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1、第六章金属及合金的塑性变形与断裂第1页，共86页，编辑于2022年，星期三第一节 金属的变形特性金属在外力的作用下的变形过程可分为弹性变形、弹塑性变形和断裂三个连续阶段。一、应力应变曲线第2页，共86页，编辑于2022年，星期三第3页，共86页，编辑于2022年，星期三(1)屈服点屈服点试样屈服时的应力为材料的屈服点试样屈服时的应力为材料的屈服点产生明显塑性变形的最低应力值产生明显塑性变形的最低应力值.Fs s=(M Pa)S0试样屈服时的载荷试样屈服时的载荷(N)试样原始横截面积试样原始横截面积(mm2)s屈服点（强度）屈服点（强度）第4页，共86页，编辑于2022年，星期三（2）屈服强度屈
2、服强度(塑性变形量为塑性变形量为0.2%，微量塑性变形，微量塑性变形)F0.2 0.2 =(M Pa)S 0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)试样产生试样产生0.2%残余塑性变残余塑性变 形时的载荷形时的载荷(N)0.2：试样产生残余塑性变形：试样产生残余塑性变形0.2%时的应力时的应力试样产生试样产生0.2%残余塑性变形残余塑性变形 屈服点屈服点 s、屈服强度、屈服强度0.2是零件设计的主要依据；也是是零件设计的主要依据；也是评定金属强度的重要指标之一。评定金属强度的重要指标之一。第5页，共86页，编辑于2022年，星期三塑性塑性：指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。：指材
3、料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。l评定塑性的指标：评定塑性的指标：l(1)断面收缩率断面收缩率:指试样拉断处横截面积的收缩量指试样拉断处横截面积的收缩量 S与原始与原始横截面积横截面积S0之比。之比。l(2)伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原始与原始标距标距L 0之比。之比。S0-S 1 =-100%S0塑性指标塑性指标 l 1-l0 =-100%l0塑性指塑性指标标不直接用于不直接用于计计算，但任何算，但任何零件都需要一定塑性零件都需要一定塑性，防止防止过载过载断裂；塑性断裂；塑性变变形可以形可以缓缓解解应应力集中、削减力集中、削减应应力
4、峰力峰值值。第6页，共86页，编辑于2022年，星期三第7页，共86页，编辑于2022年，星期三二、真应力-真应变曲线第8页，共86页，编辑于2022年，星期三三、金属的弹性变形l2）.弹性极限弹性极限:l Fe 弹性极限载荷弹性极限载荷(N)l e=(M pa)l S0 试样原始横截面试样原始横截面(mm2)E=/1）.弹性弹性:金属材料受外力作用时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。性能。弹性变形弹性变形:随载荷撤除而消失的变形。随载荷撤除而消失的变形。第9页，共86页，编辑于2022年，星期三2）刚度：）刚度
5、：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值，表示材料抵抗弹性模量：弹性下应力与应变的比值，表示材料抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。即：即：E=/切变模量：G/材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大；E对组织不敏感；对组织不敏感；零件的刚度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关，也与形状、截面等有关、分别是正应变和切应变分别是正应变和切应变lE、G是表征材料抵抗弹性变形能力和衡量材料是表征材料抵抗弹性变形能力和衡量材料“刚度刚度”的指标。的指标。第10页，共86页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 单晶体的
6、塑性变形单晶体的塑性变形l单晶体受力后，外力在任何单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为晶面上都可分解为正应力正应力和和切应力切应力。正应力只能引。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。晶体才能产生塑性变形。单晶体金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形外外力力在在晶晶面面上上的的分分解解切切应应力力作作用用下下的的变变形形锌锌单单晶晶的的拉拉伸伸照照片片第11页，共86页，编辑于2022年，星期三韧性断口韧性断口脆性解理断口脆性解理断口第12页，共86页，编辑于2022年，星期三l一、一、滑移滑移l（一）滑移
7、及滑移带（一）滑移及滑移带l滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。于另一部分发生滑动位移的现象。l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。滑移和孪生。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。第13页，共86页，编辑于2022年，星期三l滑移时，晶体两部分的相对位移量滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍是原子间距的整数倍.l滑移的结果在晶体表面形成台滑移的结果在晶体表面形成台阶，称阶，称滑移线滑移线，若干条滑移线组，若干条滑移线组成一个成一个滑移带滑移带。铜拉伸试样表面滑移带铜拉伸试
