第4章金属的塑性变形与再结晶.doc

第4章 金属的塑性变形与再结晶 §4-1 金属的塑性变形 塑性变形是金属材料的一个重要性能，也是金属的一种加工方法。大多数金属材料都具有良好的塑性变形能力，所以获得广泛应用。塑性变形不仅可以改变金属的外型，而且能改变金属的内部组织和结构。为了消除塑性变形带来的不利影响，在加工之后或加工过程中，通常对材料加热，使其内部组织发生回复和再结晶过程。 一、单晶体金属的塑性变形 弹性变形—晶格发生弹性伸长或歪扭 塑性变形—晶粒被拉长或压扁，变形不可恢复 塑性变形和断裂—随着应力的增大，当超过强度极限，试件开始不均匀塑性变形，出现“颈缩” 到K点后发生断裂。 单晶体塑性变形的基本方式有两种： 1 滑移 金属中晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面发生相对的滑动位移现象。 ⑴滑移带：滑移后滑移面产生高低不一的台阶，实际由滑移线组成。 滑移沿晶体中原子排列密度最大的晶面和晶向进行{体心立方晶格（110）晶面、[111]晶向}，因为它们之间的距离最大，原子结合力最弱，滑移阻力小。 ⑵滑移系：一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系。 体心、面心立方晶格有12个滑移系（6×2、4×3），密排六方有三个（1×3），面心比体心立方晶格的金属塑性变形更好，因为滑移方向对滑移起的作用比滑移面大。 ⑶滑移临界切应力：滑移与正应力无关，与切应力有关，使滑移开动的最小切应力为临界切应力。 ⑷滑移时晶体的转动：滑移时晶体以滑移面的法线为转轴转动，滑移方向与最大切应力方向趋于一致。 ⑸滑移机理：滑移是位错移动的结果，不等于刚性移动。滑移是在切应力作用下位错沿滑移面的运动。最初人们认为晶体的两部分做整体滑动，按刚性计算的切应力值比实际测到的大几个数量级。 2 孪生 金属晶体的一部分相对一定晶面（孪生面）沿一定方向（孪生方向）发生切变，切变部分叫孪生带简称孪晶。孪晶面两侧晶体形成镜面对称。孪生引起晶格变化，同样与切应力有关。容易发生滑移的（体心、面心立方）晶格，不容易发生孪生。 孪生与滑移比较： ⑴孪生通过晶格切变改变晶格位向，滑移不改变晶格位向； ⑵孪生所需的切应力比滑移大的多； ⑶孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距，滑移时滑移面两侧的相对位移量是原子间距的整数倍。 二、多晶体（实际金属）的塑性变形 1晶粒和晶界在变形中的作用 多晶体塑性变形是晶界和晶粒起作用 ⑴晶界—附近有较高的塑性变形抗力，晶格排列紊乱，杂质原子较多，增大晶格畸变，滑移时位错阻力较大，能使变形抗力增大，强度硬度增大。 ⑵晶粒—细晶粒金属不仅强度高，塑性、韧性也好。这是因为单位体积中晶粒数多，金属的总变形量分布在更多的晶粒中，晶粒间变形不均匀性减小了；晶粒内部和晶界变形量差减小，晶粒间变形会比较均匀，所以减小了应力集中，推迟了裂纹形成和扩展，使金属在断裂前发生较大的塑性变形。断裂时需要消耗较大的功，因此韧性也较好。 2多晶体金属塑性变形的特点 多晶体的塑性变形是金属中每个晶粒的位向不同，变形在不同晶粒中逐批发生，相互协调，是不均匀塑性变形过程，只有多个滑移系才能保证变形的连续性。滑移面和滑移方向与外力成45度夹角的晶粒先发生滑移变形。 软位向—加载时受最大切应力位向（滑移面和滑移方向与外力成45度夹角）的晶粒。 硬位向—加载时受最小切应力位向（滑移面和滑移方向与外力平行或垂直）的晶粒。 1.多晶体中, 由于晶界上原子排列不很规则, 阻碍位错的运动, 使变形抗力增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。? 2.多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向), 另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其它晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因此使金属的塑性提高。 由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 ?? 4-2 合金的塑性变形 工业上广泛应用的金属材料多数为合金，按组成相的不同可分为单相固溶体和多相固溶体，它们变形各有不同的特点。 一、单相固溶体塑性变形与固溶强化 单相固溶体的组织与纯金属基本相同，塑性变形与多晶体纯金属相似，具有相同的变形方式和特点，不同的是溶质原子使溶剂晶格发生畸变，强度、硬度提高，塑性韧性下降（即固溶强化）。 二、多相合金的塑性变形和弥散强化 两个组成相以上的合金发生塑性变形时，变形能力除取决于基本相的性质外，还取决于第二相