《材料的塑性變形》PPT課件.pptVIP

金屬經(jīng)熔煉澆注成鑄錠以后 通常要進(jìn)行各種塑性加工 如軋制 擠壓 冷拔 鍛壓 沖壓等 以獲得具有一定形狀 尺寸和力學(xué)性能的型材 板材 管材或線材 以及零件毛坯或零件 主要內(nèi)容 4 1金屬及合金的 冷 塑性變形4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶4 4金屬的熱加工4 5固態(tài)金屬中的擴(kuò)散 第四章金屬及合金的塑性變形與再結(jié)晶 4 1金屬與合金的塑性變形 4 1 1應(yīng)力應(yīng)變曲線和力學(xué)性能指標(biāo) 一 強(qiáng)度strength 概念 強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形 塑性變形 和斷裂的能力 通過拉伸試驗測得大小 強(qiáng)度判據(jù) 屈服點 屈服強(qiáng)度 s 抗拉強(qiáng)度 b 試樣按GB6397 86制分長試樣L0 10d0短試樣L0 5d0 彈性階段 彈性極限 P 屈服階段 屈服極限 S 強(qiáng)化階段 強(qiáng)度極限 B 頸縮階段 4 1金屬與合金的塑性變形 屈服點 概念 力不增加仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力 用符號 s表示 抗拉強(qiáng)度 概念 試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力 用符號 b表示 注 s b是設(shè)計與選材的重要依據(jù) 另 e表示彈性極限 在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時所承受的最大拉應(yīng)力 4 1金屬與合金的塑性變形 二 塑性plasticity 概念 在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力 判據(jù) 斷后伸長率 斷后斷面收縮率 斷后伸長率 概念 試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比 其中 Lk 斷后試樣長度Lo 試樣原始長度 斷后斷面收縮率 概念 斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比 說明 伸長率和收縮率在實際應(yīng)用中 一般是用 表示塑性大小 越大 材料的塑性越好 通常認(rèn)為 5 脆性材料 4 1金屬與合金的塑性變形 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 單晶體的塑變的主要形式 滑移孿晶 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 滑移 在切應(yīng)力作用下 晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面 滑移面 和晶向 滑移方向 產(chǎn)生相對位移 且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式 滑移線和滑移帶 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 滑移系 一個滑移面 密排面 和其上的一個滑移方向 密排方向 組成一個滑移系 滑移系越多 晶體塑性越好 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 滑移時晶體的轉(zhuǎn)動和旋轉(zhuǎn) 拉伸時 滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向壓縮時 滑移面逐漸趨于垂直于壓力軸線 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 滑移是由位錯運動造成的 滑移位錯機(jī)制 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 孿晶 切應(yīng)力作用下 晶體的一部分沿一定晶面 孿晶面 和一定的晶相 孿生方向 相對于另一部分做均勻的切變所產(chǎn)生的變形 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 1 孿生 均勻切變 滑移 塑性變形是不均勺的 2 孿生 各晶面移動量與其離孿晶面距離成正比 相鄰晶團(tuán)相對移動距離通常只是原子間距的幾分之一 滑移 變形時 滑移距離則是原于間距的整倍數(shù) 3 孿生 晶體變形部分的位向發(fā)生變化 并且孿晶面與未變形部分對稱 滑移 晶體位向并不發(fā)生變化 4 孿生和滑移一樣并不改變晶體的點陣類型 5 孿生臨界分切應(yīng)力值大 因此 只在很難滑移的條件下 晶體才發(fā)生孿生 滑移系少的密排六方金屬 常以孿生方式變形 孿生與滑移的對比 孿生變形產(chǎn)生的塑性變形量一般不超過10 但是孿生使晶體位向變化 從而引起滑移系取向變化 能促進(jìn)滑移的發(fā)生 往往孿生與滑移交替發(fā)生 即可獲得較大的塑性變形量 4 1 2單晶體金屬的塑性變形 1 與單晶體塑變的異同同 都主要依靠滑移異 存在不同時性 需相互協(xié)調(diào)2 塑變過程 軟取向的晶粒先滑移 晶界處位錯塞積 產(chǎn)生應(yīng)力集中 相鄰晶?；?