机械工程材料（第3版）教学课件作者王运炎第六章金属的塑性变形及再结晶课件.ppt

* 第一节 金属的塑性变形 第二节 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 第三节 冷变形金属在加热时的变化 第四节 金属的热塑性变形（热变形加工） 第一节 金属的塑性变形 （一）滑移 1．滑移带和滑移线 在切应力作用下，晶体的一部分沿着某一晶面相对于另一部分的滑动，称为滑移。 将表面经过抛光的纯金属试样进行拉伸，当产生一定的塑性变形后，在显微镜下观察，可看到试样表面有许多互相平行的线条，称为滑移带。 一、单晶体的塑性变形 图6-2 滑移带与滑移线示意图 图6-3 晶体在切应力作用下的变形 a) 未变形 b) 弹性变形 c) 弹-塑性变形 d) 塑性变形 图6-1 铜变形后的滑移带 2．滑移系 能够产生滑移的晶面和晶向，称为滑移面和滑移方向。由一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。 图6-5 三种常见金属晶格中的滑移面和滑移方向 a) 体心立方晶格 b) 面心立方晶格 c) 密排六方晶格 图6-4 滑移面示意图 3．滑移时晶体的转动 单晶体在滑移变形时还伴随着晶体的转动。不同位向的滑移系交替进行滑移，结果使晶体均匀地变形。 图6-6 拉伸时晶体转动示意图 4．滑移机理 理论与实验证明：实际晶体中存在位错，滑移不是按刚性滑移进行，而是按图6-7表示那样，由位错的移动来实现的。 图6-7 位错的移动 （二）孪生 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分以一定的晶面（孪晶面）及晶向（孪生晶向）产生的剪切变形。 图6-8 刃型位错移动产生滑移的示意图 图6-9 晶体塑性形变的基本方式 a) 未变形 b) 滑移 c) 孪生 图6-10表示孪生时晶体内部原子的位移情况。由图可见，孪生与滑移的主要区别有： 1.孪生变形使一部分晶体发生均匀的切应变，而滑移变形则集中在一些滑移面上。 图6-10 孪生过程示意图 2.孪生使晶体变形部分（孪晶带）的位向发生了改变，而滑移变形后，晶体各部分的相对位向不发生改变。 图6-11锌的形变孪晶（100x） 3.孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的位移量都是原子间距的分数值，且和距孪晶面的距离成正比。而滑移变形时，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向的位移量为原子间距的整数倍。 4.孪生变形所需的切应力比滑移变形大的多。 二、多晶体的塑性变形 （一）多晶体塑性变形的特点 1.每个晶粒内的塑性变形仍是以滑移与孪生这两种基本方式进行。 2.每个晶粒在塑性变形时，受到周围位向不同的晶粒及晶界的影响与约束不是处于独立的自由变形状态。 （二）晶界及晶粒位向的影响 1.晶界增加了变形抗力，提高了金属的强度，也提高了塑性变形的抗力。 2.细晶粒的多晶体金属不但强度较高，而且塑性及韧性也较好 第二节 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 图6-12为工业纯铁的力学性能与冷变形度的关系。由图可见，金属材料经冷塑性变形后，强度及硬度显著提高，而塑性则很快下降。 图6-12 工业纯铁冷变形度对力学性能的影响 一、冷塑性变形对金属性能的影响 加工硬化：由于塑性变形的变形度增加，使金属的强度、硬度提高，而塑性下降的现象。 加工硬化的意义： 1.可利用加工硬化来强化金属，提高金属强度、硬度和耐磨性。 2.加工硬化也是工件能够用塑性变形方法成形的重要因素。 3.加工硬化还可以在一定程度上提高构件在使用过程中的安全性。 二、冷塑性变形对金属组织的影响 （一）形成纤维组织 图6-14 工业纯铁不同冷变形度时的显微组织 a）未变形 b) 变形度20％ c）变形度50％ d) 变形度70％ 晶粒形状由等轴晶粒（见图6-14a）变为沿变形方向延伸的晶粒，晶粒内部出现了滑移带（见图6-14b） 晶粒伸长成纤维状（冷加工纤维）（见图6-14c、d） （二）亚组织的细化 金属发生塑性变形时，在晶粒形状变化的同时，晶粒内部存在的亚组织也会细化，形成变形亚组织。 图6-15 变形亚组织示意图 （三）产生形变织构 金属发生塑性变形时，由于晶体在滑移过程中要按一定方向转动，当变形量很大时，原来位向不相同的各个晶粒会取得接近于一致的方向（见图6-16），这种现象称为择优取向。具有择优取向的结构称为形变织构。 图6-16 形变织构示意图 三、产生残余应力 金属材料在塑性变形过程中，由于其内部变形的不均匀性，导致在变形后仍残存于金属材料内的应力，称为残余应力（或称内应力）。 按照残余应力作用的范围，可将残余应力分为以下三类： 1.宏观残余应力（第一类内应力） 产生在宏观范围内自相平衡的残余应