材料的塑性变形ppt课件.ppt

1,第六章 塑性变形,2,第六章 塑性变形,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,利用材料的塑性，我们可以对材料进行压力加工（如轧制、锻造、挤压、拉拔、冲压等)，为金属材料的成型提供了经济有效的途径。,3,纳米铜的室温超塑性,4,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,退火低碳钢工程应力-应变曲线,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,一、金属的应力应变曲线1、工程应力应变曲线,5,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,应力：应变： P作用在试样上的载荷； A0试样的原始横截面积； l0试样的原始标距部分长度； l试样变形后标距部分长度。,6,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,从曲线上可以看出，材料在拉伸过程中，一般经历三个阶段： 弹性变形弹塑变形断裂弹性变形： 在应力低于弹性极限(e)时,和之间保持线性关系: =E,其特点是，外力去除后，变形可以完全恢复。弹塑变形： 当外力大于e后，小于b，除了弹性变形外，开始发生均匀塑性变形。其特点是这时若去掉外力，弹性变形部分恢复，但留下了永久变形，即塑性变形（均匀塑性变形）。断裂： 当外力达到b之后，试样开始发生不均匀塑性变形，产生缩颈，变形量迅速增大，最终发生断裂。,7,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,弹性变形与塑性变形,8,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,延伸率：断裂后试样的残余总变形量与原始长度的百分比断面收缩率：试样的原始橫截面积F0和断裂时的橫截面积Fk之 差与F0的百分比,9,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,工程应力应变曲线：应力和应变的计算中没有考虑变形后试样截面积与长度的变化真应力真应变曲线：在实际的塑性变形过程中，试样的截面积与长度也在不断地发生着变化，特别是当变形较大时，工程应力、应变将与材料的真实应力、应变存在明显的差异，因此，在研究金属塑性变形规律时，为了得出真实的变形特性，应当按真应力和真应变来进行分析。,10,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,真应力T：真应变T： P作用在试样上的载荷； A试样的实际横截面积； l0试样的原始标距部分长度； l1、2.试样变形后标距部分长度。,11,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,真应力T与工程应力的关系：根据体积的恒定性：,12,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,讨论：将一根长为20m、直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔，试求：这根铝棒拉拔后的尺寸。,13,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,区分塑性和脆性：拉伸,14,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,区分塑性和脆性：三点弯曲,15,第一节 金属变形概述,第六章塑性变形第一节金属变形概述,区分塑性和脆性：压缩,16,第二节 单晶体的塑性变形,虽然工程中应用的通常是多晶，但多晶体的变形是和其 中各个晶粒变形相关的。因此，单晶体的变形是金属变形的基础。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,常温下塑性变形的主要方式：滑移、孪生。,17,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移1 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分 沿着一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向） 产生相对位移，且不破坏晶体内部原子排列规律 性的塑变方式。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,18,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移 光镜下：滑移带 2 滑移的表象学 电境下：滑移线 台阶：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,铜单晶塑性变形后的滑移带,19,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移3 滑移系： 金属中的滑移是沿着一定的晶面和一定的晶向进行的，这些晶面称为滑移面，晶向称为滑移方向。 滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,20,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移4 滑移的晶体学 滑移面 （密排面） （1）几何要素 滑移方向（密排方向）,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,滑移系的个数:(滑移面个数）（每个面上所具有的滑移方向的个数）,这是由于最密排面的面间距最大，因而点阵阻力最小，容易发生滑移，而沿最密排方向上的点阵间距最小，从而使导致滑移的位错的柏氏矢量也最小。