金属材料性能与塑性变形.ppt

《金属材料性能与塑性变形.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料性能与塑性变形.ppt（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第 二二 章章金属材料的金属材料的塑性变形塑性变形与性能与性能1 材料的性能是零件设计中选材的依据，也是材料的性能是零件设计中选材的依据，也是技术工人在加工维修过程中合理选择材料以及加工技术工人在加工维修过程中合理选择材料以及加工方法的重要依据。方法的重要依据。 材料的性能包括：材料的性能包括：力学性能力学性能 （强度、塑性、硬度、冲击强度、塑性、硬度、冲击韧性和断裂韧性和断裂韧性韧性等等）工艺性能工艺性能 （铸造、锻压、焊接、切削加工和热处理等铸造、锻压、焊接、切削加工和热处理等）2 1.金属材料的损坏与塑性变形金属材料的损坏与塑性变形1.常见损坏形式常见损坏形式a）变形变形 零件在外力作

2、用下形状和尺寸所发生的变化。零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：（包括：弹性变形弹性变形和和塑性变形塑性变形）b）断裂断裂 零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。零件在外力作用下发生开裂或折断的现象。c）磨损磨损 因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。3 2.常见塑性变形形式常见塑性变形形式1）轧制）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）（板材、线材、棒材、型材、管材）板材轧制板材轧制42）挤压）挤压 （低碳钢、有色金属等型材）（低碳钢、有色金属等型材）53）拉拔）拉拔 （碳钢、有色金属等线材、型材、管材）（碳钢、有色

3、金属等线材、型材、管材）线材拉拔线材拉拔管材拉拔管材拉拔64）锻压）锻压 （碳钢、合金钢、特种钢坯料）（碳钢、合金钢、特种钢坯料）自由锻自由锻模锻模锻75）冷冲压）冷冲压 （低碳钢、合金钢板材）（低碳钢、合金钢板材）8一、一、塑性变形塑性变形的的基本概念基本概念1.载荷载荷（1）定义）定义 金属材料在加工及使用过程中所受的外力。金属材料在加工及使用过程中所受的外力。（2）类型）类型 根据载荷作用性质不同：根据载荷作用性质不同： a）静载荷静载荷 没有变化；没有变化； b）动载荷动载荷 瞬间变化；瞬间变化； c）交变载荷交变载荷不断变化。不断变化。9 根据根据载荷作用性质不同：载荷作用性质不同：

4、 a）拉深拉深载荷载荷 -拉力拉力 b）压缩压缩载荷载荷 压力压力 c）弯曲弯曲载荷载荷 -弯力弯力 d）剪切剪切载荷载荷-剪切剪切力力 e）扭转扭转载荷载荷-扭转扭转力力102.内力内力（1）定义）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。（2）大小）大小 内力内力大小与大小与外力外力相等。相等。（3）注意）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。内力和外力不同于作用力和反作用力。113.3.应力应力（1）定义）定义 单位面积上所受到的力。单位面积上所受到的力。

5、（2）计算公式）计算公式 = F/ S（ MPa/mm2 ）式式中中： 应力；应力； F 外力；外力； S 横横截面面积。截面面积。12二、金属的变形二、金属的变形 金属在金属在外力外力作用下的变形三阶段：作用下的变形三阶段： 弹性弹性变形变形 弹弹-塑性塑性变形变形 断裂。断裂。1.特点特点 弹性变形弹性变形： 金属金属弹性弹性变形后其组织和性能变形后其组织和性能不发生变化不发生变化。 塑性变形：塑性变形： 金属经塑金属经塑性性变形后其组织和性能变形后其组织和性能将发生变化将发生变化。2.变形原理变形原理 金属在金属在外力外力作用下，发生塑作用下，发生塑性性变形是由于晶体内部变形是由于晶体内

6、部 缺陷缺陷位位错错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。133.影响因素影响因素1）晶粒位向的影响晶粒位向的影响 由于由于多晶体多晶体中各个晶粒的位向不同，在中各个晶粒的位向不同，在外力外力作用下，作用下， 将产生有利和不利的不均匀的变形，导致将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应内应力力 的产生的产生。2）晶界的作用晶界的作用 晶界晶界阻碍位阻碍位错错运动运动，使金属的，使金属的塑性变形阻力增大。塑性变形阻力增大。3）晶粒大小的影响晶粒大小的影响 单位体积内单位体积内金属金属晶粒晶粒越细小，越细小，晶界晶界越多，越多，金属金属越难越难进行进行塑性变形

