金属材料变形理论.ppt

31 金属的塑性变形与再结晶 311 金属的塑性变形 312 冷塑性变形对金属性能与组织的影响 313 回复与再结晶 314 金属的热塑性变形 32 高分子材料的变形特点 321 高聚物的弹性变形 322 高聚物的粘弹性变形 323 线型高聚物的变形特点 324 体型高聚物的变形特点 33 陶瓷材料的变形 331 陶瓷材料的弹性变形 332 陶瓷材料的塑性变形及蠕变 333 陶瓷材料的强度、硬度和断裂,目录,第3章 材料的变形,3.1 金属的塑性变形与再结晶,3.1.1 金属的塑性变形 1.单晶体的塑性变形 滑移带，如图3-1所示。,图3-1 纯锌单晶体滑移变形示意图,滑移变形具有以下特点: 滑移在切应力作用下产生(图3-2)。 滑移沿原子密度最大的晶面和晶向发生。 滑移时两部分晶体的相对位移是原子间距的整数倍。 滑移的同时伴随着晶体的转动。如图3-1(b)右图所示。,图 3-2 晶体在切应力作用下的变形,滑移的机理,图3-3 位错的运动,图3-4 通过位错运动产生滑移的示意图,2.多晶体的塑性变形,(1)晶粒取向的影响 (2)晶界的影响 (3)晶粒大小的影响,图3-5 两个晶粒试样在拉伸时的变形,因此，一般在室温使用的结构材料都希望获得细小而均匀的晶粒。因为细晶粒不仅使材料具有较高的强度、硬度，而且也使它具有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性 能。故生产中总是尽可能地细化晶粒。,3.1.2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响,1.冷塑性变形对金属显微组织的影响 2.亚结构的变化 3.形变织构的产生 形变织构有两种类型: 拔丝时形成的形变织构称为丝织构，其主要特征为各晶粒的某一晶向趋于平行于拉 拔方向。 轧板时形成的形变织构称为板织构，其主要特征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋 于平行于轧制面和轧制方向。,4.塑性变形对金属性能的影响,塑性变形后金属性能变化最显著的是力学性能。随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化或形变强化。,图3-6 冷冲压示意图,5.残余应力,内应力分为三类: 宏观残余应力:是由工件不同部分的宏观变形不均引起的。 微观残余应力:是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均产生的。 点阵畸变:是由工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷(如空位、间隙原子、位错等)引起的。 内应力的产生使材料变脆，耐蚀性降低。,3.1.3 回复与再结晶,1.回复 2.再结晶 对于工业用纯金属(纯度大于99.9%)，其再结晶温度与熔点间的关系可按下列经 验公式计算: T再=（0.350.4）T熔 式中 T再金属的再结晶温度，K; T熔金属的熔点，K。 实际生产中，为了消除加工硬化，必须进行中间退火。经冷变形后的金属加热到再结晶温度以上100200，保温适当时间，使变形晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力的退火，称为再结晶退火。 3.晶粒长大,3.1.4 金属的热塑性变形,1.热加工与冷加工的本质区别 金属的冷塑性变形加工和热塑性变形加工是以再结晶温度来划分的。 凡在金属的再结晶温度以上进行的加工，称为热加工，如锻造热轧等; 在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工，如冷轧冷拉等。 2.热加工对金属组织和性能的影响 (1)消除铸态金属的组织缺陷 (2)细化晶粒 (3)形成纤维组织 (4)形成带状组织,3.2 高分子材料的变形特点,图3-7 橡胶的拉伸曲线,3.2.1 高聚物的弹性变形 图3-7是橡胶的拉伸曲线。,3.2.2 高聚物的黏弹性变形 3.2.3 线型高聚物的变形特点 如图3-8(a)所示。,图3-8 线型高聚物的应力-应变曲线,3.2.4 体型高聚物的变形特点,图3-9 环氧树脂在室温下 单向拉伸和压缩时的应力-应变曲线,3.3 陶瓷材料的变形,3.3.1 陶瓷材料的弹性变形 材料在静拉伸载荷下，一般都要经过弹性变形、塑性变形及断裂三个阶段。 3.3.2 陶瓷材料的塑性变形及蠕变 3.3.3 陶瓷材料的强度、硬度和断裂 目前主要采用以下几种方法提高陶瓷材料的实际强度及改善其脆性: 制造颗粒细的、致密度高的、均匀的、较纯净的陶瓷，以尽量减少组织中的各种杂质和缺陷。 将陶瓷制成纤维，甚至晶须，可以大大减小各种缺陷产生的几率，能使强度提高12个数量级。 在陶瓷表面造出一个残余应力层。,思考题,3-1 什么是滑移? 3-2 单晶体塑性变形的最基本方式是什么?在实际晶体中，它是通过什么来实现的? 3-3 多晶体的塑性变形比单晶体复杂，它的不同点主要表现在哪几个方面? 3-4 塑性变形对金属性能的影响有哪些? 3-5 什么是加工硬化?它在生产中有何利弊?如何消除加工硬化? 3-6 简述加热温度对冷塑性变形金属的组织和