《金属的塑性变形》课件.pptx

《金属的塑性变形》课程简介本课程将深入探讨金属材料的塑性变形机理和相关理论知识,包括金属晶体结构、缺陷、位错理论、变形过程等。通过学习掌握金属塑性变形的基础知识,为后续金属成型工艺的学习和应用打下基础。saby

塑性变形的概念定义塑性变形是指金属材料在加工过程中发生永久性形状改变的现象。它不会破坏材料的内部结构,并且能在卸载后保持新的形状。特点塑性变形具有不可逆性、各向异性和应力-应变关系非线性等特点,体现了金属材料复杂的微观结构变化。应用塑性变形是金属加工的基础,广泛应用于金属切削、金属成型、金属焊接等领域,是制造业的重要基础工艺。重要性深入理解塑性变形机理有助于控制金属材料的性能,优化金属加工工艺,提高产品质量和生产效率。

金属晶体结构晶格结构金属材料由有序排列的原子构成规则的晶格结构,其中原子按照特定的几何排列重复分布。晶格结构决定了金属材料的许多物理化学性质。晶面与晶面密度金属晶体有多个不同的晶面,每个晶面上原子的排列密度不同。晶面密度的高低会影响金属的力学性能和加工性。晶体结构类型金属材料主要有三种基本晶体结构类型:体心立方、面心立方和六方密排,它们在原子排列和堆积方式上有所不同。

金属晶体缺陷金属材料的晶体结构并非完美,会存在各种类型的缺陷,如点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。这些缺陷会对材料的力学性能、电磁性能等产生重要影响,在塑性变形过程中起着关键作用。

位错理论1基本概念位错是金属晶体中线型的结构缺陷,它是晶体内部原子排列不连续的区域,是金属材料塑性变形的基本单元。2位错类型位错分为边位错和螺旋位错两种基本类型,这两种位错在塑性变形过程中发挥不同的作用。3位错运动在外力作用下,位错可以沿着滑移面在晶体内部移动,从而导致晶体发生永久性塑性变形。4位错密度位错密度是衡量金属材料中位错数量的重要指标,它对材料的强度和加工性能有重要影响。

位错运动1位错产生在外力作用下,金属晶体格子中的原子发生局部错位,形成位错。2位错滑移施加的剪切应力使位错在晶体内部移动,沿着特定的滑移面滑动。3位错阻碍位错遇到障碍物时会堆积,造成应力集中并增加材料硬度。金属材料在塑性变形过程中,位错的产生、运动和滞留是关键机理。晶体内部位错的滑移和堆积导致永久性形状改变,同时引起材料硬化等变化,是理解金属加工行为的基础。

加工硬化变形硬化金属在塑性变形过程中,大量位错的产生和堆积导致材料强度和硬度提高,这就是变形硬化的原理。晶粒细化塑性变形会导致晶粒细化,增加晶界面积,也能有效提高材料的强度和硬度。固溶强化金属合金中溶质原子的存在也会阻碍位错运动,从而使材料强度和硬度提高。

恢复过程1热处理通过加热使位错运动加快,促进其重排和消除。2动态回复在变形过程中,位错可以发生重排和消除,降低材料硬度。3静态再结晶退火后,高密度位错区域形成新的无缺陷晶粒,降低硬度。塑性变形后,金属材料会发生各种恢复过程,包括动态回复、静态再结晶等,这些过程能有效降低材料的硬度和强度,提高其塑性。通过控制加热等工艺参数,可以优化恢复过程,实现金属材料性能的调控。

再结晶1核生成塑性变形后,高密度位错和应力集中区域成为新晶粒的核生成点,开始发生再结晶。2晶粒长大新晶粒随着时间的推移不断长大,取代原有的变形晶粒,导致材料硬度和强度下降。3织构形成在再结晶过程中,特定晶粒优先取代其他晶粒,从而使材料产生特定的晶体取向。

动态再结晶位错积累在高温变形过程中,大量位错在晶体内部不断积累和聚集。亚晶粒形成高密度位错导致局部区域出现晶体取向差异,形成亚晶粒结构。新晶核生成亚晶粒边界成为新晶粒的核生成点,开始发生动态再结晶。晶粒长大新生成的无缺陷晶粒不断吞噬周围的变形晶粒,导致晶粒尺寸增大。

静态再结晶变形组织金属经过塑性变形后,会积累大量位错和应力,形成变形的晶粒组织。位错聚集高度变形的区域成为新晶粒的优先核生成点,这些区域位错密度较高。新晶粒形核在恰当的热处理条件下,高位错区域作为新晶粒的核心开始析出和生长。晶粒长大新生成的无缺陷晶粒逐渐吞噬周围的变形晶粒,材料的硬度和强度下降。

动态回复1位错重排金属在变形过程中,大量位错在热能的作用下进行重排和消除。2亚晶粒形成部分位错聚集在晶体内部,形成晶体取向差异的亚晶粒结构。3应力降低位错重排和亚晶粒形成使材料内部应力得到有效释放。动态回复是塑性变形过程中重要的恢复机制。在变形过程中,大量位错积累会造成晶体内部应力集中,通过热处理可以促进位错的重排和消除,形成亚晶粒结构,从而降低材料内部应力,维持良好的变形能力。这是金属材料力学性能得到改善的重要基础。

加工后的组织与性能组织细化金属经过塑性加工后,其内部晶粒会发生细化,增加晶界面积,从而提高材料的强度和硬度。位错增加变形过程中大量位错的产生和堆积会导致材料发生加工硬化,进一步提升强度。相变