7、塑性变形，获得获得细细晶晶强化。强化。 是是金属材料金属材料获得获得强韧化强韧化的重要手段的重要手段。14三、金属材料的冷塑性变形与加工三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化硬化1.冷塑性变形结果冷塑性变形结果 外部：外部：晶粒形状发生变化晶粒形状发生变化沿着变形方向被压扁或拉长；沿着变形方向被压扁或拉长； 内部内部: 晶粒内部晶粒内部位位错密度增加，错密度增加，晶晶格畸变加剧；格畸变加剧； 性能性能: : 金属金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。强度和硬度提高，塑性和韧性下降。 这种现象这种现象称为称为“形变形变强强化化”或或“加工加工硬化硬化”。152.加工加工硬化的应用硬化的应用 对于不能通

8、过热处理强对于不能通过热处理强化的金属是一种重要的化的金属是一种重要的强强化手段，可提高材料化手段，可提高材料抗突然超载的能力抗突然超载的能力。意义：意义： 1）是一种材料强化手段）是一种材料强化手段形变强化形变强化； 2）有利于塑性变形均匀进行；）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。）有利于金属构件的工作安全性。163.加工加工硬化的不利硬化的不利1）影响材料力学性能）影响材料力学性能不利：不利：使得再变形困难；使得再变形困难； 使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。解决办法：解决办法： 在冷加工之间进行中间热处理在冷加工之间进行中

9、间热处理再结晶再结晶退火。退火。2）影响材料物理性能和化学性能）影响材料物理性能和化学性能不利：不利：电阻增加，电阻增加，导电、导磁性导电、导磁性下降；下降； 化学活性增大；耐腐蚀性下降。化学活性增大；耐腐蚀性下降。解决办法：解决办法：去应力去应力退火退火 。 172.金属的力学性能金属的力学性能1.定义：定义： 金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下金属材料在承受外力（静、冲击、交变）作用下，没没有超过许可变形或不破坏的能力有超过许可变形或不破坏的能力称作称作金属的力学性能。金属的力学性能。2.力学性能指标力学性能指标 主要主要包括：包括： 强度、塑性、硬度、冲击强度、塑性、硬度、冲击韧

10、性、疲劳韧性、疲劳强度。强度。力学性能指标力学性能指标是选择、使用金属材料的重要是选择、使用金属材料的重要依据依据。18一、强度强度1）定义定义 金属在静金属在静载荷作用下载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。抵抗永久变形和断裂的能力。2）分类分类 根据载荷作用方式不同：根据载荷作用方式不同： a a）抗拉抗拉强度强度主要的常用强度指标；主要的常用强度指标； b b）抗压抗压强度；强度； c c）抗剪抗剪强度；强度； d d）抗扭）抗扭强度；强度； e e）抗弯）抗弯强度。强度。191.拉伸试样拉伸试样 形状：根据国家标准形状：根据国家标准（GB/T2282002） 有：圆形、矩形、六方形。有：

11、圆形、矩形、六方形。202.力力-伸长曲线伸长曲线（F L） 表示：表示：拉拉力与力与伸长量伸长量之间的关系之间的关系曲线。曲线。 拉伸过程：拉伸过程： 弹性弹性变形阶段变形阶段 屈服屈服阶段阶段 强化阶段强化阶段 缩颈阶段缩颈阶段 断裂。断裂。 断裂形式：断裂形式： 韧性韧性断裂断裂纤维状纤维状断口 脆脆性性断裂断裂冰糖块状冰糖块状断口 疲劳疲劳断裂断裂贝壳状贝壳状断口 拉伸曲线图拉伸曲线图213.强度指标（强度指标（ e ；s ；b）1）弹性极限弹性极限定义：定义：指在外力作用下由弹性变形过渡到弹指在外力作用下由弹性变形过渡到弹- -塑性变形时的应力。塑性变形时的应力。或或指完全卸载后不产

12、生永久变形时所能承受的最大应力。指完全卸载后不产生永久变形时所能承受的最大应力。公式：公式：式中：式中： Fe 试样不出现任何明显塑性变形时所受的最大载荷，试样不出现任何明显塑性变形时所受的最大载荷， 即拉伸曲线中即拉伸曲线中e点所对应的外力（点所对应的外力（N）；）； S0 试样原始横截面面积（试样原始横截面面积（mm2）。）。222）屈服屈服强度强度定义：定义：-指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小应力。公式：公式：式中：式中： Fs-试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷，试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷， 即拉伸曲线中即拉伸曲线中S点

