各分量的表达式：式中：S物体的某一切面面积F作用
7、于该切面上内力 的合力N切面法线方向的分力T沿平行切面方向的分力21N(法线方向的分力)A(平面)T(平行方向的分力)F1F2F3F4F5F6F73. 金属单晶体塑性变形滑移在晶体中，某一平面上的原子(晶面)与另 一平面上的原子沿一定方向发生相对位移 的现象称。以简单立方晶体结构(单晶体)为例：单晶体中的滑移a)滑移前b)沿密集方向滑移aaamnqrmn为密集方向排列qr为非密集方向排列a)b)c)aaac c c cccmnqr图a)滑移前，代表一个晶体的密集晶面，mn为密集方向; qr为非密集方向。图b)沿密集方向滑移。 若晶体上下两半沿mn切变一个原子间距a 滑移，且并没有改变晶体结构的
8、对称关系。图c)沿非密集方向滑移。 qr产生切变, 则切变量必须达到c，才能保持晶体结构不变，而ca(c=1.414a)，所需能量要大。滑移首先沿原子排列密集方向进行金属单晶体试样表面抛光 质点金属的单晶体滑移变形滑移方向切应力表面光洁度下降滑移面滑移面晶体内产生相对位移的晶面称。 它是原子排列密度最大、最紧凑的晶面。滑移方向晶格中原子排列紧密的方向。金属的单晶体滑移变形a) b) c)切应力滑移面切应力滑移带滑移带试样表面上可以见到许多互相平行的线条 (滑移线)称。滑移的特点a. 晶体的滑移大多优先发生在原子密度最大的晶 面上；即: 原子排列密度， 沿晶面的移动阻力； 切应力 ，做功能量；
9、易产生滑移a.b. 滑移后，晶体结构类型没有变化，滑移方向也 没有改变；c. 具有面心立方晶格金属材料在外力作用下，易 产生滑移。滑移面滑移面滑移面面心立方晶格体心立方晶格密排六方立方晶格滑移系 滑移面滑移方向=滑移系面心 4 3 = 12个体心 6 2 = 12个密排 1 3 = 3个如：Fe、Cu、Al 塑性好金属的常见晶格的滑移面及滑移方向4. 金属多晶体塑性变形 实际金属是多晶体，它由形状、大小、位向不同(位向不同的晶粒处于不同的应力状态)的单晶体随机排列而成。这些小单晶体称为晶粒，不规则部分称为晶界(晶间)。 这样多晶体塑性变形就存在晶内变形和晶界(晶间)变形。多晶体示意图晶内晶界晶
10、粒内部变形 晶粒内部变形是滑移和双晶(产生在体心立方晶格中)。晶粒间的变形 多晶体晶粒间的变形是移动和转动。原因：在多晶体中，各晶粒位相不同，移动的方向也可能不同; 晶粒间由晶界相互联系，由此，晶间就可能出现转动的力矩。多晶体受力示意图PP 转动的结果可以使原来不易变形的晶粒改变位相，从而有利于变形； 随变形的深入，当切应力达到晶粒移动阻力时，晶粒间就产生移动。多晶体受力示意图PP晶间变形的特点：a.晶间的移动和转动，常常造成晶粒间的联系b. 破坏，出现微裂纹，导致金属的破坏;b. 在低温下，晶间的移动 和转动发生的可能性较 小，对塑性变形的贡献 不大。一旦发生，则是 破坏的先兆;c. 在高温
11、下，晶间的移动 和转动发生的可能性较 大，对塑性变形的贡献 也大。多晶体示意图原因： 晶间晶格易产生歪扭，其原子位能比晶内大，晶间的熔点比晶内低。在高温下,易产生移动和转动。同时，由于温度高,原子位能大,能及时修补变形产生的微裂纹。故热加工比冷加工塑性大得多。多晶体示意图晶界处原子排列不规整a. 有的晶粒变形大 (滑移方向与外力方 向一致)；b. 有的晶粒变形小 (滑移方向与外力方 向相差一定的角度);c. 有的晶粒尚处于弹性 变形阶段 (滑移方向与外力方 向垂直并阻碍其它晶 粒滑移)。位向晶粒多晶体受力示意图PP晶界5. 多晶体塑性变形的特点变形的不均匀性 因此，多晶体中的各晶粒是在彼此相互
