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1、塑性成型原理第二节冷金属成形第1页，讲稿共44张，创作于星期日典型拉伸试样典型拉伸试样拉伸实验机拉伸实验机2.1.1 2.1.1 应力应力-应变曲线应变曲线第2页，讲稿共44张，创作于星期日金属拉伸时应力金属拉伸时应力-应变曲线（低碳钢）应变曲线（低碳钢）典型典型典型典型工程工程工程工程应力应力应力应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线掌握以下含义：掌握以下含义：OAOA阶段及阶段及A A点点OAOA阶段及阶段及A A点点BCBC阶段及阶段及B B点点D D点点E E点点第3页，讲稿共44张，创作于星期日弹性模量和刚度的联系与区别？弹性模量和刚度的联系与区别？对于某种材料的于某种材料的样品品刚
2、度和模量的度和模量的关系：关系：K=EA：弹性模量是物质组份性质（微观）弹性模量是物质组份性质（微观）,刚度是结构属性（宏刚度是结构属性（宏观）；观）；刚度本质也从侧面放映了弹模的大小刚度本质也从侧面放映了弹模的大小.但影响刚度的因但影响刚度的因素不光是弹性模量素不光是弹性模量,还有构件的几何尺寸等因素。还有构件的几何尺寸等因素。什么是弹性模量？影响因素？什么是弹性模量？影响因素？第4页，讲稿共44张，创作于星期日杨氏模量杨氏模量？Thomas Yong（托马斯（托马斯杨）杨）1773-1829杨氏双缝实验杨氏双缝实验杨氏模量杨氏模量视觉和颜色视觉和颜色医学医学语言语言埃及象形文字埃及象形文字
3、象形文字象形文字音乐音乐美术美术骑马骑马杂技走钢丝杂技走钢丝保险经济保险经济这是一个将这是一个将科学和艺术科学和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我们几并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。百度百度百科百科第5页，讲稿共44张，创作于星期日杨氏模量杨氏模量？Thomas Yong（托马斯（托马斯杨）杨）1773-1829“尽管我仰慕牛顿的大名，尽管我仰慕牛顿的大名，但是我并不因此而认为他是但是我并不因此而认为他是万无一失的。我遗憾地看到，万无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威有他也会弄错，而他的权威
4、有时甚至可能阻碍科学的进步。时甚至可能阻碍科学的进步。”这是一个将这是一个将科学和艺术科学和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。百度百度百科百科第6页，讲稿共44张，创作于星期日l l弹弹弹弹性性性性变变变变形形形形是是是是可可可可逆逆逆逆的的的的，物物物物体体体体在在在在变变变变形形形形过过过过程程程程中中中中所所所所贮贮贮贮存存存存起起起起来来来来的的的的能能能能量量量量在在在在卸卸卸卸载载载载过过过过程程程程中中中中将将将将全全全全部部部部释释释释放放放放出出出
5、出来来来来，物物物物体体体体的的的的变变变变形形形形可可可可完完完完全全全全恢恢恢恢复复复复到到到到原原原原始始始始状状状状态态态态这这这这就就就就是是是是说说说说，如如如如已已已已知知知知应应应应力力力力值值值值，则相应的应变可唯一地确定。则相应的应变可唯一地确定。则相应的应变可唯一地确定。则相应的应变可唯一地确定。l l材材材材料料料料在在在在弹弹弹弹塑塑塑塑性性性性阶阶阶阶段段段段时时时时，除除除除了了了了应应应应变变变变不不不不可可可可恢恢恢恢复复复复性性性性之之之之外外外外，应应应应力力力力和和和和应应应应变变变变不不不不再再再再有有有有一一一一一一一一对对对对应应应应的的的的关关关
6、关系系系系，即即即即应应应应变变变变的的的的大大大大小小小小和和和和加加加加载的过程有关。载的过程有关。载的过程有关。载的过程有关。l l线线线线性性性性弹弹弹弹性性性性力力力力学学学学只只只只讲讲讲讲讨讨讨讨论论论论应应应应力力力力应应应应变变变变关关关关系系系系服服服服从从从从OAOAOAOA直直直直线线线线段段段段变变变变化化化化规规规规律律律律的的的的问问问问题题题题；塑塑塑塑性性性性力力力力学学学学则则则则讨讨讨讨论论论论材材材材料料料料在在在在屈屈屈屈服服服服后后后后破坏前的弹塑性阶段的力学问题破坏前的弹塑性阶段的力学问题破坏前的弹塑性阶段的力学问题破坏前的弹塑性阶段的力学问题。第
