精品金属的变形特性.docx

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精品金属的变形特性

大多数金属材料经冶炼浇注后大多数要进行各种压力加工：

1.铸态组织：

晶粒粗大且不均匀，组织不致密，成分偏析等缺陷

2.各种压力加工：

轧制锻造挤压拉丝冲压

金属经压力加工后不仅改变外形尺寸内部组织和性能也发生变化：

1.冷轧冷拉等冷塑性变形后，金属强度显著提高而塑性下降

2.热轧锻造等热塑性变形后，强度提高不明显，塑性韧性有所改善

3.若压力加工工艺不当，变形量超过塑性值，将产生裂纹或断裂

第一节金属的变形特性

金属在外力载荷的作用下

1.弹性变形阶段：

首先发生弹性变形

2.弹塑性变形阶段：

载荷增加到一定值，还发生塑性变形即弹塑性变形

3.断裂阶段：

继续增加载荷，塑性变形继续增加，直至金属发生断裂

工程应力应变曲线或载荷变形曲线

低碳钢的应力应变曲线6.1所示：

工程应力应变曲线

应力或工程应力或名义应力

应变或工程应变或名义应变

工程应力应变曲线和载荷变形曲线相似，只是坐标不同

在应力应变曲线上分析低碳钢的变形过程特点：

1.当应力低于

时：

应力应变成正比，应力去除变形消失，弹性极限表示材料保持完全弹性变形时的最大应力

2.当应力超过

后

：

应力应变直线关系破坏，出现屈服平台或屈服齿，应力或载荷去除变形恢复一部分，屈服极限或屈服点表示材料对起始微量塑性变形的抗力

3.当应力超过

后：

明显均匀塑性变形，要想使试样应变增加，必须增加应力值，这种随塑性变形增加塑性变形抗力增加的现象称为加工硬化或者形变强化

4.当应力达到

时：

均匀变形阶段终止，强度极限或抗拉强度表示材料对最大均匀塑性变形的抗力

5.当应力超过

后：

不均匀塑性变形，出现缩颈，应力下降，最后应力达到

时试样断裂，条件断裂强度表示材料对塑性变形的极限抗力

试样断裂的非突发性：

塑性断裂：

产生一定塑性变形后的断裂

材料的塑性：

断裂前的塑性变形量伸长率

和断面收缩率

材料的韧性：

表征断裂抗力，可由曲线下的面积进行度量

材料不同应力应变曲线不同：

1.铜铝及其合金或经热处理的钢材：

没有明显的屈服平台

2.铝青铜和某些奥氏体钢：

断裂前产生一定量得塑性变形，没有缩颈

3.某些脆性材料如淬火状态下的中高碳钢：

拉伸时几乎没有明显的塑性变形

真应力真应变曲线

真实应力：

瞬时载荷除以瞬时截面积

真实应变

真应力真应变曲线图6.3所示

两条曲线的比较：

1.工程应力应变曲线：

载荷达到最大值后转而下降

2.真应力应变曲线：

a）载荷不断上升直至断裂

b）不断发生加工硬化外力需不断增加才能使变形继续，即使是缩颈之后，缩颈处的真应力仍然在增加

c）没有应力下降阶段

流变曲线：

均匀塑性变形阶段的真应力真应变曲线

均匀塑性变形时的真实应力计算公式：

加工硬化指数：

1.加工硬化指数表征：

均匀塑性变形阶段的加工硬化能力

2.大多数金属材料的加工硬化指数：

0.10~0.50

3.取决于：

材料晶体结构和加工状态

金属的弹性变形

金属弹性变形的实质：

1.一句话描述就是：

弹性畸变

2.从双原子模型角度进行说明：

3.当未加外力时：

4.当受到外力后：

5.当外力去除后：

胡克定律：

弹性变形阶段应力应变呈线性关系

正弹性模量和切变模量：

1.应力应变曲线上直线部分的斜率

2.模量越大，弹性抗力越大，弹性变形越不容易进行

3.表征弹性变形抗力

构件的刚度：

1.表征弹性变形难易程度

2.拉伸件的刚度：

3.材料选材时的重要意义：

镗床的镗杆弹性变形越小加工精度越高

影响弹性模量的因素：

1.对组织不敏感

2.取决于原子间结合力

3.只与金属本性晶体结构晶格常数

4.材料合金化加工过程热处理等影响小

第二节单晶体的塑性变形

常温或低温下金属的塑性变形方式：

主要是通过滑移方式，此外还有孪生等其他方式

滑移带

滑移带：

金相显微镜下在抛光的表面观察到的许多相互平行的线条

滑移线：

电子显微镜下观察滑移带时可以观察到每条滑移带都许多相互平行的滑移线组成

滑移线和滑移带的关系：

1.塑性变形以后晶体表面出现的一个个的小台阶

2.相互靠近的一组小台阶在宏观上就是一个大台阶也就是滑移带

晶体塑性变形前后的晶体结构：

晶体的塑性变形：

1.晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动

2.当发生滑移的晶面移出晶体表面时，在滑移晶面与晶体表面相交处形成滑移台阶

3.一个滑移台阶就是一条滑移线

4.每条滑移线所对应的台阶高度表示滑移面的滑移量

5.台阶的累积就造成了宏观的塑性变形效果

滑移：

晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动