8、样表面滑移带第14页，共86页，编辑于2022年，星期三第15页，共86页，编辑于2022年，星期三l1、滑移变形的特点、滑移变形的特点：l 滑移只能在切应力的作用滑移只能在切应力的作用下发生。下发生。产生滑移的最小切产生滑移的最小切应力称应力称临界切应力临界切应力.正应力作用.swf第16页，共86页，编辑于2022年，星期三l 滑滑移移常常沿沿晶晶体体中中原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶晶向向发发生生。因因原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶晶向向之之间间原原子子间间距距最最大大，结结合合力力最最弱弱，产产生生滑移所需切应力最小。滑移所需切应力最小。l沿其发生滑移的晶面和晶
9、向分别叫做沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面滑移面和和滑移方向滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向通常是晶体中的密排面和密排方向。第17页，共86页，编辑于2022年，星期三l一个滑移面一个滑移面和其上的一和其上的一个滑移方向个滑移方向构成一个构成一个滑滑移系移系。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110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系单晶单晶体滑移系体滑移系.swf.swf（二）滑移系第18页，共86页，编辑于2022年，星期三l滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大
10、，塑性也越滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。l因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格,体心体心立方晶格好于密排六方晶格。立方晶格好于密排六方晶格。第19页，共86页，编辑于2022年，星期三（三）滑移的临界分切应力l 在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形成台在剪切应力作用下位错线滑移，并在表面形成台阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带的本质。那阶，这就是塑性变形后在表面形成滑移带的本质。那麽在拉伸外力作用下，如何能导致位错线滑移？麽在拉伸外力作用下
11、，如何能导致位错线滑移？l 图给出了拉伸外力图给出了拉伸外力P与任一晶面上的剪切应力大与任一晶面上的剪切应力大小的关系。外力小的关系。外力P作用在面积为作用在面积为A的圆柱体上，在滑移的圆柱体上，在滑移面上产生的分切应力面上产生的分切应力 第20页，共86页，编辑于2022年，星期三lF在滑移方向上的分切应力为在滑移方向上的分切应力为第21页，共86页，编辑于2022年，星期三l只有值大于和等于某一个临界值，柱体的上下两部分才会相对的滑移，产生宏观的塑性变形。这个分切应力就称为临界分切应临界分切应力力c。第22页，共86页，编辑于2022年，星期三（四）切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转
12、动（四）切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动第23页，共86页，编辑于2022年，星期三l滑移的同时伴随着晶体的转动滑移的同时伴随着晶体的转动l转动有两种：转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。向最大切应力方向转动。自由滑移变形.swf第24页，共86页，编辑于2022年，星期三l转动的原因：转动的原因：晶体滑移后使正应力分晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶量和切应力分量组成了力偶.l当滑移面、滑移方向与外力方向都呈当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45角时，滑移角时，滑移 方向上切应力方向上切应力最大，
13、因而最最大，因而最容易发生滑移容易发生滑移.l滑移后滑移后,滑移面滑移面两侧晶体的位两侧晶体的位向关系未发生向关系未发生变化。变化。A0A1FFA0第25页，共86页，编辑于2022年，星期三l自由滑移变形.swf 受夹具限制时代变形.swfl压缩时的晶面转动.swf第26页，共86页，编辑于2022年，星期三第27页，共86页，编辑于2022年，星期三l几何软化l几何硬化l压缩时的晶面转动.swf第28页，共86页，编辑于2022年，星期三韧性断口韧性断口第29页，共86页，编辑于2022年，星期三多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行l2、滑移的机理、滑移的机理l把滑移设想为刚性整体滑动所需的
