1、金属材料的塑性变形,金属的变形分：弹性变形塑性变形,3.1 单晶体和多晶体的塑性变形,3.1.1 单晶体的塑性变形两种方式:滑移和孪生,当外力大于屈服极限后，沿单晶的某一特定晶面原子的产生相对滑移。随应力的增加，发生滑移的晶面增加，塑性变形量加大。动画中一开始有一个晶面滑移，随应力增大，滑移面增多，试样表面出现以原子大小为尺度的台阶。,1.滑移1）只能在切应力下产生,2） 沿着原子排列最密的晶面和晶向进行,面心立方晶格金属的塑性好于体心立方晶格金属,立方晶格金属的塑性好于密排六方晶格金属,3.1.2 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多晶体由位向不同的许多小晶粒组成，在外力
2、作用下，只有处在有利位向的晶粒的滑移系才能首先开动,2.晶界对塑性变形的影响,细化晶粒的原因：1）增加了晶界数量，则对位错运动产生的阻碍加大，强化作用明显；2）当总的塑性变形量一定时，可以使位错在更多的晶 粒中产生运动，会使塑性变形更均匀，不易产生应力集中，所以也提高了韧性。,3.2 金属的形变强化,3.2.1形变强化现象（加工硬化） 在冷态下，随变形程度的增加，强度大为提高，塑性却有较 大的降低的现象。,应用：1）强化金属材料，这特适合于纯金属以及不能热处理强化的合金,3）使某些合金物理、化学性能变化，如电阻增加，耐蚀性降低。如冷加工成的黄铜（含Zn30%）弹壳在大气中放置一段时间后，会因晶
3、间应力腐蚀而开裂。,2）也使工件能够冷冲压成形，但需中间退火处理,3.2.2 塑性变形后金属的组织结构变化,1）晶粒细化，亚结构增多,2）晶粒拉长，出现纤维组织,3.2.3 塑性变形产生的残余应力第一类内应力（宏观内应力）作用范围是整个工件第二类内应力（微观内应力）作用范围一般不超过几个晶粒第三类内应力（晶格畸变内应力）作用范围一般为几十至几百纳米,残余应力的危害：1）降低工件的承载能力2）使工件尺寸及形状发生变化，是引起加工和热处理时工件变形和开裂的主要原因3）降低耐蚀性消除方法： 热 处 理（去应力退火）,3.3 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化,3.3.1 回 复,T回 = （0.2
4、5 0.3） T熔（适于纯金属，合金的要高些）,应用：去应力退火即回复退火， 如卷制弹簧时，在卷成之后要在260左右进行退火，以降低内应力并使之定型，而硬度、强度基本保持不变。,变化：如硬度、强度变化不大，宏观内应力基本消除。,3.3.2 再 结 晶,T再 = 0.4 T熔 （适于纯金属，合金的要高些）,变化：内应力降低， 冷变形金属的强度、硬度显著下降，塑性、韧性显著提高，加工硬化状态全部消除，金属又基本上恢复到冷变形之前的性能。,应用：再结晶退火,图a是黄铜冷加工变形量达到CW38后的组织，可见粗大晶粒内的滑移线。 图b是经过580C保温3秒后，开始出现白色小的颗粒，即再结晶出的新的晶粒。
5、 图c是在580C保温4秒后，显示有更多新的晶粒出现。 图d是在580C保温8秒后，粗大的带有滑移线的晶粒已完全被细小的新晶粒所取代，即完成了再结晶。 图e是保温15分后的金相组织。晶粒已有所长大。 图f则是在700C保温10分后晶粒长大的情形。（美国GE公司的J.E.Burke）,a b,c d,e f,3.3.4 冷变形和热变形,1）在T再 进行的变形，既有弹性变形又有塑性变形，,3）使金属获得较高的硬度和精度,2）产生形变强化,2. 热变形,1） T再 进行的变形，只有塑性变形,1.冷变形,4）可改善铸锭的缺陷，提高性能可使气孔、疏松及微裂纹焊合，提高金属致密度，破碎铸态的粗大树枝晶以获
6、得较细的晶粒,2）用较小的功获得较大的变形,3）获得再结晶组织,3.3.5 金属纤维组织及其应用,1.定义：在热加工过程中铸态金属的偏析、夹杂物、第二相、晶界等沿变形方向延展,4.应用：在锻压零件时，要尽可能使零件工作时所受的最大拉应力的方向与纤维方向一致，最大切应力方向与纤维方向垂直，并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量使纤维组织不被破坏,3.锻造比：表示变形程度，其值越大，纤维越明显,2.影响：各向异性，顺着纤维方向强度、塑性和韧性高,曲轴的纤维组织,锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力,曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴
7、工作时不易断裂,3.4 塑性加工性能及影响因素,3.4.2 塑性加工性能的影响因素 金属的本质 1）化学成分的影响：C 1.3%已难锻 2）金属组织的影响：纯金属及固溶体的好；碳化物的差；铸态柱状晶和粗晶粒结构 晶粒细小、均匀的组织,3.4.1塑性加工性能及其指标,定义：衡量金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度,衡量指标：金属的塑性：、变 形 抗 力：在变形过程中金属抵抗工具的作用力,2.加工条件,（1）变形温度,锻造温度范围： 始锻温度 终锻温度碳素结构钢 1200 1250 800碳素工具钢 1050 1150 800合金结构钢 1100 1200 800 850 合金工具钢 105
8、0 1150 800 850 高 速 钢 1100 1150 900,3）变形后的再结晶过程也非常迅速但过高，会出现：氧化、脱碳、过热、过烧、内部裂纹,2）如45钢 ： 20C 800C 1200C（Mpa） 600 50 20（%） 20 60 80,原因：1）加热到奥氏体区,（2）变形速度加工硬化为主： 、 热 效 应 为 主： 、 ,（3）应力状态：,有两种情况：1）变形区内的金属三向受压，而压应力数值不等如挤压塑性好，变形量可加大，但使内部摩擦大, 变形抗力大，需大吨位，适于塑性差、难以成形的金属2）变形区内的金属同时受拉和压如拉拔易滑移，变形抗力小，但内部裂纹易扩展， 塑性差，仅适于塑性好的材料,