13、所对应的外力（点所对应的外力（N）；）； S0 -试样原始横截面面积（试样原始横截面面积（mm2）。）。23对于大多数没有明显的对于大多数没有明显的屈服现象的屈服现象的金属材料金属材料。定义：定义：条件条件屈服屈服强度：强度： （ 0.2 ） 规定：规定：产生产生0.2%残余伸长时的应力作为残余伸长时的应力作为条件屈服条件屈服强度。强度。指出：指出： 是工程技术中最重要的机械性能指标之一；是工程技术中最重要的机械性能指标之一； 是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。是设计零件时作为选用金属材料的重要依据。243）抗拉强度抗拉强度定义：定义：指在外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的指在

14、外力作用下由产生大量塑性变形到断裂前所承受的 最大应力，故又称最大应力，故又称强度极限强度极限。公式：公式：式中：式中： Fb 指试样被拉断前所承受的最大外力，指试样被拉断前所承受的最大外力， 即拉伸曲线上即拉伸曲线上b点所对应的外力（点所对应的外力（N）。）。 S0 试样原始横截面面积（试样原始横截面面积（mm2）25二二、塑性指标塑性指标（ %； %）定义：定义： 塑性塑性材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力。(1)(1)断后伸长率断后伸长率 公式：公式： % = = （Lu- L0）/L0 100% 式中：式中： L0试样原标距的长度（试样原标距

15、的长度（mm） Lu试样拉断后的标距长度（试样拉断后的标距长度（mm）(2)(2)断面收缩率断面收缩率 公式：公式： % = = （S0 - Su）/S0 100% 式中：式中： S0试样原始横截面面积（试样原始横截面面积（mm2） Su试样拉断后试样拉断后缩颈缩颈处的最小横截面面积（处的最小横截面面积（mm2）规律：规律：（ % ； % ）的数值的数值越大，表示其越大，表示其塑性塑性越好；越好； 良好的塑性是金属材料进行塑性加工的良好的塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件必要条件。26三三、硬度指标硬度指标1.1.定义：定义： 硬度硬度金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。金属材料抵抗其

16、它更硬的物体压入其内的能力。 它是材料性能的一个它是材料性能的一个综合物理量综合物理量。表示金属材料在一个小。表示金属材料在一个小 的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。2.实验方法实验方法1）布氏硬度布氏硬度（HB）；2）洛氏硬度洛氏硬度（HR）；3）维氏硬度（维氏硬度（HV）271.1.布氏硬度（布氏硬度（HB）1 1）定义定义 使用一定直径的钢球（使用一定直径的钢球（D= =1.588mm），），以规定实验力压入以规定实验力压入试样表面，并保持规定时间（试样表面，并保持规定时间（t = =1030s）后卸除实验力，然后测后卸除实验

17、力，然后测量表面压痕直径（量表面压痕直径（d），），再查相应的表（再查相应的表（压痕压痕硬度对照表硬度对照表）得到）得到测定的硬度值。测定的硬度值。 压痕直径（压痕直径（d）越小，数值越大，表示硬度越高。）越小，数值越大，表示硬度越高。282 2）应用范围）应用范围 主要用于：测定主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理调质处理后的各种软钢或后的各种软钢或硬度较低的硬度较低的 材料。材料。3 3）优、缺点）优、缺点 优点：优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；性能；适适合对毛坯及半成品测定。合对毛坯及半

18、成品测定。 缺点：缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料；操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不压痕较大不适适合对成品及薄壁零件的测定。合对成品及薄壁零件的测定。292.洛氏硬度洛氏硬度（HR）生产上应用较广泛生产上应用较广泛1 1）定义定义 采用采用金刚石金刚石压头压头直接测量直接测量压痕深度来表示材料的压痕深度来表示材料的硬度值。硬度值。2 2）表示方法）表示方法例：例：45HRC表示：表示：测得洛氏硬度值为测得洛氏硬度值为45；数值越大，表示硬度越高。数值越大，表示硬度越高。303 3）常用洛氏硬度标尺及适用范围）常用洛氏硬度标尺及适用范围标尺标尺 压头压头 总载荷总

