材料加工原理PPT學習教案

1、會計學1材料加工原理材料加工原理2對于大多數(shù)金屬材料，其屈服強度與晶粒平均直經(jīng)對于大多數(shù)金屬材料，其屈服強度與晶粒平均直經(jīng)d的的關系可用關系可用Hall-Petch方程式表示：方程式表示： = + kyd -1/2 式中式中0 ,ky均為常數(shù)均為常數(shù)第1頁/共30頁3鋅單晶和多晶的拉伸曲線鋅單晶和多晶的拉伸曲線通過細化晶粒來同時提高金通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱性的方法稱細晶強化細晶強化。 第2頁/共30頁4低碳鋼的屈服強度低碳鋼的屈服強度與晶粒大小的關系與晶粒大小的關系銅和鋁的屈服強度與銅和鋁的屈服強度與其亞晶尺寸的關系其亞晶尺寸的關系細

2、晶強化在細晶強化在提高材料強度提高材料強度的同時，也的同時，也改善材料的塑改善材料的塑性和韌性性和韌性，這是其他強化方法所不具備的。，這是其他強化方法所不具備的。第3頁/共30頁5多晶體塑性變形的微觀特點多晶體塑性變形的微觀特點. 多方式： 滑移和孿生（室溫和低溫下） 晶界滑動和遷移（高溫下） 點缺陷的定向擴散（溫度很高，外加應力很低）. 多滑移： 每個晶粒至少要有五個滑移系統(tǒng)同時開動，以維持 多晶體的完整性 . 不均勻： 晶界約束 晶粒中心的滑移量晶界附近 晶體轉(zhuǎn)動時，中心區(qū)的轉(zhuǎn)角邊緣區(qū)第4頁/共30頁611-3 影響金屬塑性和形變抗力的因素影響金屬塑性和形變抗力的因素第5頁/共30頁7塑性

3、塑性 ，形變抗力，形變抗力第6頁/共30頁8ssK第7頁/共30頁9第8頁/共30頁10第9頁/共30頁1111-4 金屬塑性變形后的組織與性能金屬塑性變形后的組織與性能一、塑性變形引起金屬組織結構的變化1亞結構亞結構 隨著變形量的增大，晶體中的隨著變形量的增大，晶體中的位錯密度迅速提高位錯密度迅速提高。當形變量較小時，形成位錯纏結結構；當變形量繼續(xù)當形變量較小時，形成位錯纏結結構；當變形量繼續(xù)增加時，大量位錯發(fā)生聚集，形成胞狀亞結構，稱為增加時，大量位錯發(fā)生聚集，形成胞狀亞結構，稱為形變亞晶形變亞晶或或形變胞形變胞。胞壁由位錯構成，胞內(nèi)位錯密度。胞壁由位錯構成，胞內(nèi)位錯密度較低，相鄰胞間存在

4、微小取向差；較低，相鄰胞間存在微小取向差；隨著形變量的增加，這種胞的尺寸減小，數(shù)量增加；隨著形變量的增加，這種胞的尺寸減小，數(shù)量增加；如果變形量非常大時，如強烈冷變形或拉絲，則會構如果變形量非常大時，如強烈冷變形或拉絲，則會構成大量排列緊密的細長條狀形變胞。成大量排列緊密的細長條狀形變胞。變形亞晶對滑移過程有巨大的阻礙作用，可使金屬的變形亞晶對滑移過程有巨大的阻礙作用，可使金屬的變形抗力顯著升高，變形抗力顯著升高，是產(chǎn)生加工硬化的主要原因之一是產(chǎn)生加工硬化的主要原因之一。第10頁/共30頁12 50%壓縮率（壓縮率（30000） 銅經(jīng)不同程度冷軋后的透射電鏡圖像銅經(jīng)不同程度冷軋后的透射電鏡圖像

5、30%壓縮率（壓縮率（30000） 99%壓縮率（壓縮率（30000）第11頁/共30頁13第12頁/共30頁14 99%壓縮率壓縮率銅經(jīng)不同程度冷軋后的光學顯微組織銅經(jīng)不同程度冷軋后的光學顯微組織30%壓縮率壓縮率50%壓縮率壓縮率第13頁/共30頁15Figure The fibrous grain structure of a low carbon steel produced by cold working: (a) 10% cold work, (b) 30% cold work, (c) 60% cold work, and (d) 90% cold work (250). (So