14、把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大切应力值大3-4个数量级个数量级。滑移是通滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。过滑移面上位错的运动来实现的。第30页，共86页，编辑于2022年，星期三l晶体通过位错运动产生滑移时，晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象称作切应力小，这种现象称作位错位错的易动性的易动性。第31页，共86页，编辑于2022年，星期三（五）多滑移系（五
15、）多滑移系l在两个或更多的滑移系上进行的滑移系称为多滑移系，简称多滑移。第32页，共86页，编辑于2022年，星期三第33页，共86页，编辑于2022年，星期三（六）交滑移（六）交滑移l两个或多个滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移，称为交滑移。两个或多个滑移面沿共同的滑移方向同时或交替地滑移，称为交滑移。第34页，共86页，编辑于2022年，星期三1.位错的运动与晶体的滑移位错的运动与晶体的滑移刃型位错的滑移刃型位错的滑移第35页，共86页，编辑于2022年，星期三螺型位错的滑移：螺型位错的滑移：l在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够大时，有使晶体的在图示的晶体上施加一切应力，当应力足够
16、大时，有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一螺型位错，显左右部分发生上下移动的趋势。假如晶体中有一螺型位错，显然位错在晶体中向后发生移动，移动过的区间右边晶体向下移然位错在晶体中向后发生移动，移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量。动一柏氏矢量。第36页，共86页，编辑于2022年，星期三2.位错的增殖位错的增殖l位错增值模型.swf 螺位错双交滑移增殖模型.swf第37页，共86页，编辑于2022年，星期三3.位错的交割与塞积位错的交割与塞积l位错的塞积位错的塞积位错塞积形成裂纹位错塞积形成裂纹.swfl整个塞积群对位错源有一反作用力。当塞积位错的数目达到整个塞积群对位错源有一
17、反作用力。当塞积位错的数目达到n时，时，这种反作用力与外加切应力可能达到平衡。此时，位错这种反作用力与外加切应力可能达到平衡。此时，位错源则会关闭；要想继续滑移，就必须增大外力，这就是源则会关闭；要想继续滑移，就必须增大外力，这就是应变硬化的机制之一。应变硬化的机制之一。位错在障碍物前的塞积 第38页，共86页，编辑于2022年，星期三第39页，共86页，编辑于2022年，星期三l当两条位错线交割时，每条位错线上都可能出现长当两条位错线交割时，每条位错线上都可能出现长度相当于另一条位错线度相当于另一条位错线b的割阶的割阶,这就增加了位错长度，这就增加了位错长度，是位错能量升高，是变形所需的总能
18、量升高；是位错能量升高，是变形所需的总能量升高；另外，另外，当割阶垂直于滑移面时，此割阶有阻止位错运动的当割阶垂直于滑移面时，此割阶有阻止位错运动的作用，会使晶体进一步滑移的抗力增加，这是加工作用，会使晶体进一步滑移的抗力增加，这是加工硬化的主要原因。硬化的主要原因。第40页，共86页，编辑于2022年，星期三l小结：小结：交滑移与多滑移不同，后者是由完全不同交滑移与多滑移不同，后者是由完全不同的两个滑移系分别或交替进行滑移；而交滑移是的两个滑移系分别或交替进行滑移；而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
19、引起交滑动而进行。一般来说，只有螺位错可以引起交滑移。移。第41页，共86页，编辑于2022年，星期三l二、孪生二、孪生l孪生孪生是指晶体的一部是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发相对于另一部分所发生的切变。生的切变。单晶体孪生.swf第42页，共86页，编辑于2022年，星期三l发生切变的部分称发生切变的部分称孪生带孪生带或或孪晶带孪晶带，沿其发生孪生的晶，沿其发生孪生的晶面称面称孪生面孪生面。l孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪晶组织孪晶组织孪生示意图孪生示意图第43页，共86页，编辑于2022年，星期三l与滑
20、移相比：与滑移相比：l孪生使晶格位向发生改变孪生使晶格位向发生改变；l所需切应力比滑移大得多所需切应力比滑移大得多,变形速度极快变形速度极快,接近声速接近声速;l孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.第44页，共86页，编辑于2022年，星期三l密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体心体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。面面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，
21、这是由于相变过程中原子重新排列时发生孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称错排而产生的，称退火孪晶退火孪晶。奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶第45页，共86页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形l单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似,滑移、孪滑移、孪晶两种方式。但多晶体变形比单晶体晶两种方式。但多晶体变形比单晶体复杂。复杂。l晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响l1、晶界的影响、晶界的影响l当位错运动到晶界附近时，受到晶界的当位错运动到晶界附近时，
