金属工艺学7

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1、O 2 成分表示法成分三角形（等边、等腰、直角三角形） (1)成分表示方法1)等边浓度三角形B BCA AA%B%C%第 五 章3 成分三角形中特殊的点和线 （1）三个顶点：代表三个纯组元； （2）三个边上的点：二元系合金的成分点； （3）平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点所代表的组元的含量一定。 （4）通过某一顶点的直线：其上合金所含由另两个顶点所代表的两组元的比值恒定。第 五 章4.浓度确定B BCA AA%B%C%1 1）确定）确定O O点的成分点的成分1）过O作A角对边的平行线2）求平行线与A坐标的截距得组元A的含量O3）同理求组元B、C的含量5. 5.浓度三角形中有特殊意

2、义的直线浓度三角形中有特殊意义的直线1 1）与某一边平行的直线）与某一边平行的直线B BC CA AA%B%C%PQ含对角组元浓度相等课堂练习课堂练习4. 4. 绘出绘出AA40%40%的的合金合金1020304050607080905. 5. 绘出绘出CC30%30%的的合金合金A AB BC C908070605040302010102030405060708090A%B%C%B BC CA AA%B%C%D Da1a2c2c12 2） 过某一顶点作直线过某一顶点作直线a1a2FEG = 一 法则与定律 （1）共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相的成分点必然

3、位于成分三角形内的同一条直线上。 （由相律可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的成分可以独立改变，另一相的成分随之改变。） （2）杠杆定律：用法与二元相同。第 五 章 图5-70三元系中的直线法则(3)两条推论 1）给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一个相的成分给定，另一个相的成分点必然位于已知成分点连线的延长线上。 2）若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。第 五 章第六节三三元元相相图图分分析析图5-70三元系中的直线法则(4) 重心定律 在一定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相律可知，此时系

4、统有一个自由度，温度一定时，三个平衡相的成分是确定的。） 平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为支点。计算方法同杠杆定律。 第 五 章2）重心法则BCAA%B%C% efd适用于三相平衡的情况适用于三相平衡的情况RLL二、匀晶相图 T（）AB固相线固相线液相线液相线单相区单相区双相区双相区匀晶转变匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变（相变）形成匀晶相图的条件形成匀晶相图的条件2组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相似1.组元在液相、固相均可完全互溶第 五 章BCA三元匀晶相图1 相图分析 点：Ta, Tb, Tc-三个纯组元的

5、熔点； 面：液相面、固相面； 区：L, , L+。 2 三元固溶体合金的结晶规律 BCA结晶过程LL t1t2液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形规律变化。（立体图不实用） 共轭线：平衡相成分点的连线。 3 投影图 （1）等温线投影图：可确定合金结晶开始、结束温度。 （2）全方位投影图：匀晶相图不必要。2h, 10-22第五章相平衡与相图-第六节三元系相图第 五 章第六节三三元元相相图图分分析析 固相面投影 液相面投影 4 等温界面（水平截面） （1）做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。 BCA第六节三三元元相相图图分分析析第 五 章（2）截面图分析 3个相区：L, , L+;

6、2条相线：L1L2, S1S2（共轭曲线）; 若干连接线：可作为计算相对量的杠杆（偏向低熔 点组元；可用合金成分点与顶点的连线近似代替；过给定合金成分点，只能有唯一的共轭连线。） 5变温截面（垂直截面） （1）做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。 （2）二种常用变温截面 经平行于某条边的直线做垂直面获得； 经通过某一顶点的直线做垂直面获得。 2h第 五 章第六节三三元元相相图图分分析析垂直截面BCACBCA（3）结晶过程分析 成分轴的两端不一定是纯组元； 注意 液、固相线不一定相交； 不能运用杠杆定律（液、固相线不是成分变化线）。(1)定出P, R, S三点的成分 本章目的： 1 阐明金属塑