7、7页，讲稿共44张，创作于星期日脆性材料脆性材料拉伸时应力拉伸时应力-应变曲线（镁合金）应变曲线（镁合金）典型应力典型应力典型应力典型应力-应变曲线应变曲线应变曲线应变曲线第8页，讲稿共44张，创作于星期日镁合金镁合金镁合金镁合金典型材料的断口形貌典型材料的断口形貌典型材料的断口形貌典型材料的断口形貌钛合金钛合金钛合金钛合金第9页，讲稿共44张，创作于星期日断口形貌与塑性关系断口形貌与塑性关系断口形貌与塑性关系断口形貌与塑性关系准解理断裂准解理断裂准解理断裂准解理断裂-脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料韧窝断裂韧窝断裂韧窝断裂韧窝断裂-塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料第10页，讲稿共44张，创作
8、于星期日2.1.22.1.2单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形l l金金金金属属属属一一一一般般般般是是是是由由由由许许许许多多多多位位位位向向向向不不不不同同同同的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒组组组组成成成成，晶晶晶晶粒粒粒粒之之之之间间间间存在晶界，因此发生变形包括晶内变形和晶间变形。存在晶界，因此发生变形包括晶内变形和晶间变形。存在晶界，因此发生变形包括晶内变形和晶间变形。存在晶界，因此发生变形包括晶内变形和晶间变形。l晶内变形晶内变形 晶内变形包括滑移与孪生两种晶内变形包括滑移与孪生两种晶内变形包括滑移与孪生两种晶内变形包括滑移与孪生两种l 单晶体变形单晶体变形 第11页，讲稿共44张，创作于
9、星期日单晶试棒拉伸实验1 1滑移滑移 所谓滑移是指晶体（此处可理解为单晶体或构成多晶体中的一个晶所谓滑移是指晶体（此处可理解为单晶体或构成多晶体中的一个晶粒）在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的粒）在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对另一部分发生相对移动移动或或切变切变。这些晶面和晶向分别称为滑移面和。这些晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。滑移的结果使大量原子逐步地从一个稳定位置移到另一滑移方向。滑移的结果使大量原子逐步地从一个稳定位置移到另一个稳定位置，产生宏观的塑性变形。个稳定位置，产生宏观的塑性变形。a-a-拉伸前；拉伸前；拉伸前
10、；拉伸前；b-b-拉伸后拉伸后拉伸后拉伸后第12页，讲稿共44张，创作于星期日 滑移要点：滑移要点：(1)(1)滑滑移移沿沿晶晶体体内内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。一种滑移面和一个滑移方向构成一个一种滑移面和一个滑移方向构成一个“滑移系滑移系”。晶体晶体结结构构滑移面滑移面滑移方向滑移方向滑移系数目滑移系数目面心立方面心立方111*4*312体心立方体心立方110*612112*1212123*2424密排立方密排立方0001310-10310-116三种晶体结构金属的滑移系三种晶体结构金属的滑移系第13页，讲稿共44张，创作于星期日 (2)(2)(2)(2)滑移
11、只能在切应力作用下发生滑移只能在切应力作用下发生滑移只能在切应力作用下发生滑移只能在切应力作用下发生 滑滑滑滑移移移移系系系系的的的的存存存存在在在在说说说说明明明明金金金金属属属属晶晶晶晶体体体体产产产产生生生生滑滑滑滑移移移移的的的的可可可可能能能能，要要要要使使使使滑移发生需要有一定大小作用力。滑移发生需要有一定大小作用力。滑移发生需要有一定大小作用力。滑移发生需要有一定大小作用力。第14页，讲稿共44张，创作于星期日 (3)(3)(3)(3)滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方滑移时晶体的一部分相对于另
12、一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整倍数，滑移结果会向位移的距离为原子间距的整倍数，滑移结果会向位移的距离为原子间距的整倍数，滑移结果会向位移的距离为原子间距的整倍数，滑移结果会在晶体表面造成台阶，在其表面出现滑移痕迹在晶体表面造成台阶，在其表面出现滑移痕迹在晶体表面造成台阶，在其表面出现滑移痕迹在晶体表面造成台阶，在其表面出现滑移痕迹（滑（滑（滑（滑移带、滑移线）移带、滑移线）移带、滑移线）移带、滑移线）。图图1 1 单晶试棒拉伸实验单晶试棒拉伸实验a-a-拉伸前拉伸前 b-b-拉伸后拉伸后图图2 2 滑移线和滑移带滑移线和滑移带d-100 S-1000d-100 S-1000原子间距原