19、载荷/Kg 有效值有效值 被测试材料被测试材料HRA 金刚石（圆锥体） 100 6085 硬质合金、表面淬火钢HRC 金刚石（圆锥体） 150 2067 一般淬火钢4 4）优、缺点）优、缺点优点：优点：操作简单、快速，可直接在表盘上读出硬度值，操作简单、快速，可直接在表盘上读出硬度值， 适宜测定适宜测定成品及较薄零件及成品及较薄零件及硬度高的材料；硬度高的材料；缺点：缺点：但由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材料中有偏析但由于压痕较小，硬度代表性差些，如果材料中有偏析 或组织不均匀的情况，测得的硬度值重复性较差，或组织不均匀的情况，测得的硬度值重复性较差， 一般要求在不同部位一般要求在不同部位

20、测试多次，并取平均测试多次，并取平均值。值。313.3.维氏硬度（维氏硬度（HV）1 1）特点：特点： 压头为金刚石的压头为金刚石的正四棱锥体正四棱锥体，根据压痕单位面积上的载荷，根据压痕单位面积上的载荷 来计算硬度值。来计算硬度值。 根据试样大小、厚薄选择载荷：（根据试样大小、厚薄选择载荷：（F=0.0989.8N） 适合测定适合测定极薄试样极薄试样表面的硬度和表面表面的硬度和表面硬化层硬化层的的硬度高低。硬度高低。2 2）表示方法：表示方法： 例：例：640HV30 表示：实验力：表示：实验力：30Kg；时间：时间：1015s 表面的表面的硬度值：硬度值：640HV 同样数值越大，表示硬度

21、越高。同样数值越大，表示硬度越高。32四、冲击韧性四、冲击韧性 （瞬间动载荷）（瞬间动载荷）331）定义定义 金属材料抵抗金属材料抵抗冲击载荷冲击载荷作用而不破坏的能力。作用而不破坏的能力。 常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性。常用一次摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性。2）冲击试样尺寸和形状冲击试样尺寸和形状 尺寸：尺寸：10mm 10mm 55mm 形状：形状：U形形 - 脆性材料脆性材料 V形形 - 韧性材料韧性材料3）表示方法）表示方法 ak = AK /S0 （Jcm-2） 式中：式中： Ak冲断试样所消耗的冲击功冲断试样所消耗的冲击功（J） So试样缺口处的横截面面积试

22、样缺口处的横截面面积（cm2） 可知：可知：ak值值越大，表示材料的越大，表示材料的冲击韧性冲击韧性越好。越好。34五、五、疲劳疲劳强度强度（-1） 1.1.定义：定义： 疲劳强度疲劳强度当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不 致引起断裂的最大应力。致引起断裂的最大应力。2.表示方法：表示方法： 通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上进行通常在旋转对称弯曲疲劳试验机上进行-1的测定的测定 。 循环基数（循环基数（N）：一般钢材：一般钢材： N= 107， 有色金属和某些超高强度钢：有色金属和某些超高强度钢： N=108。353.产生疲劳断裂破坏的原因产生疲

23、劳断裂破坏的原因 一般认为：一般认为： 是由于材料内部有夹杂、表面划痕及其它能引是由于材料内部有夹杂、表面划痕及其它能引 起应力集中的缺陷。起应力集中的缺陷。 据统计：约有据统计：约有80的机件失效为疲劳断裂破坏。的机件失效为疲劳断裂破坏。4.破坏的形式破坏的形式 通常在疲劳破坏前通常在疲劳破坏前没有明显的变形没有明显的变形，断裂前，断裂前没有没有预兆预兆，所以疲劳破坏经常造成，所以疲劳破坏经常造成重大事故重大事故。365.改善方法：改善方法：1）合理选择材料；）合理选择材料；2）细化晶粒；）细化晶粒；3）均匀组织；）均匀组织；4）减少材料内部缺陷；）减少材料内部缺陷；5）改善零件的结构形式；

24、）改善零件的结构形式；6）减少零件的表面粗糙度，提高表面光洁度；）减少零件的表面粗糙度，提高表面光洁度；7）采取各种表面强化的方法（例：表面淬火，喷丸等）采取各种表面强化的方法（例：表面淬火，喷丸等）373.金属单晶体的塑性变形金属单晶体的塑性变形1.塑性变形方式：滑移；孪生塑性变形方式：滑移；孪生2.滑移及相关概念滑移及相关概念 滑移：滑移： 晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对另一部分发生相晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对另一部分发生相对的平行滑动，滑动的距离为原子间距的整数倍。这种变形对的平行滑动，滑动的距离为原子间距的整数倍。这种变形方式称为方式称为。38 滑移特点滑移特点 发生在

