晶粒小→变形分散

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3.1,金属的塑性变形,2.3.2,塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化,2.3.3金属材料的热加工和冷加工,2.3 金属的塑性加工,2.3.1金属的塑性变形,1,单晶体的塑性变形,2,多晶体的塑性变形,3,塑,性变形对金属组织和性能的影响,第二节单晶体的塑性变形,一、滑移现象,表面抛光的单晶体试样，变形后在显微镜下观察：,抛光表面有许多平行线条,滑移带；,在电子显微镜下观察：,每条滑移带由更细的滑移线群组成。,滑移带和滑移线,滑移线的实质：,晶体的一部分相对于另一部分沿着晶面发生平移滑动后，在晶体表面留下的台阶。,证据：,X,射线衍射分析表明，变形后晶体结构类型并未改变，滑移线两侧的晶体取向也未改变。,而且，晶体滑移是不均匀的，滑移集中在某些晶面上，而相邻两条滑移线之间的晶体并未滑移。,二、滑移系,滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成 一个滑移系。,滑移面：通常是原子排列最密集的晶面,。,(,相邻晶面的面间距最大，结合力弱）,滑移方向：也是原子排列最密集的晶向,。,(,原子间距最小，滑移距离最短，阻力最小,),。,在其他条件相同时，滑移系越多，滑移过程可能采取的空间取向越多，塑性越好。,典型金属的滑移系,：,111,晶面，,晶向，共,43=12,个；,：,110,晶面，,晶向，共,62=12,个；,：,0001,晶面，,晶向，共,13=3,个；,5555,滑移系与金属塑性的关系：滑移系数目越多，金属塑性越好。滑移方向的作用要比滑移面的作用大。,体心立方虽有,48,个滑移系，但滑移方向数少，且滑移面的密排程度也较低。,面心立方金属的塑性最好，密排六方金属的塑性最差。,三、滑移在切应力作用下发生,从例图可见：,在正应力,作用下，单晶体先产生弹形变形，随后被拉断；,在切应力,作用下，晶格先产生剪切弹形变形，当,超过受剪抗力时，晶面两侧的晶体发生相对滑移，滑移面上每个原子移动一定距离后，在新位置上重新处于稳定状态。,四、滑移的临界分切应力,临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移方向的分切应力。,滑移面上的分切应力：,滑移开始时，宏观上金属开始屈服，则：,0,=,s,coscos,m=coscos,取向因子,(,施密特因子,),。,临界分切应力的大小，主要取决于金属的 本性，与外力无关。,条件一定，晶体的临界分切应力有确定值。,但它是一个组织敏感参数，金属的纯度、 变形速度和温度、金属的加工和热处理状态都 对它有很大影响。,取向因子,对任何,角，若滑移方向位于,P,与滑移面法向所组成的平面上，即,+ =90,，则沿此方向的,值较其它,时大，此时：,coscos= cos,（,90 - ,）,cos=1/2 sin2 ,，故：,当,=45,时，,m=1/2,，为最大值，则,s,最小，最有利于滑移,称为软取向；,=90,或,=0,时，,s,，即外力与滑移面平行或垂直，晶体无法滑移，,称为硬取向。,五、滑移时晶面的转动,晶体在滑移时，除了在滑移面上进行相对位移外，晶体还将发生转动。,滑移前：外力作用在,oo,轴线上，,滑移后：外力分别作用在,o,、,o,上，构成一对力偶，使晶体发生转动。,结果：使滑移面和滑移方向逐渐趋于平行于拉伸轴。压缩时使滑移面逐渐趋于与压力轴线垂直。,几何硬化与几何软化,几何硬化：原来处于软取向的滑移系，在拉伸时随着晶面的转动，,越来越远离,45,，使滑移变得越来越困难的现象；,几何软化：原来处于硬取向的滑移系，经滑移和转动后，,越来越接近,45,，使滑移越来越容易进行的现象。,晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。,晶粒小 晶界多 变形抗力大 强度，硬度,(,细晶强化,),晶粒小 变形分散，应力集中小 塑性，韧性,2多晶体的塑性变形,3塑性变形对金属组织和性能的影响,(1) 晶粒拉长，纤维组织 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）,变形10% 100,变形40% 100,变形80%纤维组织100,工业纯铁不同变形度的显微组织,（2）织构,绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。,晶粒拉长，但未出现织构。,晶粒拉长，且出现织构。,（3）加工硬化（形变强化强化材料的手段之一）,加工硬化的原因,塑性变形 位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大 变形抗力,金属在冷变形时，强度、硬度 ，塑性、韧性。,P21，,图1-17,（4）残余内应力 由金属内部不均匀变形引起,残余内应力的危害,引起零件加工过程变形、开裂。,耐蚀性,2.3.2塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化,1,回复,2,再结晶,3,晶粒长大,1. 