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1、课程主讲人：第三章金属的塑性变形第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.1单晶体和多晶体的塑性变形单晶体和多晶体的塑性变形3.2金属的形变强化金属的形变强化3.3塑性变形金属在加热时组织和性能的变化塑性变形金属在加热时组织和性能的变化3.4塑性加工性能及影响因素塑性加工性能及影响因素本章小结本章小结3.1单晶体和多晶体的塑性变形单晶体和多晶体的塑性变形3.1.1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 1.滑移滑移 2.孪生孪生3.1.2多晶体金属塑性变形的特点多晶体金属塑性变形的特点 1.晶粒取向对塑性变形的影响晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响第三章
2、金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形锌单晶体的滑移变形示意图锌单晶体的滑移变形示意图滑移特点：滑移是在切滑移特点：滑移是在切应力作用下完成的；滑应力作用下完成的；滑移时移动的距离是原子间移时移动的距离是原子间距的整数倍；滑移的同距的整数倍；滑移的同时由于正应力组成的力偶时由于正应力组成的力偶作用，推动晶体转动，力作用，推动晶体转动，力图使滑移面转向与外力一图使滑移面转向与外力一致的方向。滑移的实质致的方向。滑移的实质是位错运动的结果。因此是位错运动的结果。因此滑移的实际临界切应力远滑移的实际临界切应力远远大于理论临界切应力。远大于理论临界切应力。第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑
3、性变形1.单晶体的滑移单晶体的滑移单晶体滑移变形示意图单晶体滑移变形示意图第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形位错运动引起的滑移变形示意图位错运动引起的滑移变形示意图第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形滑移面的确定滑移面的确定第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形常见金属晶格中的主要滑移系常见金属晶格中的主要滑移系体心立方晶格体心立方晶格 面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格(110)*6 (111)*4 底面底面*1111*2 110*3 底面对角线底面对角线*36*2 4*3 1*3第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形2.孪生孪生
4、孪生变形示意图孪生变形示意图*试比较滑移和孪生的异同点试比较滑移和孪生的异同点第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形1.1.晶粒取向对塑性变形的影响晶粒取向对塑性变形的影响 在多晶体中，各晶粒的位向不同在多晶体中，各晶粒的位向不同(如图所示如图所示)，那些滑移面与，那些滑移面与外力方向成外力方向成45角的晶粒（其取向为角的晶粒（其取向为“软位向软位向”）首先发生滑）首先发生滑移移,但它们的滑移变形会受到其它晶粒（硬位向）的阻碍但它们的滑移变形会受到其它晶粒（硬位向）的阻碍,进一进一步增加外力步增加外力,才能使处于硬位向的晶粒也满足临界切应力条件才能使处于硬位向的晶粒也满足临界切应力条
5、件,产生滑移产生滑移.因此因此,多晶体的滑移变形是分期分批进行的；又由于多晶体的滑移变形是分期分批进行的；又由于硬位向的阻碍作用硬位向的阻碍作用,多晶体的变形抗力比单晶体的大多晶体的变形抗力比单晶体的大,即强度高即强度高.第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形图图3.5 多晶体塑性变形示意图多晶体塑性变形示意图第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形2.晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.2金属的形变强化金属的形变强化3.2.1形变强化现象形变强化现象3.2.2塑性变形后金属的组织结构的变化塑性变形后金属的组织结构的变化
6、 (1)晶粒破碎晶粒破碎,亚结构增多亚结构增多 (2)晶粒拉长晶粒拉长,出现纤维组织或织构出现纤维组织或织构(产生各向异性产生各向异性)3.2.3塑性变形产生的残余应力塑性变形产生的残余应力 残余应力的危害残余应力的危害: (1)降低工件的承载能力降低工件的承载能力 (2)使工件的形状和尺寸发生变化使工件的形状和尺寸发生变化 (3)降低工件的耐蚀性降低工件的耐蚀性第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.2.1形变强化现象形变强化现象 定义定义:金属经过冷态下的塑性金属经过冷态下的塑性变形变形(冷加工冷加工)后后,其强度、硬度其强度、硬度提高提高,而塑性、韧性降低的现象而塑性、韧性降