13、子间距第15页，讲稿共44张，创作于星期日为什么说面心立方比体心立方晶体变形为什么说面心立方比体心立方晶体变形更容易？更容易？面心立方致密度比体心立方大；面心立方致密度比体心立方大；塑性变形时晶体中固有滑移系并不同时开动，只有滑移系塑性变形时晶体中固有滑移系并不同时开动，只有滑移系上的分切应力达到临界值才会滑移。上的分切应力达到临界值才会滑移。塑性变形除了与滑移系多少有关，还与杂质对变形塑性变形除了与滑移系多少有关，还与杂质对变形的影响、加工硬化，屈服强度大小等相关；的影响、加工硬化，屈服强度大小等相关；体心立方晶体塑性变形主要由螺位错的运动决定（面心立体心立方晶体塑性变形主要由螺位错的运动决
14、定（面心立方晶体由方晶体由刃位错刃位错决定），在相同情况下，螺位错运动决定），在相同情况下，螺位错运动速度比刃位错慢很多，有文献报道至少慢了速度比刃位错慢很多，有文献报道至少慢了25倍以上。倍以上。第16页，讲稿共44张，创作于星期日晶体刚性滑移示意图晶体刚性滑移示意图20世纪世纪20年代年代弗兰克尔弗兰克尔金属理论剪切金属理论剪切强度强度:103MPa到到104MPa金属实际剪切强金属实际剪切强度度:0.5MPa:0.5MPa到到10MPa10MPa？第17页，讲稿共44张，创作于星期日晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图晶体中通过位错运动而造成滑移的示意
15、图晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图G.L.TaylorM.PloanyiE.Orowan位错位错（dislocation)30年代提出年代提出50年代证实年代证实滑移的本质：位错的运动和不断增殖滑移的本质：位错的运动和不断增殖滑移的本质：位错的运动和不断增殖滑移的本质：位错的运动和不断增殖第18页，讲稿共44张，创作于星期日DISLOCATIONS DURING COLD WORKlDislocations entangle with one another during cold work.lDislocation motion becomes more difficult.Adapte
16、dfromFig.4.6,Callister6e.(Fig.4.6iscourtesyofM.R.Plichta,MichiganTechnologicalUniversity.)第19页，讲稿共44张，创作于星期日孪生孪生孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为孪生方向）发生均匀切变。孪生变形后，晶体
17、的孪生方向）发生均匀切变。孪生变形后，晶体的孪生方向）发生均匀切变。孪生变形后，晶体的孪生方向）发生均匀切变。孪生变形后，晶体的变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜变形部分与未变形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位向发生了改变。这种在变形面两侧晶体的相对位向发生了改变。这种在变形面两侧晶体的相对位向发生了改变。这种在变形面两侧晶体的相对位向发生了改变。这种在变形过程中产生的孪生变形部分称为过程中产生的孪生变形部分称为过程中产生的孪生变形部分称为过程中产生的孪生变形部分称为“形变孪晶形变孪晶形变孪
18、晶形变孪晶”，以区别于由退火过程中产生的孪晶。与滑移过程以区别于由退火过程中产生的孪晶。与滑移过程以区别于由退火过程中产生的孪晶。与滑移过程以区别于由退火过程中产生的孪晶。与滑移过程相似，孪生也是通过位错运动来实现的，每层晶相似，孪生也是通过位错运动来实现的，每层晶相似，孪生也是通过位错运动来实现的，每层晶相似，孪生也是通过位错运动来实现的，每层晶面与它相邻晶面沿孪生方向移动小于一个原子间面与它相邻晶面沿孪生方向移动小于一个原子间面与它相邻晶面沿孪生方向移动小于一个原子间面与它相邻晶面沿孪生方向移动小于一个原子间距的距离。距的距离。距的距离。距的距离。第20页，讲稿共44张，创作于星期日第21
19、页，讲稿共44张，创作于星期日滑移和孪生的异同点？滑移和孪生的异同点？相同点：相同点：1.都是由位错运动实现的；都是由位错运动实现的；2.在切应力作用下在切应力作用下.区别：区别：1.滑移方向移动距离是原子整数倍，孪生是原子的相对切滑移方向移动距离是原子整数倍，孪生是原子的相对切变距离小于孪生方向上一个原子间距变距离小于孪生方向上一个原子间距；2.滑移时晶体位向不变，而孪晶位向发生变化，与未变滑移时晶体位向不变，而孪晶位向发生变化，与未变形部分形成镜面对称形部分形成镜面对称;3.所需临界切应力孪生比滑移大得多所需临界切应力孪生比滑移大得多.第22页，讲稿共44张，创作于星期日 金金金金属属属属