滑移系數(shù)目多越有利塑變3 晶粒細(xì)化 強(qiáng)度 且塑韌性 4 1 3多晶體金屬的塑性變形 4 1 3多晶體金屬的塑性變形 晶粒越細(xì) 強(qiáng)度越高晶粒越細(xì) 強(qiáng)度越高 細(xì)晶強(qiáng)化 由下列霍爾 配奇公式可知 s 0 kd 1 2原因 晶粒越細(xì) 晶界越多 位錯運動的阻力越大晶粒越細(xì) 塑韌性提高晶粒越多 變形協(xié)調(diào)性均勻性提高 高塑性 細(xì)晶粒材料中 應(yīng)力集中小 裂紋不易萌生 晶界多 裂紋不易傳播 不知道往哪里走 表現(xiàn)出高韌性 4 1 3多晶體金屬的塑性變形 一 單相固溶體的塑性變形1固溶體的結(jié)構(gòu) 2固溶強(qiáng)化 1 固溶強(qiáng)化 固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度 硬度提高而塑性 韌性下降的現(xiàn)象 晶格畸變 阻礙位錯運動 2 強(qiáng)化機(jī)制氣團(tuán) 缺陷之間的反應(yīng)或纏結(jié) 4 1 4合金的塑性變形 4 1 4合金的塑性變形 二 兩相合金的塑性變形1結(jié)構(gòu) 基體 第二相 2性能 1 兩相性能接近 按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計算 2 軟基體 硬第二相第二相網(wǎng)狀分布于晶界 eg 二次滲碳體 兩相呈層片狀分布 珠光體 第二相呈顆粒狀分布 三次滲碳體 彌散強(qiáng)化 4 1 4合金的塑性變形 返回 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 一 塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響二 塑性變形對金屬對性能的影響三 產(chǎn)生殘余應(yīng)力 一 塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 1 纖維組織形成金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形時 隨著變形量的增加晶粒形狀發(fā)生變化 沿變形方向被拉長或壓扁 當(dāng)拉伸變形量很大時 晶粒變成細(xì)條狀 金屬中的夾雜物也被拉長 形成所謂纖維組織 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 2 晶粒破碎成亞晶粒 金屬經(jīng)大量的塑性變形后 由于位錯密度的增大和位錯間的交互作用 使位錯分布變得不均勻 大量的位錯聚集在局部地區(qū) 并將原晶粒分割成許多位向略有差異的小晶塊 即亞晶粒 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 3 形變織構(gòu)的產(chǎn)生 由于塑性變形過程中晶粒的轉(zhuǎn)動 當(dāng)變形量達(dá)到一定程度 70 以上 時 會使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致 形成特殊的擇優(yōu)取向 擇優(yōu)取向的結(jié)果形成了具有明顯方向性的組織 稱為織構(gòu) 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 二 對性能的影響1 對力學(xué)性能的影響 加工硬化 1 加工硬化 形變強(qiáng)化 冷作強(qiáng)化 隨變形量的增加 材料的強(qiáng)度 硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象 強(qiáng)化金屬的重要途徑 2 利弊利 材料加工成型的保證 弊 變形阻力提高 動力消耗增大 脆斷危險性提高 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 2 對物理 化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率 導(dǎo)磁率下降 比重 熱導(dǎo)率下降 結(jié)構(gòu)缺陷增多 擴(kuò)散加快 化學(xué)活性提高 腐蝕加快 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 三殘余應(yīng)力 約占變形功的10 1分類第一類殘余應(yīng)力 宏觀內(nèi)應(yīng)力 由整個物體變形不均勻引起 第二類殘余應(yīng)力 微觀內(nèi)應(yīng)力 由晶粒變形不均勻引起 第三類殘余應(yīng)力 點陣畸變 由位錯 空位等引起 2利弊利 預(yù)應(yīng)力處理 如提高疲勞極限 弊 引起變形 開裂 如黃銅彈殼腐蝕開裂 3消除去應(yīng)力退火 4 2塑性變形對金屬組織和性能的影響 返回 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 對冷變形金屬加熱使原子擴(kuò)散能力增加 金屬將依次發(fā)生回復(fù) 再結(jié)晶和晶粒長大 1特征 溫度低 光學(xué)顯微組織未變化 亞結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化 位錯 點缺陷密度降低 甚至出現(xiàn)亞晶界 2性能 力性變化不明顯 強(qiáng)度 硬度略有下降 塑性略有提高 大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力 