25、最密排晶面，滑移方向为最密排晶向；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，存在临界分切应力只在切应力下发生，存在临界分切应力k 。断裂断裂弹弹性性伸伸长长弹弹性性歪歪扭扭塑性变形塑性变形（滑移滑移）39 滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数 倍，但滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致倍，但滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致；影响影响k 的因素：的因素： 取决于金属本性，与外力无关，取向无关；取决于金属本性，与外力无关，取向无关； 组织敏感参数：组织敏感参数： 当金属不纯，变形速度愈大，当金属不纯，变形速度愈大， 变形温度愈低，变

26、形温度愈低，k 愈大。愈大。影响影响s的因素：的因素： 主要与主要与k 有关；有关； 与外力及取向有关。与外力及取向有关。 40 伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行的方向，伴随晶体的转动和旋转，滑移面转向与外力平行的方向， 滑移方向旋向最大的切应力方向；滑移方向旋向最大的切应力方向；滑移面滑移面滑移前滑移前PP滑移后滑移后力偶力偶413.滑移系及滑移系数的实际意义滑移系及滑移系数的实际意义（1）各晶体结构的滑移系）各晶体结构的滑移系 体心立方体心立方 (b.c.c) 面心立方面心立方 (f.c.c)(110)111(111)110滑移面：滑移面：110 (110)、(011)、(101

27、) (110)、(011)、(101)滑移方向：滑移方向：111滑移系数：滑移系数：62=12滑移面：滑移面：111 (111)、(111)、(111)、(111)滑移方向：滑移方向：110滑移系数滑移系数: 43=1242（2）滑移系数目的实际意义）滑移系数目的实际意义判断塑性变形能力判断塑性变形能力 滑移系数目愈多，塑性愈好；滑移系数目愈多，塑性愈好； 滑移系数相同时，滑移方向多则表示塑性较好。滑移系数相同时，滑移方向多则表示塑性较好。 塑性变形的能力比较：塑性变形的能力比较：f.c.cb.c.ch.c.p434.孪生孪生 晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（孪生面）产生一定角度的切

28、变。444.金属多晶体的塑性变形金属多晶体的塑性变形特点：特点： 单个晶粒与单晶体一致；单个晶粒与单晶体一致； 各晶粒的变形具有不同时性：分批、逐次。各晶粒的变形具有不同时性：分批、逐次。 原因：取向不同。原因：取向不同。 变形具有不均匀性变形具有不均匀性: 晶粒内部与边界或晶粒之间。晶粒内部与边界或晶粒之间。晶界晶界45 多晶体变形抗多晶体变形抗(阻阻)力力 单晶体单晶体 晶界阻碍位错运动；晶界阻碍位错运动； 位向差位向差晶粒之间须协调晶粒之间须协调 意义：意义： 产生产生晶界强化晶界强化465. 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响1、 塑性变形对组织结构影响塑性变

29、形对组织结构影响（1）晶粒变形：等轴状）晶粒变形：等轴状拉长成纤维组织、带状组织拉长成纤维组织、带状组织 性能各向异性性能各向异性（ 2）亚结构的细化）亚结构的细化 铸态：铸态：d = cm；塑变后：塑变后：d = cm 原因：位错受阻后塞积、缠结原因：位错受阻后塞积、缠结亚晶界亚晶界 晶粒分化为许多晶粒分化为许多 位向略有差异的小晶块。位向略有差异的小晶块。 变形中的晶粒碎化变形中的晶粒碎化47（3） 产生形变织构产生形变织构定义定义：金属塑性变形到很大程度（金属塑性变形到很大程度（70%）时，晶粒发生转）时，晶粒发生转 动，各晶粒的位向趋于一致，形成有序化的结构。动，各晶粒的位向趋于一致，

30、形成有序化的结构。有利有利：增加导磁性，制成高等级硅钢片。增加导磁性，制成高等级硅钢片。轧制方向轧制方向48不利不利：织构造成性能各向异性，使得变形不均匀，冲压产品易织构造成性能各向异性，使得变形不均匀，冲压产品易 产生产生“制耳制耳”现象。现象。492、 塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响1 . 加工硬化加工硬化 定义：定义： 随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象韧性明显下降的现象。50原因：位错增殖理论原因：位错增殖理论 。意义：意义： （1）纯金属的强化手段）纯金属的强化手段形变强化；形变强化； （2）有利于塑性变形