20、晶晶晶晶体体体体究究究究竟竟竟竟以以以以何何何何种种种种方方方方式式式式进进进进行行行行塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形，取取取取决决决决于于于于哪哪哪哪种种种种方方方方式式式式变变变变形形形形所所所所需需需需的的的的切切切切应应应应力力力力为为为为低低低低。在在在在常常常常温温温温下下下下，大大大大多多多多数数数数体体体体心心心心立立立立方方方方金金金金属属属属滑滑滑滑移移移移的的的的临临临临界界界界切切切切应应应应力力力力小小小小于于于于孪孪孪孪生生生生的的的的临临临临界界界界切切切切应应应应力力力力，所所所所以以以以滑滑滑滑移移移移是是是是优优优优先先先先的的的的变变变变形形形形方方方方
21、式式式式，只只只只在在在在很很很很低低低低的的的的温温温温度度度度下下下下，由由由由于于于于孪孪孪孪生生生生的的的的临临临临界界界界切切切切应应应应力力力力低低低低于于于于滑滑滑滑移移移移的的的的临临临临界界界界切切切切应应应应力力力力，这这这这时时时时孪孪孪孪生生生生才才才才能能能能发发发发生生生生。对对对对于于于于面面面面心心心心立立立立方方方方金金金金属属属属，孪孪孪孪生生生生的的的的临临临临界界界界切切切切应应应应力力力力远远远远比比比比滑滑滑滑移移移移的的的的大大大大，因因因因此此此此一一一一般般般般不不不不发发发发生生生生孪孪孪孪生生生生变变变变形形形形，但但但但在在在在极极极极低
22、低低低温温温温度度度度（4 478K78K）或或或或高高高高速速速速冲冲冲冲击击击击载载载载荷荷荷荷下下下下，也也也也不不不不排排排排除除除除这这这这种种种种变变变变形形形形方方方方式式式式。再再再再者者者者，当当当当金金金金属属属属滑滑滑滑移移移移变变变变形形形形剧剧剧剧烈烈烈烈进进进进行行行行并并并并受受受受到到到到阻阻阻阻碍碍碍碍时时时时，往往往往往往往往在在在在高高高高度度度度应应应应力力力力集集集集中中中中处处处处会会会会诱诱诱诱发发发发孪孪孪孪生生生生变变变变形形形形。孪孪孪孪生生生生变变变变形形形形后后后后由由由由于于于于变变变变形形形形部部部部分分分分位位位位向向向向改改改改变
23、变变变，可可可可能能能能变变变变得得得得有有有有利利利利于于于于滑滑滑滑移移移移，于于于于是是是是晶晶晶晶体体体体又又又又开开开开始始始始滑滑滑滑移移移移，二二二二者者者者交交交交替替替替他他他他进进进进行行行行。至至至至于于于于密密密密排排排排六六六六方方方方金金金金属属属属，由由由由于于于于滑滑滑滑移移移移系系系系少少少少，滑滑滑滑移移移移变变变变形难以进行，所以这类金属主要靠孪生方式变形。形难以进行，所以这类金属主要靠孪生方式变形。形难以进行，所以这类金属主要靠孪生方式变形。形难以进行，所以这类金属主要靠孪生方式变形。第23页，讲稿共44张，创作于星期日镁合金镁合金镁合金镁合金AZ31A
24、Z31板材组织板材组织焊缝组织焊缝组织孪生变形孪生变形孪生变形孪生变形变形组织变形组织第24页，讲稿共44张，创作于星期日2.1.32.1.3多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形l l金金金金属属属属一一一一般般般般是是是是由由由由许许许许多多多多位位位位向向向向不不不不同同同同的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒组组组组成成成成，晶晶晶晶粒粒粒粒之之之之间间间间存存存存在在在在晶晶晶晶界界界界，因因因因此发生变形包括晶内变形和晶间变形。此发生变形包括晶内变形和晶间变形。此发生变形包括晶内变形和晶间变形。此发生变形包括晶内变形和晶间变形。多晶体的滑移多晶体的滑移多晶体的滑移多晶体的滑移由于多晶体中每个晶粒所处
25、由于多晶体中每个晶粒所处由于多晶体中每个晶粒所处由于多晶体中每个晶粒所处的位向不同，决定了金属的的位向不同，决定了金属的的位向不同，决定了金属的的位向不同，决定了金属的塑性变形将会在不同晶粒中塑性变形将会在不同晶粒中塑性变形将会在不同晶粒中塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀塑性逐批发生，是个不均匀塑性逐批发生，是个不均匀塑性逐批发生，是个不均匀塑性变形过程。变形过程。变形过程。变形过程。第25页，讲稿共44张，创作于星期日晶间变形晶间变形晶间变形晶间变形晶晶晶晶间间间间变变变变形形形形主主主主要要要要是是是是晶晶晶晶粒粒粒粒之之之之间间间间的的的的相相相相对对对对滑滑滑滑移移移移和和
