塑性加工的物理基础

塑性加工金属学复习第一章位错理论基础1、 缺陷的分类：点缺陷（从热力学角度稳定缺陷）、线缺陷（不稳定缺陷）、面缺陷。2、 位错：刃型位错、螺型位错、混合位错。特点：刃型位错一存在多余的半原子面，在位错线附近，原子的规则排列被破坏了，出现了一位错为中心的畸变区。螺型位错一存在螺旋面，沿平面绕AD螺型位错线作回路，可以得到一条螺旋线。混合位错一既有半原子面，又有螺旋面。3、 柏氏矢量一守恒性：⑴一根不分叉的位错线，不论它形状如何变化，它只能有一个恒定的柏氏矢量。⑵一根位错线不能终止于晶体内部，只能终止于晶体表面。如果它“终止”于晶体内部，它必然于晶体内其他位错线相连接，或自成封闭的位错环。⑶汇聚于一点的位错线，若从汇聚点向外定为个位错线的正方向t，那么它们的柏氏矢量和为零，即ib=0。4、 位错应变能一因晶体中存在位错而使晶体增加的内能称为为错的应变能，简称位错能。位错的应变能可分为两部分：一为位错中心处的应变能E；另一部分为位错中心以外区域的弹性应变能E。即总E=E+'E。位错应变能E与柏氏矢量b的平方成正比。即EeK•2Gb5、 位错的滑移运动是在滑移面上进行的。位错线与柏氏矢量构成的平面为滑移面。驱使位错产生滑移运动的力是作用于滑移面上的切应力。位错滑移运动时还会受到各种阻力的作用。螺型位错的交滑移：当螺型位错在原滑移面上运动受到阻碍时，位错便会转移到与原来滑移面相交的另一个滑移面上去，这就是螺型位错的交滑移。当位错又重新回到和原来滑移面平行是面上时，这种交滑移称为双交滑移。刃型位错的攀移运动：刃型位错不仅能作滑移运动，还可以作攀移运动。刃型位错的攀移运动是通过多余半原子面的扩展和收缩来实现的。6、 特殊位错的交互作用：P257、 割阶一一由于位错之间的相互作用，而在位错线上形成的不位于滑移面上的位错台阶，且不会自动消失。扭折一一当它们的滑移面为原来位错的滑移面，并且割阶在位错线张力的作用下会自动消失，这种割阶称为扭折。8、 位错的反应：P339、 面心立方体中的特征位错：若柏氏矢量是原子密排方向上一个原子间距的位错称为特征位错.第二章塑性变性机制1、 滑移将单晶体的圆柱试样表面抛光后拉伸，在试样表面上会出现一系列平行的变形痕迹。用显微镜观察，这些变形痕迹实际上是晶体表面上形成的浮凸，它是一系列滑移迹线所组成，称之为滑移带。在滑移带中的许多细线，就是滑移线。相邻滑移线间的晶体片层称为滑移层。每条滑移线所产生的台阶高度称为滑移量。一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个“滑移系”。2、 临界切应力——就是能够引起滑移系开动的分切应力。（45。方向有利于变形）影响临界切应力的因素：金属的种类、化学成分、组织结构、变形温度、变形速度和预先变形程度等。3、 滑移和挛生的异同：相同点：⑴都使晶体发生了切变；⑵都是沿着一定的晶面和该晶面上的一定得晶向进行的。不同点：⑴挛生所发生的切变均的波及整个挛生的变形区，二滑移变形只集中在滑移面上，切变是比均匀的；⑵挛生切变是原子移动的距离不是挛生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；⑶挛生变形后，挛晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；⑷而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；⑸由于挛生改变了晶体的取向，因此挛生经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。4、高温变形机制：非晶机制和晶界滑移。5、多晶体塑性变形的特点：⑴变形的不均匀性；⑵每个晶粒的变形都要受到其他其他晶粒的影响和约束，不可能独立自由的变形。第三章金属塑性变形的宏观规律1、物体在塑性变形状态中，完全根据弹性状态所测出的应力叫做基本应力。在物体中，由于其各部分的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起的相互平行的应力叫做附加应力。塑性变形完毕后保留在变形物体内的附加应力叫做残余应力。2、 附加应力的分类：⑴第一种附加应力：在变形物体的几个大部分间由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力。