,21,第二节 单晶体的塑性变形,面心立方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,面心立方晶体的滑移系共有11143=12个,22,第二节 单晶体的塑性变形,体心立方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,体心立方晶体，沿110晶面滑移，滑移系共有11062=12个,23,第二节 单晶体的塑性变形,体心立方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,体心立方晶体，沿112 晶面滑移，滑移系共112121=12个,24,第二节 单晶体的塑性变形,体心立方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,体心立方晶体，沿123晶面滑移，故滑移系共123241=24个,25,第二节 单晶体的塑性变形,体心立方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,由于体心立方结构是一种非密排结构，因此其滑移面并不稳定，一般在低温时多为112，中温时多为110，而高温时多为123，不过其滑移方向很稳定，总为，因此其滑移系可能有12-48个。,体心立方晶体，可同时沿110112123晶面滑移，故滑移系共有11062+112121+123241=48个,26,第二节 单晶体的塑性变形,密排六方：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,27,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E,28,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移4 滑移的晶体学 滑移系数目与材料塑性的关系 一般滑移系越多，塑性越好； 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关； 与同时开动滑移系数目有关（c）。例如：体心立方金属Fe，与面心立方金属的滑移系相比，多12个。但它的滑移方向没有面心立方金属多，同时滑移面密排程度小，所以它的塑性要比铝、铜等面心立方金属差。总结：塑性 hcpbccfcc,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,29,第二节 单晶体的塑性变形,一 滑移5 滑移的临界分切应力（k） 滑移发生的条件： 晶体受力时，并非所有的滑移系都同时参与滑移，而是由受力状态决定的。只有当外力在某一滑移系中的分切应力首先达到一定的临界值时，这一滑移系开动，晶体才开始滑移。该分切应力即称为滑移的临界分切应力，以k表示，它是使滑移系开动的最小分切应力。 k ：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。 (外力在滑移方向上的分解),第六章塑性变形第二节单晶体塑变,30,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,31,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,32,第二节 单晶体的塑性变形,5 滑移的临界分切应力（k）,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,m取向因子,33,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,34,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,35,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,36,第二节 单晶体的塑性变形,5 滑移的临界分切应力（k） k取决于金属的本性，与外力无关； 或90时，s ；kscoscos s的取值 ，45时，s最小，晶体易滑移； 软取向：值大； 取向因子：coscos 硬取向：值小。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,37,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,38,第二节 单晶体的塑性变形,6 滑移时晶体的转动,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,39,第二节 单晶体的塑性变形,6 滑移时晶体的转动,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,40,第二节 单晶体的塑性变形,6 滑移时晶体的转动（1）位向和晶面的变化 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于平行于力轴方向; 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 几何硬化：，远离45，滑移变得困难；（2）取向因子的变化 几何软化；，接近45，滑移变得容易。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,41,第二节 单晶体的塑性变形,7 多滑移和交滑移单滑移：只有一个滑移系进行滑移。多滑移：若有几组滑移系相对于外力轴的取向相同，分切应力同时达到临界值，或者由于滑移时的转动，使另一组滑移系的分切应力也达到临界值，则滑移就在两组或多组滑移系上同时或交替地进行，这种过程叫作“双滑移”或“ 多滑移”。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,面心立方晶体的多系滑移力轴为001方向,42,第二节 单晶体的塑性变形,7 多滑移和交滑移 多滑移：光学显微镜下可看到晶粒内出现交叉滑移线,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,铝中的滑移带,43,第二节 单晶体的塑性变形,8 交滑移 （1）交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的 滑移。 （2）机制 螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑 移面的过程；,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,44,第二节 单晶体的塑性变形,9 多滑移和交滑移的区别： （1）滑移的表面痕迹 单滑移：单一方向的滑移带，滑移线呈一系列彼此平行的直线； 多滑移：相互交叉的滑移带，成一定角度； 交滑移：波纹状的滑移带，这是螺旋位错在不同滑移面上反复进行扩张的结果。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,（2）单滑移只有一个滑移系进行滑移； 多滑移是由完全不同的两个滑移系分别或交替进行滑移； 交滑移是由具有同一滑移方向的两个或多个滑移系同时启动而进行。一般来说，只有螺位错可以引起交滑移。,45,第二节 单晶体的塑性变形,10 滑移的位错机制 实验证明，滑移是位错在切应力作用下运动的结果，滑移线是位错运动到晶体表面所产生的台阶。当一条位错线移动到晶体表面时，便会留下一个原子间距的台阶。同一滑移面上若有大量的位错线不断地移出，则滑移台阶就不断增大，直到形成显微观察到的滑移线（带）。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,全位错运动的结果,46,第二节 单晶体的塑性变形,讨论：1、确定下列情况下的工程应变e和真应变T，说明何者更能反映真实的变形特性： a）由L伸长至1.1L； b）由h压缩至0.9h； c）由L伸长至2L； d）由h压缩至0.5h。2、面心立方晶体沿001方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移系指数，并分别绘图示之。 3、有一bcc晶体的(110)111滑移系的临界分切力为60MPa，试问在001和010方向必须施加多少的应力才会产生滑移？ 4、什么是单滑移、多滑移、交滑移?三者滑移线的形貌各有何特征?5、位错线和滑移线相同吗？为什么？6、在室温下，多数金属材料的塑性比陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种金属材料哪个塑性好？说明原因。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,47,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生1 孪生：在切应力作用下，晶 体的一部分相对于另 一部分沿一定的晶面 (孪晶面）和晶向 （孪生方向）发生均 匀切变并形成晶体取 向的镜面对称关系。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,48,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生2 孪生的形成过程：孪生是一种均匀切变过程，而滑移则是不均匀切变；发生孪生的部分与原晶体形成了镜面对称关系，而滑移则没有位向变化。,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,49,50,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生2 孪生的形成过程：,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,51,第二节 单晶体的塑性变形,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,52,53,54,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,孪晶在显微镜下呈带状或透镜状，见下图：,锌中的变形孪晶200 铁的变形孪晶（纽曼带）,55,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,3 孪生的位错机制： 在孪生的形成过程中，我们已经看到，整个孪晶区域作了均匀切变，其各层的相对移动距离是孪生方向原子间距的分数值，这表明孪生时每层晶面的位移可以借助于一个不全位错的移动而形成。,56,第二节 单晶体的塑性变形,二 孪生4 滑移和孪生的比较,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,57,第二节 单晶体的塑性变形,2,第六章塑性变形第二节单晶体塑变,58,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,多晶体发生塑性变形的基本方式也是滑移和孪生 。,多晶体材料是由许多取向不同的小单晶体即晶粒组成的。晶粒和晶粒之间的过渡区域就称为晶界。晶界处原子排列的周期性被破坏，能量高。 晶界中原子排列的特点：含有大量的缺陷，包含位错、缺陷、杂质或沉淀相等，晶态或非晶态。,59,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,一、多晶体变形的特点1、晶粒取向（1）变形不均匀导致内应力不均匀 各晶粒相对于外力轴的取向不同，位向有利的晶粒先变形。 处于软取向的晶粒，先开始产生滑移。,右图表明，A、B、C晶粒所处位向不同，故滑移次序不同，因而在它们之间产生了不同的应力。,60,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,一、多晶体变形的特点1、晶粒取向（2）变形有先有后 各晶粒相对于外力轴的取向不同，位向有利的晶粒先变形，且不同晶粒变形量也不同。一般变形度达到20%，几乎所有晶粒都可参加变形。 塑性变形从一个晶粒传递到另一个晶粒，一批批晶粒如此传递下去，使整个试样产生了宏观的塑性变形。,61,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,一、多晶体变形的特点1、晶粒取向（3）各个晶粒的变形必须协调 对一个晶粒来讲不能自由地、均匀地滑移，它要受到相邻晶粒的牵制，故晶粒之间要互相配合、协调。如果协调不好，将会导致塑性下降（晶界处开裂）。 （a）原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 （b）要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会致晶体分裂） （c）条件：独立滑移系5个。