部分消除第二 三類內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力部分消除 導(dǎo)電率升高3回復(fù)退火的應(yīng)用降低內(nèi)應(yīng)力 穩(wěn)定尺寸 提高抗蝕性 一 回復(fù) 冷變形金屬在低溫加熱時 其顯微組織無可見變化 但其物理 力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 二 再結(jié)晶 冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時 在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒 而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程 變形晶粒通過形核長大 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒 強(qiáng)度 硬度明顯下降 塑性明顯提高 密度 在回復(fù)階段變化不大 在再結(jié)晶階段急劇升高 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 再結(jié)晶溫度 經(jīng)嚴(yán)重冷變形 變形量 70 的金屬或合金 在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的 再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù) 95 最低溫度 高純金屬 T再 0 25 0 35 Tm 經(jīng)驗公式工業(yè)純金屬 T再 0 35 0 45 Tm 合金 T再 0 4 0 9 Tm 注 再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100 200 為什么純度越低 再結(jié)晶溫度越高 答 雜質(zhì)元素對擴(kuò)散的阻礙作用 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 影響因素變形量變形量越大 儲存能越多 再結(jié)晶驅(qū)動力越大 再結(jié)晶溫度越低 純度純度越高 雜質(zhì)或合金元素對位錯和晶界運動阻礙越小 再結(jié)晶溫度越低 加熱速度和保溫時間提高加熱速度會使再結(jié)晶溫度被推遲到較高溫度下發(fā)生 而保溫時間越長 再結(jié)晶溫度越低 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 再結(jié)晶退火的應(yīng)用 恢復(fù)變形能力改善顯微組織消除各向異性提高組織穩(wěn)定性實際再結(jié)晶溫度 T再 100 200 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 晶粒長大方式 正常長大 異常長大 二次再結(jié)晶 三 晶粒長大 冷變形金屬剛剛結(jié)束再結(jié)晶時的晶粒是比較細(xì)小均勻的等軸晶粒 如果再結(jié)晶后不控制其加熱溫度或時間 繼續(xù)升溫或保溫 晶粒之間便會相互吞并而長大 這一階段稱為晶粒長大 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 晶粒的異常長大 少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象 二次再結(jié)晶 基本條件 正常晶粒長大過程被 第二分散相微粒 織構(gòu) 強(qiáng)烈阻礙 控制 溫度 保溫時間 防止過分長大 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 再結(jié)晶退火 消除加工硬化 將金屬件加熱保溫緩冷至室溫 保溫溫度高于再結(jié)晶溫度100 200K 對于沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬 如銅 鋁 冷變形 再結(jié)晶退火是細(xì)化晶粒的重要手段 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 3 變形后經(jīng)550 退火 6 變形后經(jīng)550 退火 9 變形后經(jīng)550 退火 12 變形后經(jīng)550 退火 15 變形后經(jīng)550 退火 冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響 純鋁片試樣 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 再結(jié)晶圖 返回 4 3金屬與合金的回復(fù)與再結(jié)晶 4 4金屬熱加工 概念 再結(jié)晶溫度以上的加工過程現(xiàn)象 同時存在硬化與軟化 動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶特點 反復(fù)形核 有限長大 晶粒較細(xì) 包含亞晶粒 位錯密度較高 強(qiáng)度硬度高 溫度 T再 T熱加工 T固 100 200 再結(jié)晶溫度以下的加工過程稱為冷加工 熱加工后的組織與性能 1 改善鑄錠組織 氣泡焊合 破碎碳化物 細(xì)化晶粒 降低偏析 提高強(qiáng)度 塑性 韌性 2 形成纖維組織 流線 組織