孪生：

晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向作均匀切变

塑性变形的不均匀性：

1.在滑移带内每条滑移线间的距离约为100个原子间距，而滑移带间的距离约为10000个原子间距

2.说明滑移集中发生在某些晶面上，滑移带之间或滑移线之间的晶体层片并没有变形

滑移带和滑移线的发展：

1.首先出现滑移线，然后发展呈带

2.滑移线的数目总是随变形程度的增加而增加，滑移线之间的距离随变形程度增加而减小

晶面指数和晶向指数

晶向族：

原子排列相同空间位向不同的所有晶向

晶面族：

原子排列相同空间位向不同的所有晶面

：

和与之相反的晶向

：

和与之相反的晶向

：

和与之相反的晶向

：

：

：

：

滑移系

滑移面和滑移方向：

晶体在滑移面上的滑移方向

滑移系：

滑移系和金属的塑性：

空间位向越多塑性越好

晶体结构和滑移系：

晶体结构不同滑移系不同

滑移面和滑移方向总是原子排列最密的晶面和晶向：

1.面心立方金属：

密排面

密排晶向

，12个滑移系，塑性较好

2.体心立方金属：

密排面

密排晶向

，12个滑移系，塑性较好

3.密排六方金属：

室温时

密排晶向

，塑性较差

金属塑性的好坏：

1.滑移系的多少

2.滑移面上原子的密排程度和滑移方向的数目：

3.

的塑性比铜铝金银的差些：

a）滑移方向的个数：

b）滑移面上原子排列密集程度：

c）滑移面的间距：

d）原子间结合力：

滑移的临界分切应力

滑移是在切应力的作用下发生的

什么是临界分切应力：

1.并不是所有的滑移系同时开动

2.晶体中的滑移系是否滑移取决于：

力在滑移面内沿滑移方向上的分切应力的大小

3.最小分切应力：

分切应力的计算：

临界分切应力的计算：

临界分切应力

的大小取决于：

1.晶体结构纯度加工状态实验温度和加载速度

2.外力大小方向及作用方式

单晶体的屈服极限

与取向因子之间的关系图6.7：

外力大小方向作用方式有关

1.当外力与滑移面滑移方向的夹角都是45度时：

最容易滑移，软取向

2.当外力与滑移面平行

或垂直

时：

根本无法滑移，硬取向

3.当取向因子介于0~0.5之间时：

单系滑移时晶体的转动

说明滑移时晶体发生转动的结论：

1.金属在单纯切应力的作用下滑移，晶体的取向不改变

2.金属在任意一个力的作用下滑移，总是分解为沿滑移方向的分切应力和垂直于滑移面的分正应力

3.晶体在滑移的同时发生滑移面和滑移方向的转动

只有一个滑移面的密排六方金属为例说明滑移时晶体发生转动现象：

1.假如拉伸机的夹头可自由移动，这时滑移面的滑移方向保持不变，而拉伸轴的方向发生变化

2.假如拉伸机的夹头固定，则拉伸轴的方向不变，而晶体的取向发生变化

a）试样中部滑移面朝着与拉伸轴平行的方向转动，使

角增加

角减小，从而晶体位向发生变化

说明滑移时晶体发生转动的分析图6.9

1.滑移面发生转动：

将作用在

上的外加应力分解，滑移面上最大切应力方向上的切应力

，滑移面法线方向上的正应力

，这时

就会组成一个力偶使滑移面发生转动

2.滑移方向发生转动：

当最大切应力方向与滑移方向不一致时，晶体还会以滑移面法线方向为轴发生转动，将最大切应力

分解：

滑移方向上的

，垂直于滑移方向上的

，这时

组成的力偶将使晶体的滑移方向发生变化

3.同理，在压缩时晶体的滑移面则趋向于与压力方向垂直的位置，而滑移面的法线趋向于与压力轴重合

说明滑移时晶体发生转动的结论：

1.滑移时不仅滑移面发生转动

2.滑移方向也在发生变化

3.即晶体的位向在发生变化

4.取向因子也在发生变化

a）如果某一滑移系的取向处于软取向：

那么拉伸时晶体取向发生变化，滑移面的法向与外力方向远离45度，滑移越来越困难，几何硬化

b）如果某一滑移系的取向处于硬取向：

那么拉伸时晶体取向发生变化，滑移面的法向与外力方向趋于45度，滑移越来越容易，几何软化

多系滑移

晶体的转动规律是在单系滑移条件下讨论的

晶体的转动规律多出现于滑移系较少的密排六方结构的金属中

立方晶系的金属滑移时晶体的转动：

1.滑移首先发生在取向最有利的滑移系上——滑移过程中晶体发生转动——其它滑移系的分切应力有可能达到临界值——两个或更多的滑移系同时开动或者交替开动

2.如果外力轴的方向合适，滑移一开始就在一个以上的滑移系上同时进行

3.在两个或更多的滑移系上进行的滑移，我们称之为多系滑移

多滑移所产生的滑移带通常呈交叉型如图6.11所示

交滑移所产生的滑移带会出现曲折或波纹状

单滑移和多滑移的加工硬化效果可以从图6.12看出：

交滑移

1.第一阶段：

只有一个滑移系，加工硬化效果很小

2.第二阶段：

晶体转动发生多滑移，滑移系间相互交割，加工硬化效果突然上升

3.第三阶段：

晶体取向改变，滑移面可能沿一个滑移方向滑移，加工硬化效果下降