塑性变形的知识讲解

1、塑性变形知识讲解第1页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四塑性变形的滑移带和滑移线实验观察滑移带滑移线1.外力作用的塑变，是原子平面间发生相对切向滑动。2.变形只在少数晶面间发生切向滑动，即金属塑变相当不均匀第2页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四依靠晶体整体滑移的塑性变形模型塑性变形依靠晶体整体滑移非常困难，因为其需要滑移面两侧晶体的原子间键合几乎全部同时断开。滑移面第3页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四刃型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型位错运动使塑性变形容易第4页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四螺型位错

2、运动使晶体滑移引起塑性变形的模型第5页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四混合型位错运动使晶体滑移引起塑性变形的模型第6页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四晶体的滑移塑性变形位错机制晶体的滑移塑性变形 未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形 未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形滑移面（面间结合力最小的晶面）第7页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四实验观察结论：（1）通常晶体宏观塑性变形由微观滑移（切向 变形）引起。（2）微观滑移发生在晶体中确定的晶面（滑移面） 和确定的晶向（滑移方向）上（合称为滑移 系）。滑移面（密排面）滑移面上的滑

3、移方向（密排晶向）第8页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四滑移塑性变形的特征:（1）滑移是位错的连续运动所致。（2）存在滑移临界分切应力(其大小影响材料屈 服强度),不同晶体结构临界分切应力不同。（3）原子移动的距离是晶格常数的整数倍，滑移 后仍保持晶体结构的完整性。（3）滑移发生在晶体的密排晶面和密排晶向上。（4）不同的晶体结构常具有不同的滑移系（面心 和体心：12个；密排六方：3个），滑移系 越多，越易塑性变形，塑性越好。第9页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四密排六方结构滑移系示意图面心立方结构滑移系示意图研究结论：阻碍位错运动将提高材料屈服强度。

4、体心立方结构滑移系示意图第10页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四2、孪生：晶体中一部分相对于另一部分沿一定的晶面（孪生）和晶向（孪生方向） 作多层均匀切向移动。 孪晶镜面对称第11页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四二、多晶体塑性变形特点1、晶粒取向的影响 使微观塑性变形不均匀和更复杂。FF晶粒之间塑性变形不均匀（1）取向不同，滑移所需分不同：硬取向，软取向（2）各晶粒都满足临界后，每晶粒各自沿自己滑移系滑移，又要保持金属结构的连续性。相互协调 相同外力，多晶体比单晶体塑变量小第12页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四2、晶界的影响

5、（1）阻碍位错滑移 故细化晶粒提高强度：s =0 + kd-1/2。晶界滑移面位错纯铁（2）使微观塑性变形更为均匀，推迟断裂发生， 改善材料塑性、韧性。 原因： 在一定作用下，当总的变形量一定时，晶粒细，位错可在更多的晶粒中运动塑变更均匀不易应力集中强度，塑韧性第13页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四第二节 金属的形变强化一、形变强化（加工硬化）1、冷变形（冷加工）后晶体内部组织的变化（1）晶粒碎化，点缺陷、位错密度增大。内部 能量增大（储存了部分形变能）。变形金属中位错胞位错密集区第14页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四（2）变形量很大时，晶粒拉长

6、，出现纤维组织， 晶粒转动形成织构（择优取向），产生各向异性。等轴晶沿变形方向晶粒拉长 变形前 变形后 第15页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四塑性变形量很大时会使各个晶粒的取向基本一致而产生“织构”并造成各向异性。织构：晶粒空间取向趋于一致的组织状态。第16页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四2、冷变形（冷加工）后晶体性能的变化 产生形变强化，电阻率上升，耐蚀性下降。 形变强化：随塑性变形量的增大，晶体材料的强 度不断提高，塑性不断下降的现象。原因：位错缠结，阻碍位错运动。sbHB塑性变形量塑性变形对30号钢力学性能的影响性能指标第17页，共33页，