6、urce: From ASM Handbook Vol. 9, Metallography and Microstructure, (1985) ASM International, Materials Park, OH 44073. 第14頁/共30頁16第15頁/共30頁17 形變織構的示意圖形變織構的示意圖 （a）絲織構）絲織構 （b）板織構）板織構變形織構造成的變形織構造成的“制耳制耳”現(xiàn)象現(xiàn)象第16頁/共30頁18第17頁/共30頁19第18頁/共30頁20三、冷三、冷塑性變形塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)應力后出現(xiàn)內(nèi)應力第19頁/共30頁21第20頁/共30頁22合金的塑性變形與純金屬的變形基本

7、一致，只是由于合金合金的塑性變形與純金屬的變形基本一致，只是由于合金元素的加入而使金屬晶體結構發(fā)生了變化元素的加入而使金屬晶體結構發(fā)生了變化,從而從而改變了基體改變了基體金屬的變形拉力金屬的變形拉力，使材料，使材料機械性能發(fā)生了顯著變化機械性能發(fā)生了顯著變化。這對。這對工程上的工程上的塑性加工塑性加工和和強化金屬強化金屬有重大意義。有重大意義。合金元素在金屬基體中的存在形式有兩種合金元素在金屬基體中的存在形式有兩種一是形成固溶體一是形成固溶體；二是形成第二相，與基體組成機械混合物。二是形成第二相，與基體組成機械混合物。11-5 合金的塑性變形合金的塑性變形第21頁/共30頁23由于異類原子（溶

8、質(zhì)原子）的存在，使合金塑性變形抗力由于異類原子（溶質(zhì)原子）的存在，使合金塑性變形抗力大大提高，表現(xiàn)為大大提高，表現(xiàn)為強度、硬度增加強度、硬度增加，塑性、韌性下降塑性、韌性下降，這，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為固溶強化固溶強化。第22頁/共30頁24(a) 溶質(zhì)原子大于溶質(zhì)原子大于溶劑的置換固溶溶劑的置換固溶體原子體原子(c) 間隙固溶體間隙固溶體原子在位錯附原子在位錯附近的分布近的分布第23頁/共30頁25固溶強化的固溶強化的實質(zhì)實質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用阻礙了位阻礙了位錯的運動錯的運動。溶質(zhì)原子與位錯彈性交互作用的結果，使溶質(zhì)原子趨于聚集溶質(zhì)原子與位錯彈性交互

9、作用的結果，使溶質(zhì)原子趨于聚集在位錯的周圍，以減小畸變，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，此即稱為在位錯的周圍，以減小畸變，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，此即稱為柯柯氏氏(cotrell)氣團氣團。柯氏氣團對位錯有柯氏氣團對位錯有“釘扎釘扎”作用。為了使位錯掙脫氣團而運作用。為了使位錯掙脫氣團而運動，必須施加更大的外力。動，必須施加更大的外力。因此，固溶體合金的因此，固溶體合金的塑性變形抗力要高于純金屬塑性變形抗力要高于純金屬。 第24頁/共30頁26在低碳鋼的應力應變曲線中出現(xiàn)了明顯的屈服點（稱為上屈服在低碳鋼的應力應變曲線中出現(xiàn)了明顯的屈服點（稱為上屈服點）后，應力突然下降到一個較低的值（下屈服點），此后試樣點）后，應力突然下降到一個較低的值（下屈服點），此后試樣繼續(xù)伸長，而應力保持不變，即發(fā)生屈服伸長。繼續(xù)伸長，而應力保持不變，即發(fā)生屈服伸長。第25頁/共30頁27多相合金的塑性變形H62的鑄態(tài)組織的鑄態(tài)組織 H62變形和退火后的組織變形和退火后的組織第26頁/共30頁28片狀石墨（灰口鑄鐵）片狀石墨（灰口鑄鐵） 球狀石墨（球墨鑄鐵）球狀石墨（球墨鑄鐵） 多相合金的塑性變形第27頁/共30頁29含碳含碳1.2的鋼緩冷后的組織的