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1、第三章第三章 金属的塑性金属的塑性变形形 金属金属经熔熔炼浇注成注成铸锭以后，通常要以后，通常要进展各种塑性展各种塑性加工，如加工，如轧制、制、挤压、冷拔、冷拔、锻压、冲、冲压等，以等，以获得具得具有一定外形、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或有一定外形、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。材，以及零件毛坯或零件。 各种加工方法各种加工方法 第一第一节、单晶体、多晶体的塑性晶体、多晶体的塑性变形形 一、塑性一、塑性变形的根本方式形的根本方式 单晶体的塑性晶体的塑性变形有两种形有两种, ,即滑移和即滑移和孪生。生。 1. 1.滑移滑移 滑滑移移是是指指在在切切应力力作作用
2、用下下，晶晶体体的的一一部部分分沿沿一一定定晶晶面面滑滑移移面面和和晶晶向向滑滑移移方方向向相相对于于另另一一部部分分发生生的的滑滑动。当当对一一单晶晶体体试样进展展拉拉伸伸时，外外力力F F在在某某晶晶面面上上产生生的的应力力可可分分解解为垂垂直直于于该晶晶面面的的正正应力力及及平平行行于于该晶晶面面的的切切应力力。正正应力力只只能能引引起起晶晶格格的的弹性性伸伸长，而而切切应力力那那么么可可使使晶晶格格在在发生生弹性性歪歪扭扭之之后后，进一一步步使使晶晶体体发生生滑滑移移。滑滑移移的的结果果会会在在晶晶体体的的外外表表留留下下滑滑移痕迹，称移痕迹，称为滑移滑移带。 滑移变形具有以下特点：
3、滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面密排面和其上密度最大的晶向密排方向进展。 滑移只能在切应力的作用下发生。 滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的间隔为原子间距的整数倍。滑移是经过位错的运动来实现的。 滑移的同时必然伴随有晶体的转动，转动的结果，使滑移面趋向与拉伸轴平行。 2.孪生 在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面孪晶面和晶向挛晶方向相对于另一部分所发生的切变称为孪生。 孪生与滑移的区别是： 1孪生所需求的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近于声速。 2孪生经过晶格切变使晶格位向改动，发生切变、位向改动的这一部分晶体称为孪晶带或孪晶。 3孪晶中每层原子沿孪生方向的相对
4、位移间隔是原子间距的分数，而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移是原子间距的整数倍。 二多晶体的塑性二多晶体的塑性变形形 1. 1.不均匀的塑性不均匀的塑性变形形过程程 在在多多晶晶体体中中，各各个个晶晶粒粒内内原原子子陈列列的的位位向向不不一一致致，这样不不同同晶晶粒粒的的滑滑移移系系的的取取向向就就会会不不同同。当当对多多晶晶体体施施以以拉拉伸伸时，作作用用在在不不同同晶晶粒粒滑滑移移系系上上的的分分切切应力力会会有有差差别，分分切切应力力最最大大的的那那些些晶晶粒粒最最先先开开场滑滑移移，有有些些晶晶粒粒所所遭遭到到的的分分切切应力力最最小小，最最难发生生滑滑移移，由由此此可可见，多多晶晶体体
5、金金属属的的塑塑性性变形形将将会会在在不不同同晶晶粒粒中中逐逐零零售售生生，是是个个不不均匀的塑性均匀的塑性变形形过程。程。 2.晶粒间位向差妨碍滑移 在多晶体中晶粒间有位向差，使变形不能同时进展。当一个晶粒发生塑性变形时，周围的晶粒如不发生塑性变形，那么必需求产生弹性变形来与之协调配合，就意味着增大了晶粒变形的抗力，妨碍滑移的进展。 3.晶界妨碍位错的运动 在多晶体中存在晶界，其原子陈列不规那么，当位错运动到这一区域附近时将会遭到晶界的妨碍而堆积起来，构成位错塞积。欲使变形继续进展，就必需求添加外力，即变形抗力增大。金属晶粒越细，同体积的晶界越多，因此变形抗力越大，金属的强度越大。 另外，金
6、属晶粒越细，在外力作用下有利于滑移和可以参与滑移的晶粒数目也越多，使一定的变形量分散在更多的晶粒之中，表现出塑性的提高。 因此，细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 三塑性三塑性变形形对金属金属组织与性能的影响与性能的影响 1. 1.塑性塑性变形形对金属金属组织构造的影响构造的影响 纤维组织构成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的添加晶粒外形发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，构成所谓纤维组织。 亚构造构成 金属经大量的塑性变形后，由于位错密度的增大和位错间的交互作用，使位错分布变得不均匀。大量的位错聚集在部分地域，并将原