26、和和转转转转动动动动。由由由由于于于于晶晶晶晶粒粒粒粒所所所所处处处处的位向不同，其变形情况和难易程度也不同。的位向不同，其变形情况和难易程度也不同。的位向不同，其变形情况和难易程度也不同。的位向不同，其变形情况和难易程度也不同。在在在在冷冷冷冷态态态态变变变变形形形形条条条条件件件件下下下下，多多多多晶晶晶晶体体体体的的的的塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形主主主主要要要要是是是是晶晶晶晶内内内内变变变变形形形形，晶晶晶晶间间间间变变变变形形形形只只只只起起起起次次次次要要要要作作作作用用用用，而而而而且且且且需需需需要要要要有有有有其其其其他他他他变变变变形形形形机机机机制制制制相相相相协协
27、协协调调调调。这这这这是是是是由由由由于于于于晶晶晶晶界界界界强强强强度度度度高高高高于于于于晶晶晶晶内内内内，其其其其变变变变形形形形比比比比晶晶晶晶内内内内变变变变形形形形的的的的困困困困难难难难。还还还还由由由由于于于于晶晶晶晶粒粒粒粒在在在在生生生生成成成成过过过过程程程程中中中中，各各各各晶晶晶晶粒粒粒粒相相相相互互互互接接接接触触触触形形形形成成成成犬犬犬犬牙牙牙牙交交交交错错错错状状状状态态态态，造造造造成成成成对对对对晶晶晶晶界界界界滑滑滑滑移移移移的的的的机机机机械械械械阻阻阻阻碍碍碍碍作作作作用用用用，如如如如果果果果发发发发生生生生晶晶晶晶界界界界变变变变形形形形，容容容
28、容易易易易引引引引起起起起晶晶晶晶界界界界结结结结构构构构的的的的破破破破坏坏坏坏和和和和裂裂裂裂纹纹纹纹的的的的产产产产生生生生，因此晶间变形量只能是很小的因此晶间变形量只能是很小的因此晶间变形量只能是很小的因此晶间变形量只能是很小的。综综综综上上上上所所所所述述述述，多多多多晶晶晶晶体体体体塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的的的特特特特点点点点，一一一一是是是是各各各各晶晶晶晶粒粒粒粒变变变变形形形形的的的的不不不不同同同同时时时时性性性性；二二二二是是是是各各各各晶晶晶晶粒粒粒粒变变变变形形形形的的的的相相相相互互互互协协协协调调调调性性性性；三三三三是是是是晶晶晶晶粒粒粒粒与与与与晶
29、晶晶晶粒粒粒粒之之之之间间间间和和和和晶晶晶晶粒粒粒粒内内内内部部部部与与与与晶晶晶晶界界界界附附附附近近近近区区区区域域域域之之之之间间间间变变变变形形形形的的的的不均匀性。不均匀性。不均匀性。不均匀性。第26页，讲稿共44张，创作于星期日2.1.42.1.4塑性变形对金属组织性能的影响塑性变形对金属组织性能的影响(1)(1)晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性 金金金金属属属属经经经经冷冷冷冷加加加加工工工工变变变变形形形形后后后后，其其其其晶晶晶晶粒粒粒粒形形形形状状状状也也也也将
30、将将将发发发发生生生生变变变变化化化化，变变变变化化化化趋趋趋趋势势势势大大大大体体体体与与与与金金金金属属属属宏宏宏宏观观观观变变变变形形形形一一一一致致致致，若若若若变变变变形形形形程程程程度度度度很很很很大大大大，则则则则晶晶晶晶粒粒粒粒呈呈呈呈现现现现为为为为一一一一片片片片如如如如纤纤纤纤维维维维状状状状的的的的条条条条纹纹纹纹，称称称称为为为为纤纤纤纤维维维维组组组组织织织织，纤纤纤纤维维维维组组组组织织织织使使使使金金金金属属属属在在在在性性性性能能能能上上上上具具具具有有有有了了了了方方方方向向向向性性性性，对对对对金金金金属属属属变变变变形形形形后后后后的的的的质质质质量量量
31、量有有有有明明明明显显显显影影影影响响响响，金金金金属属属属在在在在纵纵纵纵向向向向（平平平平行行行行于于于于纤维方向）强度、韧性远大于横向（垂直于纤维方向）。纤维方向）强度、韧性远大于横向（垂直于纤维方向）。纤维方向）强度、韧性远大于横向（垂直于纤维方向）。纤维方向）强度、韧性远大于横向（垂直于纤维方向）。第27页，讲稿共44张，创作于星期日纯铁200倍纯铝200倍第28页，讲稿共44张，创作于星期日纯铁 变形量0%纯铁 变形量20%纯铁 变形量20%纯铁 变形量68%第29页，讲稿共44张，创作于星期日(2)(2)位错密度增加，产生加工硬化位错密度增加，产生加工硬化位错密度增加，产生加工硬
32、化位错密度增加，产生加工硬化 概概概概念念念念：随随随随着着着着变变变变形形形形的的的的发发发发生生生生，晶晶晶晶体体体体内内内内的的的的位位位位错错错错不不不不断断断断增增增增殖殖殖殖、相相相相互互互互缠缠缠缠结结结结，晶晶晶晶体体体体内内内内产产产产生生生生亚亚亚亚结结结结构构构构，使使使使位位位位错错错错难难难难以以以以越越越越过过过过这这这这些些些些障障障障碍碍碍碍而而而而被被被被限限限限制制制制在在在在一一一一定定定定范范范范围围围围内内内内运运运运动动动动，要要要要使使使使金金金金属属属属继继继继续续续续产产产产生生生生变变变变形形形形，就就就就必必必必须须须须不不不不断断断断增增