,62,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,2 晶界对滑移的阻滞效应,现象：对只有两个晶粒的双晶试样拉伸结果表明，室温下拉伸变形后，呈现竹节状。也就是说在晶界处的晶体部分变形较小，而晶内变形量则大得多，整个晶粒的变形不均匀。,63,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,2 晶界对滑移的阻滞效应,原因：晶界上原子排列不规则，点阵畸变严重，且晶界两侧的晶粒取向不同，因此，滑移要从一个晶粒直接延续到下一个晶粒是极其困难的 。也就是说导致晶体产生变形的位错滑移在晶界处受阻，滑移、孪生多终止于晶界,极少穿过。,位错塞积,64,65,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,3 晶粒大小对变形抗力的影响,对于大多数金属材料，其屈服强度与晶粒平均直经d 的关系可用Hall-Petch方程式表示：,细晶强化,66,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,3 晶粒大小对变形抗力的影响,细晶化是唯一的一种在增加材料强度的同时也增加材料塑性和韧性的强化方式,67,第三节 多晶体的塑性变形,3 晶粒大小对变形抗力的影响 晶粒越多，变形均匀性提高由应力集中 导致的开裂机会减少，可承受更大的变 形量，表现出高塑性。 b 晶粒越细，塑韧性提高 细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易 萌生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂 过程中可吸收较多能量,表现高韧性。,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,68,第三节 多晶体的塑性变形,第六章塑性变形第三节多晶体塑变,已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？,69,第四节 合金的塑性变形,合金的塑性变形与纯金属的变形基本一致，只是由于合金元素的加入而使金属晶体结构发生了变化,从而改变了基体金属的变形拉力，使材料机械性能发生了显著变化。这对工程上的塑性加工和强化金属有重大意义。 合金元素在金属基体中的存在形式有两种： 一是形成固溶体； 二是形成第二相，与基体组成机械混合物。 它们具有不同的变形特点。,第六章塑性变形第四节合金塑变,合金发生塑性变形的基本方式也是滑移和孪生。,70,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形 1 固溶体的结构 2 固溶强化 （1）固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。,第六章塑性变形第四节合金塑变,Cu-Ni固溶体的强度、塑性随其成分变化的关系，可以发现其强度、硬度随溶质含量增加而增加，而塑性指标则呈现相反的规律。,71,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形（2）固溶强化的影响因素 溶质原子的浓度越高，固溶强化作用越大，但不保持线性关系；,第六章塑性变形第四节合金塑变,72,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形（2）固溶强化的影响因素 溶质原子与溶剂金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大； 间隙型溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。间隙溶质原子引起的点阵畸变比置换原子大；间隙原子在晶体中引起非对称性点阵畸变时，其强化作用大于对称性点阵畸变。由于间隙原子在晶体中的固溶度较小，数量少，故实际强化效果有限。,第六章塑性变形第四节合金塑变,73,第四节 合金的塑性变形,第六章塑性变形第四节合金塑变,74,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形（2）固溶强化的影响因素 溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著，即固溶体的屈服强度随合金电子浓度的增加而提高。,第六章塑性变形第四节合金塑变,75,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形 （3） 强化机制 柯氏气团强化 晶格畸变，阻碍位错运动,第六章塑性变形第四节合金塑变,溶质原子与位错发生弹性交互作用，固溶体中的溶质原子趋向于在位错周围的聚集分布，称为溶质原子气团，也就是柯垂耳气团，它将对位错的运动起到钉扎作用，从而阻碍位错运动；,76,第四节 合金的塑性变形,第六章塑性变形第四节合金塑变,以刃型位错为例，为了减小晶格畸变，降低体系的能量，置换固溶体中，比溶剂原子大的溶质原子，往往扩散到位错线下方受拉应力的部位；而比溶剂原子小的溶质原子，往往扩散到位错线上方受压应力的部位；间隙固溶体中的溶质原子，总是扩散到位错线下方。从而提高了固溶体合金的塑性变形抗力。,77,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形3 屈服时效 现象：上下屈服点、屈服延伸（吕德斯带扩展）。 原因：柯氏气团的存在、破坏。,第六章塑性变形第四节合金塑变,78,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形3 屈服时效,第六章塑性变形第四节合金塑变,由于柯氏气团，体系的能量处于较低状态，只有在较大的应力作用下，位错才能脱离溶质原子的钉扎，表现为应力应变曲线上的上屈服点；当位错继续滑移时，就不需要开始时那么大的应力，表现为应力应变曲线上的下屈服点；当继续变形时，因为应变硬化作用的结果，应力又出现升高的现象。,79,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形3 应变时效 现象：在低碳钢中，如果在试验之前对试样进行少量的预塑性变形，则屈服点可暂时不出现。