金属塑性变形物理基础(.ppt

金属塑性变形物理基础 前言 塑性变形是一种最常用的生产产品的工艺方法，材料经过塑性成形使其具有需要的形状和性能，才体现出它的价值。 材料加工的目的就是两个：一是改变材料的形状，另一个是改善其性能。 前言 金属材料的性能（包括使用性能和深加工性能）:在使用条件一定时，是决定于成分和组织结构的。 在材料的化学成分一定的情况下，其组织结构是由加工工艺决定的，即通过冷、热加工、热处理和形变热处理可以在很大范围内改变金属材料的组织结构，从而改变材料的性能。 掌握了形变、形变和相变相结合的过程中金属材料组织结构的变化规律，就可以利用这些规律，设计和优化加工工艺， 获得满足性能要求所需要的组织结构。 这些规律就是:材料在塑性变形过程中的物理基础, 或称:塑性加工金属学。 前言 有时为了充分发挥冷、热加工、热处理和形变热处理改变金属材料的组织结构的作用，也经常适当地调整化学成分，从而获得更好的效果。 前言 因此,为了达到有效的控制材料性能的目: 在现代缺陷理论的基础上，阐明金属塑性变形的物理实质、变形机理、塑性变形时材料的组织结构和性能变化的关系，从而为合理地选择加工条件，保证塑性变形过程的进行提供理论基础。 课程内容 1.金属材料的一般特性 2.金属塑性变形的物理本质 3.金属的塑性变形和强化 4.金属在塑性变形中的组织结构与性能变化  1.金属材料的一般特性 金属材料,尤其是钢铁材料: 由于本身具有比其它材料优越的综合性能; 由于在性能方面以及数量和质量方面蕴藏着巨大潜力; 对人类文明发挥着重要的作用。 决定金属材料性能的基本因素： 化学成分 --- 金属元素; “组织” 和“结构”--- 原子集合体的结构以及内部组织。 1.1 金属组织结构 （1）金属组织：用肉眼或不同放大倍数显微镜所观察到的金属内部的情景。 低倍组织或宏观组织---放大几十倍的放大镜或用肉眼所观察 的组织； 高倍组织或显微组织--- 放大100－2000倍的显微镜观察的组织； 电镜组织或精细组织---- 用放大几千倍到几十万倍电子显微镜所 观察到的组织。 对组织的研究是金属学的重要内容，晶粒是组织的基本组成单位，而由晶界把不同的晶粒结合在一起。 （2）晶体结构：一个完整的晶粒或亚晶是由同类或不同比例的异类原子，按一定规律结合在一起，并可以用严格的几何图案表达。结构就是指原子集合体中各原子的组合状态。 金属和合金的典型结构模型： 面心立方晶体：Al、Ni、Cu、γ-Fe 体心立方晶体：Cr、V、Mo、W、α-Fe、β-Ti 密排六方晶体：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co （3）结构缺陷：金属学中将原子组合的不规则性，统称为结构缺陷，或晶体缺陷。 缺陷种类： 点缺陷：溶质原子，间隙原子，空位； 线缺陷：位错； 面缺陷：晶界，相界，层错，半位错…. 体缺陷：如固溶体中的偏聚区，孔洞…. 1.2 金属与合金的相变 金属与合金的“态”：金属和合金随温度、压力和成分不同可分别处于固态、液态和气态。这些态可以是稳定或不稳定或亚稳定；与条件有关；可以相互转变；使材料具有不同特性； 相：金属合金的不同组态是由不同的相组成的。在一个系统中那些成分一致、结构相同并有界面相互分隔开的均匀组成部分的综合称为相 。 相转变总是伴随着性能的剧烈变化。 相图：相平衡关系的图解。符合相平衡的热力学规律，遵守相律的，表示出成分、温度和压力的坐标关系图。 1.2.1 凝固：液态到固态的结晶过程 固溶体的凝固组织特殊性（与同分结晶相比） （1）显微偏析：晶内偏析（或枝晶偏析）；晶粒之间的偏析； 晶界偏析等。 （2）晶粒的形貌：易于出现组成过冷，出现不规则的液／固界面， 晶体易于以胞晶或枝晶向液相中成长，出现不均匀的晶粒组织。 铸锭的凝固组织：细晶粒外壳；柱状晶；等轴晶； 1.2.2 固态相变 金属和合金的结构及组织在固态下可以进行的多种形式的转变，使同一种材料经过不同处理后，具有性能方面的多变形。 固态相变规律：控制材料性能的有效手段。 因此，钢中奥氏体分解动力学及显微组织演变的研究以成为优化钢铁材料质量和生产工艺的的至关重要任务。 (1) 固态相变的特点 相变的阻力:新旧两相间的自由能差; 形核:与液态相比– 非均匀性核;