33、增增加加加加外外外外力力力力以以以以克克克克服服服服位位位位错错错错之之之之间间间间的的的的交交交交互互互互作作作作用用用用力力力力，从从从从而而而而导导导导致致致致金金金金属属属属的的的的塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形抗抗抗抗力力力力迅迅迅迅速速速速增增增增大大大大，即即即即金金金金属属属属的的的的强强强强度度度度、硬硬硬硬度度度度增增增增加加加加，而而而而塑性、韧性降低，产生所谓塑性、韧性降低，产生所谓塑性、韧性降低，产生所谓塑性、韧性降低，产生所谓“加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化”现象。现象。现象。现象。意意意意义义义义：加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化是是是是是是是是强强强强化化化
34、化金金金金属属属属的的的的重重重重要要要要途途途途径径径径，例例例例如如如如，自自自自行行行行车车车车链链链链条条条条；也也也也有有有有不不不不利利利利的的的的一一一一面面面面，如如如如冷冷冷冷轧轧轧轧材材材材料料料料时时时时，由由由由于于于于加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化现现现现象象象象，会会会会增增增增加加加加后后后后序序序序冷冷冷冷轧轧轧轧工工工工艺艺艺艺的的的的动动动动力力力力消消消消耗耗耗耗。需需需需要要要要在在在在冷冷冷冷变变变变形形形形过过过过程程程程中中中中增增增增加加加加中中中中间间间间处处处处理理理理，增增增增加加加加了了了了金金金金属属属属制制制制品品品品的的的的生生生
35、生产产产产成成成成本本本本,延延延延长长长长了了了了生生生生产产产产周期。周期。周期。周期。影影影影响响响响：塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形除除除除了了了了影影影影响响响响金金金金属属属属的的的的机机机机械械械械性性性性能能能能外外外外，还还还还会会会会使使使使金金金金属属属属的的的的物物物物理理理理性性性性能能能能及及及及化化化化学学学学性性性性能能能能发发发发生生生生变变变变化化化化，如如如如电电电电阻阻阻阻增增增增加加加加，抗抗抗抗腐腐腐腐蚀性降低。蚀性降低。蚀性降低。蚀性降低。第30页，讲稿共44张，创作于星期日发生加工硬化时应力发生加工硬化时应力-应变经验关系式：应变经验关系式：=
36、nn为加工硬化指数，为加工硬化指数，0.1-0.5，反应，反应加工硬化的强弱加工硬化的强弱第31页，讲稿共44张，创作于星期日随着变形程度的增加，力学性能变化随着变形程度的增加，力学性能变化纯纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，如低碳钢、纯铜、金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度和硬度。等工艺来提高其强度和硬度。但但在冷轧薄钢板、冷拉细钢丝及多道拉深的过程中，也会由于加工在冷轧薄钢板、冷拉细钢丝及多道拉深的过程中，也会由于加工硬硬化造成后道
37、加工化造成后道加工的困难的困难,甚至开甚至开裂裂。故故应应在工序间穿插在工序间穿插热处理工艺热处理工艺来消除加工硬化。来消除加工硬化。第32页，讲稿共44张，创作于星期日位错密度与材料强度的关系位错密度与材料强度的关系退火态金属退火态金属：104-107根根/厘米厘米冷加工：冷加工：1012-1013根根/厘米厘米位错密度位错密度：通常以通过单位面积通常以通过单位面积上的位错线的根数来上的位错线的根数来衡量，称为位错密度。衡量，称为位错密度。第33页，讲稿共44张，创作于星期日通通通通过过过过大大大大量量量量的的的的实实实实验验验验和和和和理理理理论论论论研研研研究究究究证证证证明明明明，发发