但是如果经少量预变形后，将试样放置一段时间或者稍微加热后，再进行拉伸就又可以观察到屈服现象，不过此时的屈服强度会有所提高，如图9.31所示，这就是应变时效现象。 原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成。,第六章塑性变形第四节合金塑变,80,第四节 合金的塑性变形,一、单相固熔体合金的塑性变形 具有屈服现象与应变时效的金属材料，在拉伸和深冲过程中，由于变形不均匀，会造成工件表面不平整，为避免这种缺陷，可采取以下措施：（1）在合金中加入少量能够与溶质原子形成稳定化合物的元素，减少间隙原子的含量，从而减轻或消除屈服现象。例如，在低碳钢中加入AL、V、Ti、Nb、B等元素。（2）板材在深冲之前，进行少量的塑性变形，然后尽快的进行深冲。,第六章塑性变形第四节合金塑变,低碳钢薄板表面的吕德斯带,81,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形1、聚合型两相合金的变形（1）软基体软第二相,第六章塑性变形第四节合金塑变,合金中的两个相的尺寸属于同一数量级,只有第二相为较强的相时，合金才能强化。当两相合金塑性变形时，滑移首先发生在较弱的相中；如果较强相很少时，则变形基本都发生在较弱相中；只有当较强相比例较大（30%）时，较弱相不能连续，此时两相才会以接近的应变发生变形；当较强相含量很高（70%）时，则成为基体，此时合金变形的主要特征将由它来决定。,82,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形1、聚合型两相合金的变形（2）软基体硬脆第二相 如果第二相为脆性相，合金的性能除与相的相对量有关外，在很大程度上取决于第二相的形状和分布。第二相呈连续网状分布于晶界（二次渗碳体）,第六章塑性变形第四节合金塑变,钢中的渗碳体，当它呈连续网状分布在珠光体边界上时，使钢的脆性增大,83,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形1、聚合型两相合金的变形（2）软基体硬脆第二相 第二相呈片状分布于基体相（珠光体）,第六章塑性变形第四节合金塑变,若以片层状分布在珠光体中时，使钢的强度增大,84,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形1、聚合型两相合金的变形（2）软基体硬脆第二相第二相呈粗颗粒状分布（三次渗碳体）,第六章塑性变形第四节合金塑变,通过球化退火使渗碳体球化，钢的强度降低，塑性、韧性得到改善。,85,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形2、弥散型合金的变形弥散强化：第二相粒子细小而弥散地分布在基体中，将产生显著地强化作用。（1） 不可变形微粒的强化作用(绕过机制）,第六章塑性变形第四节合金塑变,第二相颗粒非常细小，弥散地分布在基体相中,86,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形2、弥散型合金的变形（2）可变形微粒的强化作用,第六章塑性变形第四节合金塑变,87,第四节 合金的塑性变形,二 多相合金的塑性变形2、弥散型合金的变形（2）可变形微粒的强化作用,第六章塑性变形第四节合金塑变, 位错将切过粒子，此时，会生成一个台阶，增加了表面积，提高了界面能； 由于第二相的结构往往与基体不同，位错切过粒子时，造成滑移面上原子的错排，引起能量升高； 颗粒周围存在弹性应力场（由于颗粒与基体的比容差别，而且颗粒与基体之间往往保持共格或半共格结合）与位错交互作用，对位错运动有阻碍作用。这些因素都增大了位错运动的阻力，使得金属变形抗力增加。,88,第四节 合金的塑性变形,讨论： 1、多晶体的塑性变形和单晶体有何不同？2、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同？3、提高合金材料强度的途径有哪些？,第六章塑性变形第四节合金塑变,89,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对组织结构的影响 晶粒拉长; 1 形成纤维组织 形成许多位错胞； 杂质呈细带状或链状分布。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,晶粒拉长,90,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对显微组织的影响,第六章塑性变形第五节组织性能变化,在变形过程中产生的位错易汇聚在一起，互相缠结、运动，形成位错胞。胞内位错密度很低，而胞壁位错密度很高。这种胞状组织也称亚结构（亚晶粒）。,91,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对显微组织的影响,第六章塑性变形第五节组织性能变化,铁在室温的变形亚晶(网络结构),92,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对显微组织的影响,第六章塑性变形第五节组织性能变化,带状组织,当材料内部组织不均匀时，如有第二相偏聚或夹杂物偏析时，经塑性变形（热加工）使这些区域伸长，形成带状组织。,带状碳化物,93,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对组织结构的影响2 形成变形织构（1）变形织构：当塑性变形量不断增加时，多晶体中原本取向随机的各个晶粒，会逐渐调整到其取向趋于一致，这一现象称为晶粒的择优取向。 丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成）（2）类型 板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平 行于轧制方向。（轧制时形成）,第六章塑性变形第五节组织性能变化,丝织构,板织构,94,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,一 对组织结构的影响2 形成变形织构(3)织构利弊 变形量越大，择优取向的趋势越明显。完全理想的织构，取向如同单晶，实际上，多晶体金属中晶粒取向的集中程度往往不很高。