金属的变都形特性

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：0.100.503. 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00.5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6.91. 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