38、发发现现现现金金金金属属属属的的的的强强强强度度度度与与与与其其其其中中中中位位位位错错错错位位位位错错错错密密密密度度度度之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。从从从从图图图图中中中中看看看看到到到到，密密密密度度度度之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系金金金金属属属属的的的的位位位位错错错错密密密密度度度度在在在在某某某某一一一一数数数数值值值值左左左左右右右右（通通通通常常常常为为为为 10106 610108 8cmcm-2-2）时时时时，强强强强度度度度最最最最低低低低，相相相相当当当当于于于于金金金金属属属属的的的的退退退退火火火火状
39、状状状态态态态，在在在在此此此此基基基基础础础础上上上上增增增增加加加加位位位位错错错错密密密密度度度度或或或或降降降降低低低低位位位位错错错错密密密密度度度度都都都都是是是是提提提提高高高高金金金金属属属属强强强强度度度度的的的的有有有有效效效效途途途途径径径径。利利利利用用用用加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化等等等等方方方方法法法法增增增增加加加加值值值值错错错错密密密密度度度度这这这这一一一一途途途途径径径径早早早早已已已已应应应应后后后后于于于于工工工工业业业业中中中中顺顺顺顺利利利利用用用用降降降降低低低低位位位位错错错错密密密密度度度度这这这这一一一一更更更更为为为为有有有有效效效
40、效的的的的途途途途径径径径则则则则不不不不过过过过是是是是近近近近二二二二十十十十年年年年来来来来才才才才受受受受到到到到高高高高度度度度重重重重视视视视。目目目目前前前前还还还还不不不不能能能能制制制制得得得得大大大大尺尺尺尺寸寸寸寸低低低低位位位位错错错错密密密密度度度度的的的的金金金金属属属属，而而而而只只只只能能能能制制制制出出出出一一一一些些些些极极极极细细细细的的的的金金金金属属属属须须须须或或或或细细细细丝丝丝丝，将将将将其其其其编编编编织织织织成成成成较较较较大大大大尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的材材材材料料料料或或或或混混混混到到到到某某某某些些些些材材材材料料料料中中中中制制制制
41、成成成成复复复复合合合合材材材材料料料料。随随随随着着着着工工工工业业业业技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展，若若若若一一一一旦旦旦旦制制制制得得得得较较较较大大大大尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的低低低低位位位位借借借借密密密密度度度度金金金金属属属属，则则则则金金金金属属属属强强强强度度度度的的的的大大大大幅幅幅幅度度度度提提提提高高高高，肯肯肯肯定定定定是是是是大大大大有有有有前途的。前途的。前途的。前途的。第34页，讲稿共44张，创作于星期日(3)(3)(3)(3)织构现象的产生织构现象的产生织构现象的产生织构现象的产生 伴随着金属发生塑性变形，内部晶粒的晶格位向也伴随着金属发生塑性变形
42、，内部晶粒的晶格位向也伴随着金属发生塑性变形，内部晶粒的晶格位向也伴随着金属发生塑性变形，内部晶粒的晶格位向也将会沿变形的方向发生转动。当变形量很大时（将会沿变形的方向发生转动。当变形量很大时（将会沿变形的方向发生转动。当变形量很大时（将会沿变形的方向发生转动。当变形量很大时（70-70-90%90%），多晶体中原为任意取向的各晶粒，会逐渐调整），多晶体中原为任意取向的各晶粒，会逐渐调整），多晶体中原为任意取向的各晶粒，会逐渐调整），多晶体中原为任意取向的各晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。其取向而彼此趋于一致。其取向而彼此趋于一致。其取向而彼此趋于一致。这种由于变形而使晶粒具有择优这种由
43、于变形而使晶粒具有择优这种由于变形而使晶粒具有择优这种由于变形而使晶粒具有择优取向的组织称为织构，取向的组织称为织构，取向的组织称为织构，取向的组织称为织构，也称变形织构。织构不是描述晶粒也称变形织构。织构不是描述晶粒也称变形织构。织构不是描述晶粒也称变形织构。织构不是描述晶粒的形状，而是描述多晶体中晶粒取向的特征。的形状，而是描述多晶体中晶粒取向的特征。的形状，而是描述多晶体中晶粒取向的特征。的形状，而是描述多晶体中晶粒取向的特征。实实实实际际际际上上上上，变变变变形形形形金金金金属属属属的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒取取取取向向向向只只只只能能能能是是是是趋趋趋趋向向向向于于于于这这这这种种种种