22、受到晶界的阻碍而堆积起来阻碍而堆积起来,称称位错的塞积位错的塞积。要使。要使变形继续进行变形继续进行,则必须增加外力则必须增加外力,从从而使金属的变形抗力提高。而使金属的变形抗力提高。第46页，共86页，编辑于2022年，星期三晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积第47页，共86页，编辑于2022年，星期三l2、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响l由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形
23、，则必以弹性变形来与之协调。则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形这种弹性变形便成为塑性变形晶粒便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶的变形阻力。由于晶粒间的这种相互约束，粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。性变形抗力提高。第48页，共86页，编辑于2022年，星期三l 多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程l多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于接近于45的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向加上
24、相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一一批晶粒传递到另一批晶粒，批晶粒，当有大量晶当有大量晶粒发生滑移后，金属便粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。显示出明显的塑性变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带第49页，共86页，编辑于2022年，星期三l 晶粒大小对塑性变形的影响晶粒大小对塑性变形的影响l金属的晶粒越细，其强度和硬度越高金属的晶粒越细，其强度和硬度越高细晶强化。细晶强化。l因为因为金属金属晶粒越晶粒越细，晶界总面
25、积越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；大，位错障碍越多；需要协调的具有不需要协调的具有不同位向的晶粒越多同位向的晶粒越多，使金属塑性变形使金属塑性变形的抗力越高。的抗力越高。晶晶粒粒大大小小与与金金属属强强度度关关系系第50页，共86页，编辑于2022年，星期三l金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。l因为因为晶粒越细晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，单位体积内晶粒数目越多，参与变参与变形的晶粒数目也越多，形的晶粒数目也越多，变形越均匀，变形越均匀，使在断使在断裂前发生较大的塑性裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同变形。强度和塑性同时增加时增加,金属在断裂前金
26、属在断裂前消耗的功也大，消耗的功也大，因而因而其韧性也比较好。其韧性也比较好。应变应变应力应力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料第51页，共86页，编辑于2022年，星期三通过细化晶粒来同时通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方度、塑性和韧性的方法称法称细晶强化。细晶强化。第52页，共86页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 合金的塑性变形合金的塑性变形l合金可根据组织分为合金可根据组织分为单相固溶体单相固溶体和和多相混合物多相混合物两种两种.合金元合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.珠光体珠光体奥氏体奥氏体第
27、53页，共86页，编辑于2022年，星期三l一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化l单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化固溶强化。第54页，共86页，编辑于2022年，星期三固溶强化的实质固溶强化的实质l 固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用阻碍了作用阻碍了位错位错的运动。即溶质原子与
