1、1,第二章 金属变形的物理基础,第一节 金属冷态下的塑性变形,2,思考,1、什么是单晶体、多晶体？ 2、什么是晶界？ 3、滑移定义 4、怎样确定滑移面和滑移方向,3,几个基本概念,1、单晶体：单个的晶粒 2、多晶体：有两个以上的晶粒组成。 3、晶界：晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。 4、晶界不同于晶内性质：,4,一、变形机理,晶内变形 1、滑移 2、孪生 晶间变形 晶粒之间的相互转动和滑动 注意：晶间变形的情况受温度的影响,5,1、滑移面和滑移方向的确定,确定滑移面：原子排列
2、密度最大的晶面 确定滑移方向：原子排列密度最大的方向,6,金属的主要滑移方向、滑移面、滑移系,7,滑移的规律和实质,规律： 1、滑移系多塑性好（滑移方向比滑移面更重要） 2、滑移面有温度敏感性 3、切应力达到临界值实质： 位错的运动和增殖,8,2、孪生,孪生的定义 晶体在切应力的作用下，沿一定的晶面和一定的晶向均匀切变孪生的实质：位错的运动和增殖,9,总结,金属以何种方式发生塑性变形的决定因素哪种方式所需的切应力更低 规律： 1、面心立方和体心立方的金属，一般情况下滑移所需切应力更小，以滑移方式塑性变形。只有当温度较低时（100K以下），或受高速冲击载荷，金属滑 移剧烈进行并受阻时，应力高度集
3、中地地方会发生孪生变形2、密排六方金属，滑移系少，难以滑移，一般一孪生方式变形,10,（二）晶间变形,晶间变形 晶粒之间的相互转动和滑动 注意：晶间变形的情况受温度的影响冷态下，晶界的强度高于晶内，塑变主要是晶内变形温度适当升高时，晶间变形才更易于发生。,11,二、塑性变形的特点,不同时性 各晶粒变形的相互协调性 变形不均匀性晶粒之间、晶粒内部,12,13,思考：,晶粒大小对金属变形抗力和塑性的影响？,14,三、合金的塑性变形,几个概念 合金 合金的种类 合金的相结构 合金的组织,15,（一）单相固溶体合金的塑性变形,变形机理位错的运动和增殖 关键异类原子的存在阻碍位错运动 相关概念固溶强化溶
4、质气团屈服效应应变时效吕德斯带,16,应变时效示意图,17,（二）多相合金的塑性变形,变形机理位错的运动和增殖 关键第二相的存在多相合金塑变更加复杂 分类讨论 1、聚合型多相合金：第二相为较强相时，合金才能得到强化。 2、弥散型多相合金：细小弥散分布的微粒可以产生显著的强化作用。不可变形的第二相粒子总可以阻碍位错的运动，强化合金。可变形的第二相粒子只有尺寸恰当的时候才会起到最好的强化效果。,18,3、弥散型两相合金相关概念 沉淀强化（时效强化） 弥散强化,19,总结,合金成分的加入会阻碍位错的运动，使金属的变形抗力增加，加工硬化率有所提高，塑性有一定的下降。 合金组织的变化（单相或多相）也会影
5、响金属的塑性。聚合型多相合金：第二相为较强相时，合金才能得到强化。弥散型多相合金：细小弥散分布的微粒可以产生显著的强化作用。不可变形的第二相粒子总可以阻碍位错的运动，强化合金。可变形的第二相粒子只有尺寸恰当的时候才会起到最好的强化效果。,20,四、冷塑性变形对金属组织和性能的影响,一、组织的变化晶粒形状的变化：趋势与金属的宏观变形一致纤维组织 晶粒内部结构的变化：层错能高的金属会产生胞状亚结构 晶粒位向的改变：变形后的晶粒取向趋于一致各向异性（变形织构 、“制耳” 织构板材沿轧制方向和垂直轧制方向变形率40%，与轧制方向成45方向变形率可达75%）,21,22,二、性能的变化 （力学性能） 加
6、工硬化 成因：位错交互作用，难以运动 应用：强化（奥氏体钢） 避免：多次塑性加工中加入退火工序,23,第二节 金属热态下的塑性变形,热塑性变形：再结晶温度以上进行的塑性变形 一、塑性变形时的软化过程 1、动态回复、动态再结晶 2、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶 3、回复与再结晶的应用,24,二、热塑性变形的机理 晶内滑移 晶内孪生 晶界滑移 扩散蠕变,25,三、双相合金热塑性变形的特点,P27 5个要点 1、弥散型双相合金，影响基体塑性和再结晶情况。 2、聚合型双相合金，两相形核几率不同，热变形时产生较大内应力和不均匀流动。 3、变形程度较大时，脆性相会被打碎 4、热变形时，温度高、变形速