44、取取取取向向向向，一一一一般般般般是是是是随随随随着着着着变变变变形形形形程程程程度度度度的的的的增增增增加加加加，趋趋趋趋向向向向于于于于这这这这种种种种取取取取向向向向的的的的晶晶晶晶粒粒粒粒就就就就越越越越多多多多，织构构特征就越明显。织构构特征就越明显。织构构特征就越明显。织构构特征就越明显。织构的形成对金属材料的加工工艺有很大的影响。织构的形成对金属材料的加工工艺有很大的影响。织构的形成对金属材料的加工工艺有很大的影响。织构的形成对金属材料的加工工艺有很大的影响。金属中变形织构的形成，会使各种性能呈现出明显金属中变形织构的形成，会使各种性能呈现出明显金属中变形织构的形成，会使各种性能
45、呈现出明显金属中变形织构的形成，会使各种性能呈现出明显的各向异性，甚至退火也难以消除的各向异性，甚至退火也难以消除的各向异性，甚至退火也难以消除的各向异性，甚至退火也难以消除 第35页，讲稿共44张，创作于星期日晶粒取向 具有择优取向的具有择优取向的具有择优取向的具有择优取向的晶体组织晶体组织晶体组织晶体组织变形织构变形织构第36页，讲稿共44张，创作于星期日形变织构的两种主要形式形变织构的两种主要形式丝织构（拔丝）丝织构（拔丝）拉拔时各晶粒中的某一方向都趋于平行拉拔方向。用平行拉拔时各晶粒中的某一方向都趋于平行拉拔方向。用平行于拉拔轴的晶向指数于拉拔轴的晶向指数uvw表示。表示。第37页，讲
46、稿共44张，创作于星期日形变织构的两种主要形式形变织构的两种主要形式板织构（轧制）板织构（轧制）板材轧制时各晶粒中的某一指数晶面均趋于平行轧制面，各晶板材轧制时各晶粒中的某一指数晶面均趋于平行轧制面，各晶粒中的某指数晶向都趋于平行轧制方向。用该晶面指数粒中的某指数晶向都趋于平行轧制方向。用该晶面指数(hkl)和和晶向指数晶向指数uvw来表示板织构。来表示板织构。第38页，讲稿共44张，创作于星期日“制耳制耳制耳制耳”现象现象现象现象深冲件上的制耳深冲件上的制耳第39页，讲稿共44张，创作于星期日形变织构的利与弊？形变织构的利与弊？1.例如制造汽车外壳的深冲薄钢板，存在一般织构例如制造汽车外壳的
47、深冲薄钢板，存在一般织构将使其变形不均匀将使其变形不均匀,产生皱纹产生皱纹,甚至发生破裂；但具有甚至发生破裂；但具有111型板织构的板材型板织构的板材,其深冲性能良好。其深冲性能良好。2.制造变压器的硅钢片则希望使易磁化的制造变压器的硅钢片则希望使易磁化的【100】方向平行于轧向，立方织构的硅钢片，具有很低方向平行于轧向，立方织构的硅钢片，具有很低的的铁损铁损。1第40页，讲稿共44张，创作于星期日(4)(4)(4)(4)残余应力残余应力残余应力残余应力 经塑性变形，外力对金属所做的功，绝大部分在经塑性变形，外力对金属所做的功，绝大部分在经塑性变形，外力对金属所做的功，绝大部分在经塑性变形，外
48、力对金属所做的功，绝大部分在金属变形过程中转化成为热能，使金属温度升高，金属变形过程中转化成为热能，使金属温度升高，金属变形过程中转化成为热能，使金属温度升高，金属变形过程中转化成为热能，使金属温度升高，随后散失掉；仅有少部分转化为内应力残留于金随后散失掉；仅有少部分转化为内应力残留于金随后散失掉；仅有少部分转化为内应力残留于金随后散失掉；仅有少部分转化为内应力残留于金属中形成残余内应力。属中形成残余内应力。属中形成残余内应力。属中形成残余内应力。金属塑性变形后残余应力的金属塑性变形后残余应力的金属塑性变形后残余应力的金属塑性变形后残余应力的存在会影响工件的变形与开裂。存在会影响工件的变形与开
49、裂。存在会影响工件的变形与开裂。存在会影响工件的变形与开裂。例如，冷轧钢板会因变形不均所残留的内应力引例如，冷轧钢板会因变形不均所残留的内应力引例如，冷轧钢板会因变形不均所残留的内应力引例如，冷轧钢板会因变形不均所残留的内应力引起钢板翘曲，另外，残余内应力会使金属的耐腐起钢板翘曲，另外，残余内应力会使金属的耐腐起钢板翘曲，另外，残余内应力会使金属的耐腐起钢板翘曲，另外，残余内应力会使金属的耐腐蚀性能降低，因此通常金属塑性变形之后，采用蚀性能降低，因此通常金属塑性变形之后，采用蚀性能降低，因此通常金属塑性变形之后，采用蚀性能降低，因此通常金属塑性变形之后，采用退火处理以消除这些残余应力。但有时也
50、利用在退火处理以消除这些残余应力。但有时也利用在退火处理以消除这些残余应力。但有时也利用在退火处理以消除这些残余应力。但有时也利用在工件表面采用工件表面采用工件表面采用工件表面采用喷丸、滚压喷丸、滚压喷丸、滚压喷丸、滚压处理产生一定压应力来抵处理产生一定压应力来抵处理产生一定压应力来抵处理产生一定压应力来抵消外部拉应力的作用，来延长工件的寿命。消外部拉应力的作用，来延长工件的寿命。消外部拉应力的作用，来延长工件的寿命。消外部拉应力的作用，来延长工件的寿命。第41页，讲稿共44张，创作于星期日1.不均匀的塑性变形；不均匀的塑性变形；残余应力产生的原因残余应力产生的原因2.不均匀的温度变化；不均匀