28、位错弹性交的运动。即溶质原子与位错弹性交互作用的结果，如下图所示，使溶质原子趋于聚集互作用的结果，如下图所示，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小畸变，使系统更加稳定，此在位错的周围，以减小畸变，使系统更加稳定，此即称为柯氏即称为柯氏(cotrell)气团。显然，气团。显然，柯氏气团对位错有柯氏气团对位错有“钉扎钉扎”作用作用。为了使位错挣脱气团而运动，必须施加更大。为了使位错挣脱气团而运动，必须施加更大的外力。因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯金的外力。因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯金属。属。第55页，共86页，编辑于2022年，星期三第56页，共86页，编辑于2022年，星期
29、三l二、多相合金的塑性变形与弥散强化二、多相合金的塑性变形与弥散强化l当合金的组织由多相混合物组成时，当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变合金的塑性变 形除与合金基体的性质有关形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的性质、形外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关。态、大小、数量和分布有关。第二相可以是纯金属、固溶第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第体或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。二相多数是化合物。+钛合金钛合金(固溶体第二相固溶体第二相)第57页，共86页，编辑于2022年，星期三l当在晶界呈网状分布时当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利；，对合
30、金的强度和塑性不利；l当在晶内呈片状分布时当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降低塑，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性；性和韧性；珠光体珠光体第58页，共86页，编辑于2022年，星期三l当在晶内呈颗粒状弥散分布时，当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称下降，这种强化方法称弥散强化弥散强化或或沉淀强化沉淀强化。l弥散强化的原因弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。了位错的运
31、动，提高了变形抗力。颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片第59页，共86页，编辑于2022年，星期三位错切割位错切割第二相粒第二相粒子示意图子示意图电电镜镜观观察察第60页，共86页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 塑性变形对组织和性能的影响塑性变形对组织和性能的影响 l一、塑性变形对组织结构的影响一、塑性变形对组织结构的影响 l金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。的晶粒也相应地被拉长或压扁。l当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变 得模糊不清
32、。得模糊不清。l塑性变形还使塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒破碎为亚晶粒。晶粒。第61页，共86页，编辑于2022年，星期三工业纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%冷变形纯铝中的位错网冷变形纯铝中的位错网(a)正火态正火态(c)变形变形80%(b)变形变形40%第62页，共86页，编辑于2022年，星期三塑性变形对金属组织的影响塑性变形对金属组织的影响塑性变形对金属组织的影响塑性变形对金属组织的影响晶粒拉长，晶粒拉长，纤维组织纤维组织 各向异性各向异性(沿纤维方向的强度、塑性最大）沿纤维方向的强度、塑性最大）变形变形10%100变形变形40%100 变形变形80%纤维组
33、织纤维组织100 工业纯铁工业纯铁不同变形度不同变形度的显微组织的显微组织第63页，共86页，编辑于2022年，星期三l由于晶粒的转动，由于晶粒的转动，当当塑性塑性变形变形达到一定程度时，会使绝大部达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称趋于一致，这种现象称织构织构或或择优取向择优取向。l形变织构使金属呈现形变织构使金属呈现各向异性各向异性，在深冲零，在深冲零件时，易产生件时，易产生“制耳制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。硅钢片的导磁率。板织构板织构丝织构丝织构
34、形变织构示意图形变织构示意图各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板“制耳制耳”有有无无第64页，共86页，编辑于2022年，星期三织构织构织构织构绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现晶粒拉长，且出现织构织构。第65页，共86页，编辑于2022年，星期三轧制铝板的轧制铝板的“制耳制耳”现象现象第66页，共86页，编辑于2022年，星期三二、二、加工硬化加工硬化 l随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高