例1: 制耳 由于纤维组织和形变织构的形成, 使金属的性能产生各向异性。如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。用有织构的板材冲制筒形零件时, 即由于在不同方向上塑性差别很大, 零件的边缘出现“制耳”。 例2：硅钢片 高斯织构 （110）001 立方织构 （100）001 这两种织构使其磁化性能得到改善。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,95,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化） （1）加工硬化（应变硬化）：随变形量的增加，材料的强度、硬度升高而塑韧性下降的现象。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,96,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化） （2）加工硬化的机理：单晶体的典型加工硬化曲线,第六章塑性变形第五节组织性能变化,加工硬化的机理，普遍认为与位错的运动和交互作用有关。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此，位错运动时的相互交割加剧，产生位错塞积群、割阶、缠结网等障碍，增大了位错运动的阻力，引起变形抗力增加，从而提高了材料的强度。,97,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化） （3）加工硬化的影响因素： 晶体结构类型 杂质含量 晶体位向,第六章塑性变形第五节组织性能变化,98,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响 1 对力学性能的影响（加工硬化）（5）加工硬化的实际意义 使金属基体具有一定的抗偶然过载的能力。 加工硬化和塑性变形适当配合可使金属进行均匀塑性变形。 是强化金属的重要手段之一。 例18-8不锈钢， 变形前 0.2 = 196MPa ，b= 588MPa， 40%轧制后0.2 =784-980MPa， b =1174MPa 可降低塑性，改善材料，如低碳钢的切削加工性能。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,二 对性能的影响 2 对物理、化学性能的影响 导电率、导磁率下降，比重、热导率下降； 结构缺陷增多，扩散加快； 化学活性提高，腐蚀加快。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,100,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10） 材料在塑性变形过程中，外力所作的功大部分转化为热能散失了，只有不到10%被保留在材料内部（即储存能）。储存能以残余内应力和点阵畸变的形式表现出来。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10） 第一类残余应力（）：宏观内应力，由整个物 体变形不均匀引起。 1 分类 第二类残余应力（）：微观内应力，由晶粒变 形不均匀引起。 第三类残余应力（）：点阵畸变，由位错、空 位等引起。80-90%。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10）1、第一类残余应力 又称宏观残余应力，作用范围为整个工件，它是由金属材料（或零件）各个部分（如表面和心部）的宏观形变不均匀而引起的。 第一类内应力使工件尺寸不稳定，严重时甚至使工件在受力之下变形产生断裂。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10）2、第二类残余应力 作用尺度与晶粒尺寸为同一数量级，往往在晶粒内或晶粒之间保持平衡，是由于晶粒或亚晶粒之间变形不均匀而引起的。 第二类内应力使金属更容易腐蚀，以黄铜最为典型，加工以后由于内应力存在，于春季或潮湿环境下发生应力腐蚀开裂。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,104,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10）3第三类内应力 即晶格畸变应力 属微观内应力。塑性变形时产生大量空位和位错，其周围产生了点阵畸变和应力场，此时的内应力是在几百或几千个原子范围内保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位错所形成的应力。 第三类内应力是产生加工硬化的主要原因。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,106,第五节 塑性变形对材料组织和性能的影响,三 残余应力（约占变形功的10） 利：工件表面残留一层压应力时，对提高使用寿命有利 2 利弊 弊：引起变形、开裂,如黄铜弹壳的腐蚀开裂。 3 消除：去应力退火。,第六章塑性变形第五节组织性能变化,107,第六章塑性变形第五节组织性能变化,残余应力引起的变形,1、请分析对工业纯铝、Fe-0.2%C合金、Al-5%Cu合金可以采用的强化机制，并解释机理。2、何为织构？包括哪几类？3、在室温下对Pb板进行弯折，越弯越硬，但如果放置一段时间再进行弯折，Pb又像最初一样柔软，这是为什么？（T熔(Pb)=327）4、位错线和滑移线相同吗？为什么？为什么一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？5为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性？6、何为固溶强化？置换固溶体与间隙固溶体相比,哪个的固溶强化效果强？请简述影响固溶度的因素。7、试用位错理论解释低碳钢的应变时效现象。,108,在面心立方晶体中，分别画出 、 和、 ， 、 和、 ， ，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为 001 ，请问哪些滑移系可以开动？ 何谓金属材料的加工硬化？如何解决加工硬化对后续冷加工带来的困难？,