7、晶粒分割成许多位向略有差别的小晶块，即亚晶粒。 形变织构的产生 由于塑性变形过程中晶粒的转动，当变形量到达一定程度70%以上时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，构成特殊的择优取向。择优取向的结果构成了具有明显方向性的组织，称为织构。 2. 2.塑性塑性变形形对金属性能的影响金属性能的影响 产生生加加工工硬硬化化景景象象 随随着着塑塑性性变形形量量的的添添加加，金金属属的的强度度、硬硬度度升升高高，塑塑性性、韧性性下下降降，这种种景景象象称称为加加工工硬硬化化，也也称称形形变强化。化。 使金属的性能产生各向异性。 影响金属的物理、化学性能 金属经塑性变形后，使电阻增大，耐蚀性降低。
8、 产生剩余应力 金属表层与心部的变形量不同会构成平衡于表层与心部之间的宏观内应力；晶粒彼此之间或晶内不同区域之间的变形不均匀会构成微观内应力；因位错等晶格缺陷增多而引起的内应力称为晶格畸变内应力。 二、塑性二、塑性变形后的金属在加形后的金属在加热时组织和性能的和性能的变形形 一回复 对变形后的金属在较低温度下进展加热，会发生回复。回复不能使金属的晶粒大小和形状发生明显的变化，故金属的强度和硬度只略有降低，塑性略有升高。工业上常利用回复过程对变形金属进展去应力退火，以降低剩余应力，保管加工硬化效果。 (二)再结晶 1. 1.再再结晶晶 当当变形形金金属属被被加加热到到较高高温温度度时，由由于于原
9、原子子活活动才才干干增增大大，晶晶粒粒的的外外形形开开场发生生变化化，被被拉拉长及及破破碎碎的的晶晶粒粒经过重重新新生生核核、长大大，变成成新新的的均均匀匀、细小小的的等等轴晶晶粒粒。这个个过程程称称为再再结晶晶。变形形金金属属发生生再再结晶晶后后，其其强度度和和硬硬度度明明显降降低低，塑塑性性和和韧性性大大大大提提高高，加加工硬化景象被消除。工硬化景象被消除。 2.再结晶温度及其影响要素 再结晶不是一个恒温过程，而是发生在一个温度范围之内。可以进展再结晶的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度与该金属的熔点有如下关系：式中的温度单位为绝对温度K。金属的熔点越高，其再结晶温度也越高。 影响
10、再结晶温度的主要要素有以下几点： 金属的预先变形程度，金属的预先变形程度越大，其晶体缺陷就越多，组织越不稳定，因此再结晶温度便越低。当预先变形程度到达一定数值之后，再结晶温度趋于定值。 金属的纯度 金属中存在的微量杂质和合金元素，特别是那些高熔点元素，经常会妨碍原子的分散和迁移，可显著提高金属的再结晶温度。 加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶温度被推迟到较高温度下发生。而保温时间越长，再结晶温度越低。 三晶粒长大 再结晶后晶粒的长大受以下几个要素的影响： 1.加热温度和时间的影响 加热温度越高，时间越长，晶粒便越大。 2.预先变形程度的影响 当变形度到达2%10%时，金属中变形极不均匀
11、，只需部分晶粒发生变形，构成的再结晶晶核少，可以充分长大，从而呵斥再结晶后的晶粒特别粗大。使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称为临界变形度。 三、金属的三、金属的热加工加工 1. 1.热加工与冷加工的区加工与冷加工的区别 凡凡在在金金属属的的再再结晶晶温温度度以以下下进展展的的塑塑性性变形形称称为冷冷加加工工；而而在在再再结晶晶温温度度以以上上进展展的的塑塑性性变形形称称为热加加工工。热加加工工通通常常不不会会带来来强化效果。化效果。 2.热加工对金属组织与性能的影响 1热加工提高了金属的致密度，明显改善资料的塑性和韧性。 2热加工可获得细小均匀、等轴的再结晶晶粒，从而使金属的力学性能全面提高。 3热加工可使各种可变形的夹杂物会沿变形方向拉长呈流线分布，也称纤维组织。热加工时应力求使流线合理分布。 4热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形方向交替地呈带状分布，称为带状组织。 带状组织会使金属资料的力学性能产生方向性，特别是横向塑性和韧性明显降低。普通带状组织可以经过正火来消除。 进入下一入下一节