7、2022年，5月20日，6点12分，星期四3、形变后的残余应力（分三类残余应力）。（1）宏观残余应力（第一类残余应力） 因材料各部分之间塑性变形不均而产生。心部变形大摩擦力使表层变形小拔丝模具金属材料拉拔力金属拔丝示意图金属拔丝变形后残余应力金属弯曲变形后残余应力第18页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四（2）微观残余应力（第二类残余应力） 因晶粒之间塑性变形不均而产生。（3）晶格畸变残余应力（第三类残余应力） 因晶粒内部位错等造成晶格畸变而产生。晶粒之间塑性变形不均匀产生第二类残余应力变形金属晶粒中位错胞产生第三类残余应力高应力区第19页，共33页，2022年，5月20日

8、，6点12分，星期四l 残余应力危害：减低工件承载能力；使工件 尺寸、形状变化；降低工件耐蚀性。残余拉应力拉应力拉应力表层残余压应力拉应力拉应力残余拉应力与外加应力叠加残余压应力抵消部分外加应力l残余应力利用：表面压应力提高疲劳强度。第20页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四第三节 冷变形金属在加热时的变化一、 回复、再结晶与晶粒长大冷变形金属在加热时经历三个变化阶段：加热时组织变化：回复晶粒长大再结晶升高加热温度或延长保温时间第21页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四加热时金属性能变化：回复再结晶晶粒长大温度性能及其他指标第22页，共33页，2022年

9、，5月20日，6点12分，星期四1、回复l加热温度：T回=（0.250.3）T熔（K）l组织、性能变化：点缺陷密度减少：离位原子与空位复合位错呈较规则排列：高密度位错短程运动残余应力明显下降:引起强、硬略有下降。电阻率下降。l回复驱动力：冷变形时储存的能量应用：去应力退火第23页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四2、再结晶l再结晶：高温加热冷变形金属（再结晶退火）， 使其形成无畸变等轴晶粒并完全替代原变形晶 粒，各种性能恢复到冷变形前状态的过程。l组织、性能变化：位错密度明显降低，变形晶粒 变为等轴晶粒，各种性能恢复到冷变形前状态。l最低再结晶温度：能发生再结晶的最低加热温

10、度 经验公式：T再=0.4 T熔（K）l再结晶驱动力：冷变形储存能 应用：再结晶退火第24页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四3、再结晶后晶粒的长大再结晶结束后继续保温，晶粒将进一步长大。晶粒长大驱动力：晶界总面积减少导致的晶界 能下降。第25页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四二、冷变形（加工）与热变形（加工）冷变形：在再结晶温度以下进行的塑性变形。冷变形特点：变形抗力高，变形获得的金属硬度、 精度高。 热变形：在再结晶温度以上进行的塑性变形。热变形特点：（1）变形过程伴随有形变强化和回复与再结晶带 来的材料软化。（2）热变形温度越高、变形速率越低，软

11、化作用 越强。（3）热变形产生纤维组织“流线”。变形量越大， 纤维化越明显。第26页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四变形前组织 变形后组织 流线流线：塑性变形时，金属中夹杂物、第二相等沿 变形方向分布排列。低碳钢热加工后的流线第27页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四三、热变形纤维组织的应用l“流线”使材料具有各向异性：平行于流线方向抗拉强度高、塑性好垂直于流线方向抗剪强度高、塑性差第28页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四l 应使“流线”合理分布： 使零件承受的最大正应力平行于纤维方向； 使零件承受的最大切应力垂直于纤维方向。用轧

12、材切削用锻造加工金属挂钩中流线第29页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四第四节 塑性加工性能及其影响因素一、塑性加工性能及其指标塑性加工：通过使材料塑性变形而获得具有一定 形状、尺寸和质量的零件的加工方法。塑性加工性能：金属材料通过塑性加工获得优质 零件的难易程度。塑性加工性能指标：塑性、变形抗力。 塑性越好、变形抗力越小，则塑性加工性能越好。第30页，共33页，2022年，5月20日，6点12分，星期四二、塑性加工性能影响因素1、材料本质（内在因素）（1）化学成分（2）微观组织2、加工条件（外在因素）（1）变形温度：温度高，变形抗力小，塑性好， 塑性加工性能好。注意，温度过高，材料氧化、脱碳严重，并可出 现过热（晶粒粗大）和过烧（局部熔化）。第31页，共33页，2022年，5