31、均匀进行；）有利于塑性变形均匀进行； （3）有利于金属构件的工作安全性；）有利于金属构件的工作安全性；不利：再变形困难不利：再变形困难 解决办法：在冷加工之间进行再结晶退火。解决办法：在冷加工之间进行再结晶退火。51 第一类第一类内应力内应力宏观内应力宏观内应力 工件不同部位工件不同部位1%； 第二类第二类内应力内应力微观内应力微观内应力 晶粒之间或晶内不同区域晶粒之间或晶内不同区域910%； 第三类第三类内应力内应力点阵畸变点阵畸变(位错、空位位错、空位) 是变形金属中的主要内应力，也使金属强化的主要原因。是变形金属中的主要内应力，也使金属强化的主要原因。 8090%；3.残余应力消除方法：

32、去应力退火残余应力消除方法：去应力退火4.残余应力的应用：喷丸处理残余应力的应用：喷丸处理产生压应力提高表面强度。产生压应力提高表面强度。2 产生残余应力产生残余应力525. 性能出现方向性性能出现方向性 形变织构，形变织构，形变量形变量70%6. 其它性能的影响其它性能的影响 物理：电阻物理：电阻，导电、导磁性，导电、导磁性 化学：化学活性化学：化学活性，耐蚀性，耐蚀性 消除：消除： 去应力退火去应力退火 536 金属及合金的回复与再结晶金属及合金的回复与再结晶1.形变金属与合金在加热过程中的变化形变金属与合金在加热过程中的变化 （1）组织转变的原因：）组织转变的原因： T Ac1 ：相变驱

33、动力（体积自由能）相变驱动力（体积自由能） TT再再 理论：理论：T再再0.4T熔熔；实际；实际: T再再+100200 显微组织显著变化显微组织显著变化 形成等轴无畸变新晶粒；形成等轴无畸变新晶粒； 亚结构：位错密度大大降低；亚结构：位错密度大大降低； 性能显著变化：性能显著变化： HB、b；%、% 内应力完全消除。内应力完全消除。584.影响影响T再再的因素的因素 T熔熔 ： T熔熔， T再再 如：如：Fe: 1538 450; Sn: 200 0; W: 3300 1200 原因：原子间结合力强，难扩散。原因：原子间结合力强，难扩散。 纯度：纯度： 纯度纯度，杂质量，杂质量 ，T再再 变

34、形程度：变形程度： 变形程度变形程度，T再再 原因：储存能原因：储存能，驱动力，驱动力。595.晶粒长大晶粒长大 随着：随着：T，t，晶粒不断长大。晶粒不断长大。 （1） 驱动力：驱动力： 界面能界面能 （2） 长大方式：长大方式： “大吃小大吃小”； 晶界拉直晶界拉直: 呈呈120， 形成近六边形晶粒（直晶界最稳定，是一个自发过程）。形成近六边形晶粒（直晶界最稳定，是一个自发过程）。60616.影响再结晶晶粒度的因素影响再结晶晶粒度的因素（1）加热温度：）加热温度：T，d 原因：原子扩散能力强，晶界易迁移。原因：原子扩散能力强，晶界易迁移。（2）预先变形量：均匀度）预先变形量：均匀度 = 1

35、090%：、d； = 210%：异常长大；异常长大； 90%： 异常长大异常长大 。 原因：原因： a.驱动力因素驱动力因素 b.形核因素形核因素 c.形变织构因素形变织构因素 形成二次再结晶：形成二次再结晶： 当形变量很大时当形变量很大时(9095%)或在较高或在较高 温度下某些晶粒的异常长大过程。温度下某些晶粒的异常长大过程。 尽量避开临界变形量（尽量避开临界变形量（210%） 62（3）合金元素、杂质及第二相质点存在，均阻碍晶界运动）合金元素、杂质及第二相质点存在，均阻碍晶界运动 细化；细化； 并且分布愈弥散、细小、量多并且分布愈弥散、细小、量多细化效果好。细化效果好。（四）再结晶退火的