7、度低易于导致第二相粗大 5、第二相熔点较低分布于晶界时，会发生热脆,26,四、热塑性变形对金属组织和性能的影响 1、改善晶粒 变形温度高、应变速率低、变形程度过小时，回复与再结晶后的晶粒容易粗大化 合金元素的加入会增加形核几率、阻碍晶界迁移，从而细化再结晶晶粒 热变形不均匀导致再结晶晶粒大小不均，易出现局部粗晶现象 变形程度过大且温度很高时，会出现再结晶晶粒的吞并长大（二次再结晶）,27,锻造温度区间的制定,28,2、锻合内部缺陷 3、打碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布 4、形成纤维组织 5、改善偏析,29,塑性变形过程中晶粒的变化,30,第三节 金属的超塑性变形,一、超塑性的概念和种
8、类 概念：金属和合金具有的超常的均匀变形能力。 大伸长率、无颈缩、低流动应力、易成形、无加工硬化 种类： 细晶超塑性：在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所呈现出的超塑性。 相变超塑性：具有相变或同素异构转变的金属，在其转变温度附近以一定的频率反复加热、冷却。在外力的作用下所呈现出的超塑性。,31,二、细晶超塑性变形的力学特征,无加工硬化,32,三、影响细晶超塑性的主要因素,应变速率应变速率远远低于常规应变速率，受晶粒大小和变形温度的影响蠕 变超塑性变形常规 变形 变形温度250270 组织的影响超细等轴、双相及稳定的晶粒,33,四、超塑性变形时组织的变化和对力学性能的影响,组
9、织变化晶粒长大、等轴度不变，无明显的位错运动痕迹，有晶界滑移的痕迹 力学性能的影响无织构，不产生各向异性，无残余应力个别材料超塑变形（压缩）时会出现加工软化现象,34,相变超塑性,关键具有相变或同素异构转变 应用铁的同素异构转变弯曲铸铁,35,五、超塑性变形机理,A-V机理晶界滑移+扩散蠕变,36,第四节 金属在塑性加工过程中的表现,一、塑性基本概念和指标 塑性：金属在外力的作用下，能稳定的发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 塑性指标 拉伸试验 墩粗试验 扭转试验 模拟实际塑性加工过程的试验方法（轧制、拉深、弯曲、胀形）,37,二、金属化学成分和组织对塑性的影响,（一）化学成分的影响 1、碳
10、钢中的碳和杂质元素的影响 碳 磷 硫 氮 氢 氧,38,2、合金元素对钢的塑性的影响 合金元素的加入，会使钢的塑性降低、变形抗力提高 原因见课本p43,39,（二）组织的影响 1、相组成的影响单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织塑性好 2、晶粒度的影响细晶粒比粗晶粒组织有更好的塑性 3、铸造组织的影响铸造组织会使金属的塑性下降,40,三、变形温度对金属塑性的影响,41,42,四、应变速率对金属塑性的影响,1、热效应和温度效应 热效应的影响因素 2、应变速率对塑性的影响 真实应力 温度效应 回复再结晶 3、基本结论见课本49页在极高的应变速率下，金属的变形行为更为复杂，变形机理尚无明确结论。,4
11、3,五、变形力学条件对金属塑性的影响,应力状态 三向压缩的受力状态有利于金属塑性的提高 应变状态 压缩应变有利于金属塑性的发挥，拉伸应变对塑性不利 两向拉伸一向压缩一拉一压两压一拉,44,六、其他因素对金属塑性的影响,1、不连续变形的影响 2、坯料尺寸因素的影响思考： 如何提高金属的塑性？,45,46,47,习题,1、以下哪些金属的成型方法属于塑性成形方法（ ） a、弯曲 b、拉深 c、墩粗 d、粉末冶金e、液压成形 f、扩散连接 2、金属的塑性变形属于（ ）成形方法。 A、质量增加 B、质量减少 C、质量不变 3、下面那种元素的会使钢性能变化，产生热脆？（ ） A、氮元素 B、磷元素 C、氢元素 D、硫元素,48,4、冷塑性变形的主要机理是（ ） A、晶内滑移和孪生 B、晶界滑移 C、扩散蠕变 D、晶粒间的转动 5、热塑性变形的主要机理是（ ） 6、超塑性变形的主要机理（ ）,49,简答,1、变形温度不同金属的塑性有何变化？ 2、预防金属塑性成形过程中裂纹的措施有哪些？ 3、冷塑性变形对金属组织和性能的影响有哪些？ 4、如何消除加工硬化的影响？ 5、常用的塑性指标有哪些？举例说明。,
