《金属材料》教案-第三章 金属的塑性变形与再结晶.doc

课程名称：《工程材料》 第 周，第 讲次 摘 要 授课题目 （章、节） 第三章 金属的塑性变形与再结晶 第一节 金属的塑性变形 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 变形组织在加热时的组织和性能变化 金属的热加工 第五节 超塑性 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】1.了解金属的塑性变形过程； 　　　　　　2.掌握加工硬化现象； 　　　　　　3.熟悉冷变形金属在加热过程中组织与性能的变化； 　　　　　　4.掌握冷加工与热加工的区别。 【重 点】1. 金属塑性变形本质； 　　　　　　2. 冷塑性变形对金属材料的组织和性能的影响； 3. 经冷变形的金属，在加热时的组织和性能的变化； 4.冷加工与热加工的区别； 【难 点】加工硬化产生的原因及在生产中的利弊，回复和再结晶现象，细晶粒钢强度高、 塑性好的原因。 内 容 【本讲课程的引入】 在工业生产中，许多金属零件都要经过压力加工，如锻造、轧制、拉丝、挤压、冲压和切削成形，压力加工的一个基本特点就是金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。 生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工；了解金属的塑性变形过程中组织和性能的变化规律，不仅对改进金属材料的加工工艺，而且对发挥材料的性能潜力，提高产品质量都具有重要意义。 金属的塑性变形可分为冷塑性变形和热塑性变形两大章，在这章里我们主要讲金属的冷塑性变形。 【本课程的内容】 第一节 金属的塑性变形 大家都知道实际金属材料都为多晶体，为了解多晶体金属材料的塑性变形过程，不防先看一下单晶体是怎样发生塑性变形的。 一、单晶体的滑移变形 金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生”等不同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。下面我们具体看一下单晶体塑性变形的基本方式——滑移。 1.滑移的表象 发生了滑移的金属试样从表面上看是什么样？ 图3-1 滑移 如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在光学显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移产生的台阶，这些条纹称为“滑移线”，在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑移线群的集合体，称为“滑移带”。同时还能看到滑移带在晶体上的分布是不均匀的,如图3-1所示。 所以说，单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀的。因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏观上的体现。 2.滑移的机理 前面分析已经知道，晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。但晶体内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的原子偏离了平衡位置，这些原子有力求达到平衡的趋势。当晶体受外力作用时，位错（刃型位错）将垂直于受力方向，沿着一定的晶面和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个原子间距的滑移量，如图3-2所示。一个滑移带就是上百个或更多位错移动到晶体表面所形成的台阶。 图3-2 滑移机理示意图 3.晶体的滑移面、滑移方向及滑移系 前面的分析知道，晶体上的滑移带分布是不均匀的，即塑性变形时，位错只沿一定的晶面和一定的晶向移动，（并不是沿所有的晶面和晶向都能移动的），这些一定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向，并且这些晶面和晶向都是晶体中的密排面和密排方向，因为密排面之间和密排方向之间的原子间距最大，其原子之间的结合力最弱，所以在外力作用下最易引起相对的滑动。不同金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数目和位向不同，一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组成一个“滑移系”，所以不同晶体结构的金属，其滑移系的数目不同，如体心立方12个，面心立方12个，密排六方12，且滑移系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少，塑性不好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越易滑移，塑性越好。 每种晶体中都有不止一个的滑移系，受力以后哪个滑移系先滑动呢？研究表明，只有与外力接近45°取向的滑移系，才具有较大的切应力，这样的滑移系在外力作用下易于优先产生滑移，通常把这种处于有利的滑移位向称为“软取向”，反之，远离45°的滑移系称为“硬取向”。 4.晶体在滑移过程中的转动 单晶体试样在拉伸实验时（如图3-3），除了沿滑移面产生滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移面上、下两部分发生微小滑移时，试样两端的拉力不再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面产生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。