36、应用（四）再结晶退火的应用 目的：目的： 中间退火：消除加工硬化中间退火：消除加工硬化 冷拔冷拔Fe-Cr-Al电阻丝生产中：采用氢气保护再结晶退火电阻丝生产中：采用氢气保护再结晶退火 无相变金属的细晶强化（如：无相变金属的细晶强化（如：Al、Cu等）等） 冷塑变冷塑变 + 再结晶退火再结晶退火获得细化的再结晶晶粒获得细化的再结晶晶粒637 金属的热加工金属的热加工（1）金属热加工与冷加工区别）金属热加工与冷加工区别 金属学概念金属学概念 热加工：热加工：T T再再； 冷加工：冷加工： T T再再； 冷、热加工的相对性冷、热加工的相对性 例：例：W 在在1000的加工为非热加工；的加工为非热加

37、工； Sn、Pb 在室温的加工为热加工；在室温的加工为热加工；（2）热加工对组织与性能影响）热加工对组织与性能影响 1）消除铸态组织缺陷：）消除铸态组织缺陷： （a）气孔、疏松、微裂纹的焊合气孔、疏松、微裂纹的焊合组织致密化；组织致密化； （b）破碎粗大的铸态晶粒，经再结晶过程破碎粗大的铸态晶粒，经再结晶过程晶粒细化；晶粒细化； （c）减轻枝晶偏析减轻枝晶偏析 实际热加工温度远高于再结晶温度实际热加工温度远高于再结晶温度 成分均匀化成分均匀化 使得塑韧性使得塑韧性，因此热加工组织优于铸态组织。，因此热加工组织优于铸态组织。642 ）经热锻与热轧可改善第二相、夹杂的分布）经热锻与热轧可改善第二相

38、、夹杂的分布 形成纤维组织（流线）形成纤维组织（流线） ：使铸态组织的：使铸态组织的 枝晶偏析、夹杂枝晶偏析、夹杂物分布，沿加工方向延伸形成细碎的组织物分布，沿加工方向延伸形成细碎的组织流线与力性方流线与力性方向分布合理。向分布合理。653 缺陷：形成带状组织与区域偏析组织缺陷：形成带状组织与区域偏析组织带状组织：复相合金中各个相沿热加工方向交替呈带或层状带状组织：复相合金中各个相沿热加工方向交替呈带或层状 组织，组织，使钢的横向塑性和冲击韧性明显下降。使钢的横向塑性和冲击韧性明显下降。区域偏析组织：区域偏析组织： (成分偏析、夹杂物分布成分偏析、夹杂物分布)沿加工方向延伸形沿加工方向延伸形

39、成的组织成的组织 力性的各向异性力性的各向异性（金属流线组织）（金属流线组织）（带状组织（带状组织 ）661.金属的工艺性能金属的工艺性能 表示金属材料表示金属材料物理、化学物理、化学性能和性能和力学性能力学性能在加工过在加工过程中的程中的综合反映综合反映，是指是否易于进行冷、热加工的性能。，是指是否易于进行冷、热加工的性能。具体表现在：具体表现在： 结构结构合理性；合理性；选材选材合理性；合理性；加工方法加工方法合理性。合理性。 流动性 塑性 67 （金属材料的一般加工过程）（金属材料的一般加工过程）冶炼冶炼铸件铸锭铸造热锻板材、棒材、型材、管材板材、棒材、型材、管材焊接机加工热轧锻件锻件机

40、加工机加工零件零件冷轧、冷拔、冷冲68 金属材料的金属材料的工艺性能工艺性能 主要包括： 铸造性能；铸造性能； 锻压性能；锻压性能； 焊接性能；焊接性能； 切削加工性能；切削加工性能； 热处理性能。热处理性能。 69 一、一、铸造性能铸造性能 1.1.定义：定义： 是指铸造成形过程中获得外形正确、内部健全是指铸造成形过程中获得外形正确、内部健全 铸铸件的能力。件的能力。 70铸造产品铸造产品71铸造产品铸造产品722.2.相关指标：相关指标：（流动性、收缩性、偏析倾向性流动性、收缩性、偏析倾向性）1）流动性）流动性 液态合金充满型腔，获得形状完整轮廓液态合金充满型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件