7、性变形的主要特点及本质； 2 指出塑性变形对金属组织和性能的影响； 3 揭示加工硬化的本质与意义。第六章 金属及合金的塑性变形与断裂本章学习方法： 1. 了解金属的断裂。 2. 理解金属与合金的塑性变形、塑性变形对金属组织和性能的影响。重点：塑性变形对金属组织和性能的影响。6-1 金属的变形特性一 金属变形的方式及研究方法1 方式：弹性变形 塑性变形 断 裂成形失效二 工程应力应变曲线 低碳钢应力应变曲线 -典型性 分析变形过程； 强度、塑性指标的意义 e 、 s 、 b 、 、 -1； bse三 弹性模量与刚度 =E；=G；-弹性模量 意义： 拉伸曲线上，斜率； 弹性变形难易； 组织不敏感：

8、取决于原子间结合力 材料种类；晶格常数；原子间距 刚度 构件刚度：AE 弹性变形难易 材料刚度：E6-2 单晶体的塑性变形塑性变形研究思路： 基本单元单晶体变形特性 晶界影响多晶体变形特性 相界合金变形特性 塑性变形方式：滑移；孪生 F一滑移现象与滑移特点 1 滑移定义：在外力作用下，晶体相邻二部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对的平行滑动 滑移线与滑移带均为塑变后晶体表面产生的滑移台阶，但大小不同单晶体滑移示意图滑移线滑移带(100个原子间距)10000个原子间距 2 滑移特点 发生在最密排晶面， 滑移方向为最密排晶向； 只在切应力下发生，存在临界分切应力弹性伸长断裂弹性歪扭塑性变形（滑移）

9、F:拉伸轴线与滑移方向夹角:拉伸轴线与滑移面法向夹角 (Fcos)/(A/cos) F/A （cos cos ) cos cos 分切应力取向因子分切应力的大小与取向因子直接相关 什么是分切应力：临界分切应力(K)： 使滑移系开动的最小分切应力k 的影响因素： 取决于金属本性，与外力无关，取向无关 组织敏感参数：金属不纯，变形速度愈大，变形温度愈低， k愈大。什么是临界分切应力： 45时: 取向因子获最大值1/2 取向因子大软取向 或90时: 取向因子为0 ， 0， 取向因子小硬取向cos cos cos(90) cos 与K对应的即为s s的影响因素： 与k有关； 与外力取向有关: s K/

10、(cos cos ) 滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致；滑移面滑移前PP滑移后力偶 伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行方向，滑移方向旋向最大切应力方向产生转动意义： 实际金属由多晶体构成，通过晶体的转动和旋转，原来取向有利的晶粒（单晶体）经过一定量塑性变形后取向不利，停止塑性变形；原来取向不利的晶粒经过旋转、转动取向变为有利，开始塑性变形； 循环往复后可使塑性变形更均匀。 随滑移加剧，存在多滑移和交滑移现象 多滑移： 在两个及以上的滑移系上同时进行的滑移。意义：促进加工硬化 滑移的本质是借助 位错线的逐步运动。 多滑移时不同方向的位错线相

11、交割，互为阻碍难滑移 交滑移： 多个滑移面同时沿一个滑移方向进行的滑移。铝单晶体形变出现的 交滑移密排六方晶体沿基面和柱面交滑移的示意图意义： 当位错沿一个滑移面的移动受阻时，可通过攀移，转移到另一个面继续滑移 易滑移 使滑移方向灵活， 可降低脆性(1) 滑移系 一个滑移面和该面上的一个滑移方向 称为 。 每种晶格滑移系数目的多少可用来衡量滑移难易 3 滑移系及滑移系数的实际意义 （2）各晶体结构的滑移系 体心立方 (b.c.c)(110)111滑移面：110 (110), (011), (101), (110), (011), (101)滑移方向：111滑移系数：62=12 面心立方 (f.