⑵第二种附加应力：在变形物体局部的各部分之间（如两个或几个晶粒之间）由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力。⑶第三种附加应力：在变形物体的一个晶体内的各部分间由于不均匀变形所引起的附加应力。3、 镦粗变形时的应力分布：P74特点：应力分布不均匀。影响金属变形行为的因素:接触摩擦、变形物体的外端、变形物体的几何形状和工具形状、变形物体的温度不均和组织不均等。第四章金属塑性变形抗力1、 塑性变形抗力（简称变形抗力）是指所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体能够实现塑性变形的应力强度。（变形抗力大小用屈服应力度量）随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象称为加工硬化。2、 变形抗力的测定方法：拉伸试验法、压缩试验法、扭转试验法3、 合金化学成分对变形抗力的影响碳：在较低温度下随着钢中碳含量的增加，钢的塑性变形抗力升高，温度升高时其影响变弱。锰：刚中含锰量增多，可形成如珠光体的中锰钢、奥氏体的高锰钢等。中锰结构钢的变形抗力稍高于具有相同碳含量的碳素钢，但高锰钢却有较高的变形抗力。硅：在硅钢中含硅量对其变形抗力有明显的影响，并使钢的变形抗力有较大的提高。铬：对含铬量为0.7~1.0%的铬钢来说，影响其变形抗力的不是铬，而是钢中的含碳量。高碳铬钢的变形抗力虽稍高于碳钢，但影响变形抗力的主要因素也是碳。镍：可使钢的变形抗力稍有提高。4、 应力状态对塑性变形抗力的影响：压应力状态越强，变形抗力越大。第五章金属在塑性加工过程中的塑性行为1、 塑性一一是指金属在外力作用下，能稳定的发生永久变形而不破坏其完整性的能力。超塑性一一一般来说，如果材料的延伸率超过100%，便可称为超塑性。凡具有能超过100%延伸率的材料，称为超塑性材料。2、 塑性指标的测定方法：拉伸试验法、压缩试验法、扭转试验法3、 变形的温度一速度条件对塑性的影响：4、 应力状态对塑性行为的影响：按应力状态图的不同，可将其对金属塑性变形的影响顺序做这样的排序：三向压应力状态图最好，两向压一向拉次之，两向拉一向压更次，三向拉应力状态图为最次。即压应力状态越强，金属塑性变形越好。第六章金属的断裂1、 分类：根据断裂前金属是否有明显的塑性变形可将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两种性质；根据断裂面相对作用力间的取向关系，可将断裂分为正段和剪短两种形式；从微观形态上，按裂纹的走向又可将断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂两种形式。2、 随着变形温度的改变，有一个从韧性断裂到脆性断裂的转变温度，称此温度为韧脆转变温度。影响因素：有变形温度、变形速度、应力状态、组织结构等。3、 影响断裂类型的因素：4、轧制过程中辊型对应力状态分布的影响：P149第七章金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律1、 金属在冷塑性加工中组织与性能变化：显微组织的变化：⑴纤维组织：等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长越显著。当变形量很大时，各个晶粒已不能很清楚的辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。⑵亚结构：随着冷塑性变形的进行，位错密度急剧增加，形成胞状亚结构。⑶变形织构：产生变形织构。性能的变化：⑴出现加工硬化现象；⑵由于织构的存在，而导致制品在不同方向上性能的差别出现各向异性。2、 冷塑性加工后金属在热加工时的组织与性能的变化：组织变化：⑴当加热温度较低时，在光学显微镜下，观察不出组织的变化，此阶段为回复阶段。⑵当加热温度超过一定值后，组织和性能均发生明显变化，形成新的无畸变的新晶粒，此阶段为再结晶阶段。⑶当温度继续升高，会发生相邻晶粒的相互吞并和长大，即为晶粒长大阶段。性能变化：⑴金属的强度、硬度显著下降，塑性大大提高，加工硬化消除；⑵物理性能也得到明显恢复；⑶内应力完全消除。3、 金属在热塑性加工中组织与性能的变化：组织变化：(1)⑵⑶性能变化：(1)⑵⑶第八章金属组织性能控制的基本原理和塑性加工过程模拟1、四种强化机制：晶界强化：多晶体金属内存在大量晶界。晶界上原子排列的正常结构遭到破坏，在晶界及其附近区域通常偏聚着比平均浓度高的多的异类原子，产