实用机械工程材料及选用教学课件作者张正贵第5章金属的塑性变形与再结晶-完成课件.ppt

第5章 金属的塑性变形与再结晶 本章主要内容 5.1 金属的塑性变形 5.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 5.3 回复与再结晶 5.4 金属的热塑性变形 * 5.1 金属的塑性变形 5.1.1 单晶体的塑性变形 常温下，单晶体金属塑性变形的主要方式有滑移和孪生两种，其中滑移是最重要的变形方式。产生应力的各种因素不复存在指，外加载荷去除、加工完成、温度已均匀、相变过程中止等。 1．滑移 滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面和一定晶向发生相对的整体滑动，在晶体中产生片层之间的相对位移，该位移在应力去除后不能恢复，大量片层间滑移的积累就构成金属的宏观塑性变形。 * 5.1 金属的塑性变形 滑移的主要特征 ： （1）滑动只能在切应力的作用下发生。 （2）滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带。 （3）滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向进行。 （4）滑移时伴随晶体的转动。 （5）滑移的实质是由于位错运动造成的。 * 5.1 金属的塑性变形 2．孪生 孪生是金属进行塑性变形的另一种基本方式。它是在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生晶向）产生的剪切变形。这种变形不会改变晶体的点阵类型，但可以使变形部分的位向发生变化，并与未变形部分的晶体以孪生面为分界面构成了镜面对称的位向关系。通常把对称的两部分晶体称为孪晶，形成孪晶的过程称为孪生。 * 5.1 金属的塑性变形 孪生与滑移的区别： （1）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，如镁的孪生临界应力为5~35 MPa，而滑移时临界切应力仅为0.5 MPa。孪生变形速度极快，接近声速。 （2）孪晶与未变形部分晶体的原子以孪生面为对称面形成对称分布，而滑移不引起晶格位向变化。 （3）孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离是原子间距的非整数倍，如图5-8所示，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。 * 5.1 金属的塑性变形 5.1.2 多晶体的塑性变形 多晶体存在大量的晶粒和晶界，各晶粒位向不同，每个晶粒变形还要受到周围晶粒和晶界的制约，每个晶粒都不是处于独立的自由变形状态。因此，多晶体的塑性变形要比单晶体困难和复杂得多。 尽管如此，多晶体金属的塑性变形与单晶体金属的变形方式基本相同，仍为滑移和孪生。 * 5.1 金属的塑性变形 1．晶界和晶粒位向对塑性变形的影响 （1）晶界的影响 多晶体存在大量晶界，晶界是相邻晶粒的过渡区域，原子排列较紊乱，点阵畸变严重，杂质原子和各种缺陷聚集，且晶界两侧的晶粒取向也不同。 因此，当位错运动到此区域附近时就会受到阻碍而难以继续。要使变形继续进行，则必须要增加外力，即晶界是滑移的主要障碍，能使变形的抗力增大。 材料的晶粒越小，单位体积材料的晶界越多，每个晶粒周围不同取向的晶粒数也越多，塑性变形的抗力就越大。 * 5.1 金属的塑性变形 （2）晶粒取向的影响 在外力作用于多晶体时，各晶粒因位向不同而受到的外力并不一致，处于有利位向的晶粒先滑移。 滑移面和滑移方向与外力成或接近成45 o方位的晶粒其受到的分切应力最大，即处于有利位向最先发生滑移，称为“软位向”晶粒； 滑移面和滑移方向处于接近与外力平行或垂直方位的晶粒，其受到的分切应力最小，即处于不利位向最难发生滑移，称为“硬位向”晶粒。 * 5.1 金属的塑性变形 （2）晶粒取向的影响 实践证明，多晶体的强度随着晶粒的细化而提高，这种细化晶粒增加晶界以提高金属强度的方法称为晶界强化或细晶强化。晶界强化还可以改善材料的塑性和韧性，得到较大的伸长率、断面收缩率，并具有较高的冲击载荷抗力。 * 5.1 金属的塑性变形 2．多晶体塑性变形的特点 和单晶体相比，多晶体塑性变形有如下特点： （1）各晶粒的滑移是不等时的。 （2）塑性变形时晶粒间相互协调和配合。 （3）只有多个滑移系才能保证变形的连续性。 （4）多晶体变形是不均匀的。 （5）多晶体比单晶体有较高的塑性变形抗力 。 * 5.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 5.2.1 塑性变形对显微组织和结构的影响 1．晶粒变形 在外力的作用下，随着金属外形的变化，内部晶粒会沿着变形量最大的方向伸长成扁平状，一般与金属外形的改变成比例。 当变形量很大时，各晶粒会被拉长成细条状或纤维状，晶界模糊，晶粒难以分辨，这种组织称为纤维组织。 当形成纤维组织时，金属的性能也会具有