12、c.c) (111)110滑移面：111 (111), (111), (111), (111);滑移方向：110滑移系数: 43=12密排六方：滑移面0001滑移方向1120滑移系数目： 13=3（3）滑移系数目的实际意义 判断塑性变形能力 滑移系数目愈多，塑性愈好； 滑移系数相同时，滑移方向多者塑性较好 塑性排序： 二 滑移机制原子刚性移动模型演示本片选自西安交大范群成先生作品在此表示感谢！ 理 = G=G/2； 但实 = 10-310-4 G/2； 刚性移动模型失败，应有更省力的方式 位错学说的产生 参考（刘国勋金属学原理） 二 滑移机制根据原子刚性移动模型, 依虎克定律： 位错学说滑移台

13、阶完整晶体有缺陷晶体刃位错滑移演示本片选自西安交大范群成先生作品在此表示感谢！ 1 滑移的本质： 位错学说： 晶体内部存在某类缺陷位错 塑性变形依靠位错的逐步运动。非单个位错原子列作原子间距的完整跳跃，而是位错中心附近少数原子作远小于原子间距的弹性偏移实现 实 理的原因 实际金属强度远小于理想结构金属强度。2 滑移过程中存在位错增殖 背景: 退火态位错1010m-2； 冷变形: 位错10151016m-2； 位错增殖学说DD位错源弓出蜷曲DD位错环位错源下图为Frank-Read位错源增殖机制 意义：引起滑移的位错并不消失反而增殖 位错；位错强化 3 位错在运行中产生交割与塞积，位错密度愈高，

14、交割与塞积愈严重。 不在同一滑移面上的位错相遇产生割阶 运行阻力 位错之间互为阻力 位错使、HB 的主要原因 杂质、晶界、固定位错阻碍位错运行 ，导致位错塞积三 孪生1 定义： 晶体在切应力下其一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀切变。孪晶带孪生面孪生面2 孪生特点： 孪生前后变形部分晶体位向改变，两部分之间以孪生面为镜面对称。 切变区域内与孪晶面平行的每层原子的切变量与它距孪晶面的距离呈正比，相邻原子间的相对位移为原子间距的分数倍； 存在临界分切应力: 孪 滑 变形速度极快，声响，变形量小。5-3 多晶体与合金的塑性变形晶界一 多晶体塑性变形特点 单个晶粒与单晶体一致； 各晶粒的变形

15、具不同时性： 分批、逐次。 原因：取向不同 变形具不均匀性 晶粒内部与边界、 晶粒之间（取向）。 多晶体变形抗(阻)力 单晶体 原因： 晶界阻碍位错运动； 位向差晶粒之间须协调 意义： 晶界强化金属材料强化机制之一 霍耳配奇公式： s 0Kd-1/2二 合金塑性变形特点连续网状塑性相脆性相 溶质原子阻碍变形： 第二相： 与第二相的强塑性、大小、形态、分布等有关。固溶强化 第二相塑性优于基体，则：而； 硬脆相： 分布合理，则 阻碍位错 不合理 ，则 不能塑变 应力集中 开裂 、ak甚至 第二相强化，弥散强化位错与第二相粒子的交互作用 切过机制本片选自西安交大范群成先生作品在此表示感谢！位错与第二

16、相粒子的交互作用 绕过机制本片选自西安交大范群成先生作品在此表示感谢！5-4 塑性变形对金属组织和性能的影响 一 塑性变形对组织结构影响 1 晶粒变形：等轴状拉长 形成纤维组织、带状组织。 性能各向异性原因：位错受阻后塞积、缠结亚晶界 晶粒分化为许多位向略有差异的小晶块 变形中的晶粒碎化。晶格较完整的亚晶块严重畸变区2 亚结构的细化 铸态位错密度 d = 10-2 cm； 塑变后位错密度d = 10-410-6 cm3 产生形变织构 定义： 金属塑性变形到很大程度(70%)时，晶粒发生转动，各晶粒的位向趋于一致，这种有序化的结构。 另：铸造织构 意义：性能各向异性 不利：变形不均匀，“制耳”现象获特异性能：变压器铁芯硅钢片100 难消除须控制变形量 二 塑性变形对金属性能的影响 1 产生加工硬化 定义： 随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象。 原因：位错增殖 意义： 强化手段形变强化； 有利于塑性变形均匀进行 有利于金属构件的工作安全性 不利：再变形难； 加工硬化态(=10111012cm-2)s位错 退火态( =106108cm-2)理论强度值金属须 解决办法：冷