35、，塑性、韧性下降的现象称性下降的现象称加工硬化加工硬化。冷塑性变形量，%屈服强度，MPa1040钢(0.4%C)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%C)黄铜铜第67页，共86页，编辑于2022年，星期三冷塑性变形与性能关系冷塑性变形与性能关系第68页，共86页，编辑于2022年，星期三l产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是:l1、随变形量增加、随变形量增加,位错密度位错密度增加增加，由于位错之间的交，由于位错之间的交互作用互作用(堆积堆积、缠结缠结)，使变，使变形抗力增加形抗力增加.SiSi中中中中的的的的位位位位错错错错源源源源晶晶晶晶体体体体中中中中的的的的位位位位错错
36、错错源源源源位错密度与强度关系位错密度与强度关系第69页，共86页，编辑于2022年，星期三l2.随变形量增加，亚结构细化随变形量增加，亚结构细化l3.随变形量增加随变形量增加,空位密度增加空位密度增加l4.几何硬化几何硬化：由晶粒转动引起：由晶粒转动引起l由于加工硬化由于加工硬化,使已变形部分发生使已变形部分发生硬化而停止变形硬化而停止变形,而未变形部分开而未变形部分开始变形。始变形。没有加工硬化没有加工硬化,金属就不金属就不会发生均匀塑性变形。会发生均匀塑性变形。l加工硬化是强化金属的重要手段之加工硬化是强化金属的重要手段之一，一，对于不能热处理强化的金属对于不能热处理强化的金属和合金尤为
37、重要。和合金尤为重要。变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁第70页，共86页，编辑于2022年，星期三三、三、残余内应力残余内应力 l内应力内应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时是由于金属受力时,内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,外力所做的外力所做的功只有功只有10%转化为内应力残留于金属中转化为内应力残留于金属中.l内应力分为三类：内应力分为三类：l第一类内应力第一类内应力平衡于表面与心部之间平衡于表面与心部之间(宏观内应力宏观内应力)。l第二类内应力第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内
38、不同区域之间平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间,(微微观内应力观内应力)。l第三类内应力第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。是由晶格缺陷引起的畸变应力。第71页，共86页，编辑于2022年，星期三l第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。l内应力的存在，内应力的存在，使金属耐使金属耐蚀性下降，蚀性下降，引起零件加工、引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂淬火过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火
39、通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。处理，以消除或降低内应力。晶界位错塞积所晶界位错塞积所引起的应力集中引起的应力集中第72页，共86页，编辑于2022年，星期三6-6 金属的断裂l断裂是金属材料在外力的作用下丧失连续性的过程，它包括裂纹的萌生和裂纹的扩展两个基本过程。l断裂的研究涉及断裂力学、断裂物理、断裂化学及断口学等几个方面。第73页，共86页，编辑于2022年，星期三一、塑性断裂l塑性断裂又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。l塑性和韧性好的金属，通常以穿晶方式发生塑性断裂，在断口附近会观察到大量的塑性变形的痕迹，如缩颈。l断口形貌：
40、韧窝，包括等轴韧窝和剪切韧窝。第74页，共86页，编辑于2022年，星期三l韧窝第75页，共86页，编辑于2022年，星期三等轴韧窝等轴韧窝剪切韧窝剪切韧窝第76页，共86页，编辑于2022年，星期三二、脆性断裂l断裂特点：无预兆，速度快，破快性强，容易导致严重事故。l通常发生于高强度或塑性和韧性差的金属或合金中；塑性较好的金属在低温、厚截面或高的应变速率等条件下或裂纹起重要作用时，都可能以脆性方式断裂。l起源于引起应力集中的微裂纹，沿着特定的解理面扩展，发生解理断裂。l断口形貌：河流花样第77页，共86页，编辑于2022年，星期三第78页，共86页，编辑于2022年，星期三第79页，共86页
41、，编辑于2022年，星期三第80页，共86页，编辑于2022年，星期三沿晶脆性断裂断口形貌沿晶脆性断裂断口形貌第81页，共86页，编辑于2022年，星期三三、影响材料断裂的基本因素l裂纹和应力状态l温度l其他：应力腐蚀断裂、氢脆断裂第82页，共86页，编辑于2022年，星期三四、断裂韧度及应用l断裂韧度Kc是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标，反映了含裂纹材料的承载能力。l应用：1.确定构件的安全性2.确定构件的承载能力3.确定临界裂纹尺寸第83页，共86页，编辑于2022年，星期三拉伸试样形状拉伸试样形状第84页，共86页，编辑于2022年，星期三第85页，共86页，编辑于2022年，星期三第86页，共86页，编辑于2022年，星期三