金属材料与热处理第六章改好.ppt

塑性是金属的一个重要特性，生产上利用塑性变形对金属进行压力加工成形，如锻造、轧制、拉丝、冲压、挤压等等。塑性变形不仅改变金属材料的外形和尺寸，而且还会引起其组织和性能的变化。 经冷塑性变形的金属处于热力学不稳定状态，如果温度升高会使原子获得足够活动能力，它将自发地恢复到稳定状态。 讨论塑性变形过程实质与规律，对改善金属材料的组织和性能具有十分重要意义。 第一节 金属的变形特性 低碳钢的应力-应变曲线如图6-1所示。 拉伸过程与拉伸曲线示意 工程应力-应变曲线 不同的金属材料可能有不同类型的应力-应变曲线。 铝、铜及其合金、经热处理的钢材的应力-应变曲线如图6-2a所示，其特点是没有明显的屈服平台； 铝青铜和某些奥氏体钢，在断裂前虽也产生一定量的塑性变形，但不形成缩颈（图6-2b）； 而某些脆性材料，如淬火状态下的中、高碳钢，灰铸铁等，在拉伸时几乎没有明显的塑性变形即发生断裂（图6-2c）。 工程应力-应变曲线 弹性是金属的一种重要特性，弹性变形是塑性变形的先行阶段，而且在塑性变形阶段中还伴生着一定的弹性变形。 金属弹性变形的实质就是金属晶格在外力作用下产生的弹性畸变。  金属的弹性变形 当未加外力时，晶体内部的原子处于平衡位置，它们之间的相互作用力为零，此时原子间的作用能也最低。当金属受到外力后，其内部原子偏离平衡位置，由于所加的外力未超过原子间的结合力，所以外力与原子间的结合力暂时处于平衡。当外力去除后，在原子间结合力的作用下，原子立即恢复到原来的平衡位置，金属晶体在外力作用下产生的宏观变形便完全消失，这样的变形就是弹性变形。 第二节 单晶体的塑性变形 弹性变形 塑性变形，而工程上应用金属材料大多数是多晶体，有用多晶体变形与组成它的各个晶粒变形行为有关，为方便起见，首先介绍单晶体塑性变形。 在常温下和低温下金属塑性变形主要通过滑移方式进行，此外还有孪生等其他方式。 （一）滑移带与滑移线 如果将表面抛光的单晶体金属试样进行拉伸，当试样经适量的塑性变形后，在电子显微镜下可以观察到，在抛光的表面上出现许多相互平行的线条，这些线条称为滑移带，如图6-4所示。 一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。 滑移面和滑移方向与金属的晶体结构有关，滑移面通常是金属晶体原子排列最密的晶面，而滑移方向则是原子排列最密的晶向。一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系。 滑移系表示金属晶体在发生滑移时滑移动作可能采取的空间位向。当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则滑移时可供采用的空间位向也越多，故该金属的塑性也越好。 各晶体结构的滑移系 体心立方 (b.c.c) 面心立方 (f.c.c) 滑移系数目的实际意义 —判断塑性变形能力 ① 滑移系数目愈多，塑性愈好； ② 滑移系数相同时，滑移方向多者塑性较好 塑性排序：f.c.cb.c.ch.c.p 举例：α-Fe塑性比铜、铝、银、金等面心立方金属差。 滑 移 滑移是在切应力的作用下发生的。当晶体受力时，并不是所有的滑移系都同时开动，而是由受力状态决定。 晶体中的某个滑移系是否发生滑移，取决于力在滑移面内沿滑移方向上的分切应力大小，当分切应力达到一定的临界值时，滑移才能开始，此应力称为临界分切应力，Γk表示。它是使滑移系开动的最小分切应力。 使滑移系开动的最小分切应力τk的影响因素： ① 取决于金属本性. ② 组织敏感参数：金属不纯，变形速度愈大，变形温度愈低， τk愈大。 与τK对应的σ即为σs σs的影响因素： σs＝τK/(cosλ· cos φ) ① 与τk有关； ② 与外力取向有关: 如果金属在单纯的切应力作用下滑移，则晶体的取向不会改变。但当任意一个力作用在晶体之上时，总是可以分解为沿滑移方向的分切应力和垂直于滑移面的分正应力。这样，在晶体发生滑移的同时，还将发生滑移面和滑移方向的转动。 滑 移 对于滑移系多的立方晶系单晶体来说，起始滑移首先在取向最有利的滑移系中进行，但由于晶体转动的结果，其他滑移系中的分切应力有可能达到足以引起滑移的临界值。 于是滑移过程将在两个或多个滑移系中同时进行或交替地进行。如果外力轴的方向合适，滑移一开始就可以在一个以上的滑移系上同时进行。这种在两个或更多的滑移系上进行的滑移称为多系滑移，简称多滑移。 此时滑移带呈现交叉滑移带。 P154图6.8 （六）滑移的位错机制 1、位