41、的能力。清晰的铸件的能力。 在常用在常用铸造合金中：铸造合金中： 灰灰铸铁铸铁 铝合金铝合金 铸钢。铸钢。 732）收缩性）收缩性 铸造合金由液态凝固和冷却到室温的过铸造合金由液态凝固和冷却到室温的过程中，体积和尺寸减小的现象。程中，体积和尺寸减小的现象。 在铁碳在铁碳合金中：合金中： 灰口灰口铸铁铸铁 铸钢。铸钢。 743 3）偏析倾向性）偏析倾向性 金属金属凝固后，内部化学成分和组织不凝固后，内部化学成分和组织不均匀的现象。均匀的现象。 产生危害：产生危害： 使得铸件各部分的力学性能产生使得铸件各部分的力学性能产生很大差异，降低铸件质量。很大差异，降低铸件质量。 大型铸件大型铸件 小铸铸件

42、小铸铸件 。75二、锻压性能二、锻压性能1.1.定义：定义： 用用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度。锻压成形方法获得优良锻件的难易程度。762.相关指标：相关指标：1）塑性塑性（ % ； % ） ；2）变形抗力。变形抗力。 材料的塑性材料的塑性越越好，变形抗力好，变形抗力越越小小,金属的金属的锻压性能锻压性能越越好。好。 一般：一般： 纯纯金属金属 合金；合金； 在铁在铁- -碳碳合金中：合金中： 低低碳碳钢钢 中碳中碳钢钢 高高碳碳钢；钢； 在合金钢中：在合金钢中：低低合金钢合金钢 中中合金钢合金钢 高高合金钢。合金钢。77三、焊接性能三、焊接性能1.1.定义：定义： 焊接焊接是一门材料连

43、接技术，通过物理化学过程使分离的材料是一门材料连接技术，通过物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的作用力而连接在一起产生原子或分子间的作用力而连接在一起。 焊接性焊接性是指是指金属材料对焊接加工的适应性。金属材料对焊接加工的适应性。78 焊接性能好坏主要与焊接性能好坏主要与金属材料的金属材料的化学成分化学成分有关有关, ,其中其中以以碳碳的影响最大，通常以的影响最大，通常以碳当量碳当量大小进行判断。大小进行判断。 根据根据IIW提供提供碳当量碳当量公式公式： CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Cu+Ni）/15（%） 对对金属材料金属材料焊接性能好坏预先作出判断。焊接性能好坏预

44、先作出判断。一般情况：一般情况： 低低碳碳钢好焊；钢好焊； （CE0.4） 中碳中碳钢难焊；钢难焊； （CE0.40.6%） 高高碳碳钢不好焊。钢不好焊。（CE0.6%）79 大型热壁加氢反应器大型热壁加氢反应器( (釜釜) ) （总重量达千吨级、壁厚为总重量达千吨级、壁厚为280mm）80南京奥体中心的南京奥体中心的钢结构钢结构81四、切削加工性能四、切削加工性能1.定义：定义： 切削切削金属材料的难易程度称为金属材料的难易程度称为切削加工性能。切削加工性能。2.衡量标准：衡量标准：1） 切削速度；切削速度；2）切削抗力大小；切削抗力大小；3）断屑能力；断屑能力；4）刀具的耐用度；刀具的耐用

45、度；5）加工后的表面粗糙度。加工后的表面粗糙度。823.影响因素：影响因素：1）化学成分；化学成分；2）组织状态；组织状态；3）硬度；硬度；4）韧性；韧性； 5）导热导热性；性；6）形变强化。）形变强化。一般认为：一般认为： 材料具有适当材料具有适当硬度和一定脆性，硬度和一定脆性，切削加工性能较好。切削加工性能较好。 灰口铸灰口铸铁铁钢铁钢铁83五、热处理性能五、热处理性能1.定义：定义： 通过通过热处理热处理除了除了能能改善钢铁材料的切削加工性能；改善钢铁材料的切削加工性能； 更为重要也更为重要也能能改善钢铁材料力学性能的重要途径。改善钢铁材料力学性能的重要途径。2.热处理性能热处理性能： 包括钢的：淬透性；包括钢的：淬透性； 淬淬硬硬性；性； 过热敏感性；过热敏感性； 氧化脱碳倾向氧化脱碳倾向； 变形开裂倾向；变形开裂倾向； 回火回火脆性脆性倾向。倾向。 一般：钢铁材料含碳量一般：钢铁材料含碳量越越高，高，淬淬硬硬性性越越好，好， 但变形和开裂的倾向但变形和开裂的倾向越越大。大。84