回复,塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程,(,去应力退火,),：,位错和点缺陷大大，内应力显著 ，强度、硬度略有,回复温度 =（0.25 0.3 ）,T,0,2. 再结晶,塑性变形后的金属在较高温度加热时，发生再结晶过程,（,再结晶退火）：,通过重新形核、长大，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。,加工硬化消除 强度、硬度大大 ，塑性、韧性大大 。,最低再结晶温度,T,R,纯金属,T,R,=（0.4 0.35）T,0,合金,T,R,=（0.5 0.7）T,0,温度单位：绝对温度,( K ),预变形度对,T,R,的影响,再结晶后的晶粒度,加热温度,T, ,晶粒直径,D,预变形度的影响,3. 晶粒长大,变形80%,工业纯铁再结晶退火 显微照片 100,变形80% 600退火8小时,变形80% 400退火8小时,加热温度,T,和 加热时间,t ,晶界迁移、晶粒合并长大。,2.3.3金属材料的热加工和冷加工,1,热加工对组织和性能的影响,2,冷加工对组织和性能的影响,二、热变形,1,、热加工与冷加工,热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。,实质：变形中,加工硬化与动态软化同时进行,的过程。动态软化包括：动态回复和动态再结晶。,冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。,冷、热加工不能以加工温度的高低来区分，而因根据其再结晶温度来判定。,例：钨，,T,再,=1200,，,1000,的加工仍属冷加工；,而铅，,T,再,15,，,20,时的加工变形应属热加工。,热加工时，有动态软化可以消除加工硬化,(,至少部分消除,),，因此热加工中金属一直保持较高的塑性，可连续地进行大变形量加工。主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品，以及脆性较大的金属材料。,温度高，流变强度下降，形变阻力小，动力消耗较少。,三、热加工对金属组织和性能的影响,1,、提高材料致密性和力学性能：,热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与分布，提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。受力复 杂，负荷较大的重要工件，都要经过热加工。,2,、,形成流线，使材料出现各向异性。,流线：夹杂物、第二相、偏析等沿变形 方向分布，在经浸蚀的宏观磨面上出现的 纤维组织。,顺流线方向性能高,(,特别是塑、韧性,),， 垂直于流线方向性能较差。,受力简单的零件，热加工时应使流线与零 件工作时受到的最大拉应力方向一致，而与 外加的切应力和冲击方向相垂直。,右图,(a),流线分布正确，,(b),不正确。,易受疲劳剥蚀的零件，应尽量使流线与工 作表面平行，不在工作表面露头。,(,轴承套圈,),受力复杂零件，不要有明显的流线分布， 则镦粗和拔长结合,.,3,、形成带状组织,带状组织：在经过压延的金属材料中常常出现的组织。,加工时存在两相，两个相都沿变形方向伸长，在纵切面上形成两相相间的条带状组织。,1Cr13,：,白色相，铁素体；黑色相，由奥氏体转变成的珠光体。,Cr12,：白色碳化物颗粒成带状分布，黑色基体为珠光体。,由偏析造成的，压延时偏析区沿变形方向伸长成条带状，冷却时偏析区成分不同，转变成的组织不同。,亚共析钢中，枝晶间富,P,、,Si,等，提高,GS,温 度，先共析,F,在此形核长大,(,白色区,),，,F,析出后， 使,C,向两侧扩散，富,C,区随后转变为,P.,非金属夹杂物也会在加工中被拉长,(,或碎成 小粒成串链状,),，先共析,F,通常会依附于它们而 析出，形成带状组织。,带状组织也使材料的力学性能产生方向性， 特别是横向塑、韧性降低。,防止方法：不在两相区变形；高温扩散退火消除偏析；,消除方法：正火。,4,、热变形后的组织控制（控轧控冷）,热变形后要获得细小的晶粒组织，需控制其终止温度、最终变形量和热变形后的冷却速度。,采用,低,的终止温度、,大,的最终变形量和,快,的冷却速度，可得到,细小,晶粒。,加入微量合金元素，阻碍热变形后的静态再结晶和晶粒长大，也是细化晶粒的有效措施。,内容总结,2.3.1金属的塑性变形。2.3.2塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化。X射线衍射分析表明，变形后晶体结构类型并未改变，滑移线两侧的晶体取向也未改变。0=s coscos。m=coscos取向因子(施密特因子)。滑移前：外力作用在oo轴线上，。滑移后：外力分别作用在o、o上，构成一对力偶，使晶体发生转动。几何硬化与几何软化。工业纯铁不同变形度的显微组织。动态软化包括：动态回复和动态再结晶。主要用于截面尺寸较大、变形量较大的产品，以及脆性较大的金属材料。加工时存在两相，两个相都沿变形方向伸长，在纵切面上形成两相相间的条带状组织。4、热变形后的组织控制（控轧控冷）。采用低的终止温度、大的最终变形量和快的冷却速度，可得到细小晶粒,