7、低的现象叫做形变强化叫做形变强化,或加工硬化或冷或加工硬化或冷作硬化作硬化.形变强化还使物理、化学性能形变强化还使物理、化学性能发生变化发生变化,如电阻增大如电阻增大,耐蚀性降耐蚀性降低低.在冷加工时在冷加工时,形变强化使金属塑形变强化使金属塑性降低性降低,进一步加工困难进一步加工困难,应安排应安排中间退火工艺中间退火工艺.第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.3塑性变形金属在加热时组织和性能变化塑性变形金属在加热时组织和性能变化3.3.1回复回复 T回回=（0.250.3)T熔熔 T回、回、 T熔熔为绝对温度为绝对温度3.3.2再结晶再结晶定义定义:经冷变形的金属当加热到经冷变
8、形的金属当加热到T再再时时,会在变形最激会在变形最激 烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结叫做再结 晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形只是改变了晶粒外形. T再再=0.4T熔熔 金属再结晶后金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象消除了残余应力和形变强化现象3.3.3晶粒长大晶粒长大3.3.4冷变形和热变形冷变形和热变形3.3.5金属纤维组织及其应用金属纤维组织及其应用第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形形变强化金属的回复和再结晶示意图形变强化金
9、属的回复和再结晶示意图第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形晶粒长大示意图晶粒长大示意图临界变形度临界变形度织构织构第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.3.4冷加工和热加工冷加工和热加工 在在T再再温度以下的塑性变形叫冷加工温度以下的塑性变形叫冷加工;T再再温度以上的塑性变温度以上的塑性变形叫热加工形叫热加工. 冷加工产生形变强化冷加工产生形变强化,进一步变形困难进一步变形困难;热加工消除了形变强热加工消除了形变强化现象化现象,若对铸锭进行热加工若对铸锭进行热加工,能使铸锭的气孔及缩松焊合、提高能使铸锭的气孔及缩松焊合、提高致密度、并能细化晶粒致密度、并能细化晶粒,还
10、能形成纤维组织还能形成纤维组织.第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.3.5金属纤维组织及其应用金属纤维组织及其应用定义定义: 纤维组织的各向异性纤维组织的各向异性特点特点:不能用热处理方法消除不能用热处理方法消除应用应用:麻花钻的轧制、汽车半麻花钻的轧制、汽车半轴的局部镦粗。轴的局部镦粗。第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形纤维组织的应用纤维组织的应用第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形3.4塑性加工性能及影响因素塑性加工性能及影响因素3.4.1塑性加工性能及其指标塑性加工性能及其指标 塑性、变形抗力塑性、变形抗力3.4.2塑性加工性能的影响因素塑性加工
11、性能的影响因素 1.金属的本质金属的本质 (1)化学成分的影响化学成分的影响 (2)金属组织的影响金属组织的影响 2.加工条件加工条件 (1)变形温度的影响变形温度的影响 (2)变形速度的影响变形速度的影响 (3)应力状态的影响应力状态的影响第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形变形温度的影响变形温度的影响提高温度有利于金属塑性提高温度有利于金属塑性变形，但温度过高将产生变形，但温度过高将产生过热、过烧脱碳、氧化等过热、过烧脱碳、氧化等缺陷。缺陷。锻造温度即始锻温度与终锻造温度即始锻温度与终锻温度间的温度范围。锻温度间的温度范围。第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形变形速
12、度的影响变形速度的影响第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形应力状态的影响应力状态的影响 第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形 挤压时金属应力状态挤压时金属应力状态 拉拔时金属应力状态拉拔时金属应力状态本章小结本章小结 锻造、轧制、挤压、冲压等都是塑性变形。这些锻造、轧制、挤压、冲压等都是塑性变形。这些塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸，塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸，更重要的是为了改善金属的组织和性能。更重要的是为了改善金属的组织和性能。 塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤维组织，具有各向异性。塑性变形后的维组织，具有各向异性。塑性变形后的 金属加热时会金属加热时会产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。第三章金属材料的塑性变形第三章金属材料的塑性变形