12、制约下发生着不同程度的变形, 故称多晶体变形的不均匀性。 多晶体受力示意图位向晶粒PP晶界内部存在残余应力 变形的不均匀性将造成晶粒间及晶粒内部残余应力的存在。多晶体受力示意图位向晶粒PP晶界6. 晶界的作用 多晶体塑性变形中某滑移面移动到晶界处停止，一般不能直接穿越晶界。原因：晶界处原子排列不规则和 晶界处聚集着杂质原子使 变形阻力大;晶界可以使滑移方向突然 改变(晶界两边的晶粒滑 移的方向不同发生转动 时，可改变滑移方向)。 7. 多晶体变形后组织的改变 多晶粒变形后，除在每个晶粒内部出现滑移带和双晶组织外，还可能有如下组织变化。纤维组织 多晶体拉伸变形后，晶粒显著地沿同一方向拉长，被拉长
13、呈纤维状的晶粒组织称。变形机构 多晶粒拉伸变形程度很大时，各个晶粒的位向逐渐趋于一致的组织称。多晶体受力示意图PP亚组织 在单晶体和多晶体的变形晶粒内部会形成亚晶粒称为 这是一 些位相差别较小的组织，它是由于复杂滑移和晶界的约束作用，使变形晶粒分裂而造成的。 晶粒越细，塑性越好，变形抗力越大。多晶体受力示意图晶界PP亚晶粒(二) 塑性指标 金属材料的塑性往往用伸长率()这一指标来表示。伸长率 金属材料受拉力直至拉断，所以 伸长的长度与原有长度之比称， 用百分率表示。= 100%L1L0 L0L0试样原标距长度(mm)L1试样拉断后的标距长度(mm)(三)影响塑性的因素1. 影响金属塑性的内因化
14、学成分 金属越纯，塑性 如：纯铜和铝等 组织结构a. 面心立方晶格塑性 如：铜和铝等b. 体心立方晶格塑性 如：铁等c. 密排六方晶格塑性 如：镁和钛等d. 晶粒越细，塑性2. 影响金属塑性的外部因素变形温度 变形温度对金属的塑性有很大的影响。一般规律是： 温度 ， 塑性 原因： 在变形过程中，随着温度的上升，发生了消除硬化的回复和再结晶过程，从而使那些由于塑性变形造成破坏和显微缺陷得到修复，随着温度的升高，还可能出现新的滑移系，故塑性上升。变形速度随变形速度的增加，金属塑性的变化如下图：a.当变形速度不很高时，b. 塑性随变形速度的增c. 加而下降。d.原因：e. 这是由于变形速度f. 上升
15、，产生微裂纹的可g.能性上升，而微裂纹又h.来不及修复所致。塑性指标变形速度变形速度对塑性的影响b. 当变形速度很高时，塑性随变形速度的增加 而增加。原因： 这是由于变形速度上升，产生的变形能来不及散失，而转变成物体的内能，使物体的温度升高，原子位能增大，修复微裂纹的能力上升所致。塑性指标变形速度变形速度对塑性的影响变形程度a. 冷塑性加工中，塑性随变形程度增加而下降;原因：在冷加工中的变形量达到一定程度时， 金属内部会产生明显的加工硬化现象，并 伴有微裂纹产生的现象，塑性下降 。在实 际生产中为使后续加工能顺利进行，需要 将硬化材料进行退火处理(又称热处理)。b. 热塑性加工中，塑性随变形程
16、度的增加变化 不大或几乎不变。原因：变形程度与适当的加工速度、温度条件 相配合，可以消除硬化和修补微裂纹， 使变形可以继续进行。应力状态拉应力个数越多，数值越大，金属塑性越差；压应力个数越多，数值越大，金属塑性越好。原因：a. 拉应力促进晶间变形，加速晶间破坏，而压 应力阻碍晶间变形；b. 压应力能有利消除由塑性变形引起的各种破 坏（微裂纹），而拉应力能促进各种破坏。(四) 变形抗力 1. 基本概念变形抗力在塑性加工过程中，金属抵抗塑性 变形的能力称。 在实际生产条件下，实际测得的变形抗力值包括金属真实抵抗变形的抗力和附加抗力两部分,即： = +qF S真实变形抗力(工作应力)附加抗力值(外部因素即加工类型、工具与变形物体表面及其形状)材料在线应力状态下产生屈服强度时的变形抗力2. 影响金属变形抗力的因素影响金属变形抗力的内因a. 化学成分 金属不同，变形抗力也不同。铜大于铝。 同一金属，纯度 含杂质量 变形抗力b. 组织结构晶粒越小，变形抗力晶粒越细，单位体积晶界区晶界面积 晶粒受晶界的影响 晶粒表面晶格歪扭加剧 难变形区 滑移 晶界变形困难影响金属变形抗力的外因a. 变形温度 一般
