机械工程材料第2版 作者 王章忠 主编 第四章.pptVIP

第一节 材料的塑性变形 在常温和低温下，单晶体塑性变形的主要方式是滑移和孪生。由于孪生变形仅发生在低温、高速加载的场合，且多见于像Zn、Mg等密排六方结构的金属，与滑移变形相比不很重要，故此处仅介绍滑移。 单晶体的塑性变形   滑移是金属塑性变形的一种最主要方式，是在切应力的作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对滑动。产生滑移的晶面和晶向，分别称为滑移面和滑移方向，滑移过程如图4-1所示。 单晶体的塑性变形   实际使用的金属材料几乎都是多晶体。多晶体是由许多形状、大小、取向各不相同的单晶体——晶粒所组成。多晶体塑性变形的基本方式与单晶体一样，也是滑移和孪生。但是由于多晶体各晶粒之间位向不同和晶界的存在，使得各个晶粒的塑性变形互相受到阻碍与制约，所以多晶体的塑性变形比单晶体要复杂得多，并具有一些新的特点。 多晶体的塑性变形   多晶体中各个晶粒的位向不同，在一定外力作用下不同晶粒的各滑移系的分切应力值相差很大，因此各晶粒不可能同时发生塑性变形。那些受最大或接近最大分切应力位向的晶粒，即处于“软位向”的晶粒首先达到临界分切应力，率先开始滑移，滑移面上的位错沿着滑移面进行活动。而与其相邻的处于“硬位向”的晶粒，滑移系中的分切应力尚未达到临界值，导致位错不能越过晶界，滑移不能直接延续到相邻晶粒，于是位错在到达晶界时受阻并逐渐堆积。 多晶体的塑性变形   位错的堆积致使前沿附近区域造成很大的应力集中，随着外力的增加，应力集中也随之增大，这一应力集中值与外力相叠加，最终使相邻的那些“硬位向”晶粒内的某些滑移系中的分切应力达到临界值，进而位错被激发而开始运动，并产生了相应的滑移。与此同时，已变形晶粒发生转动，由原软位向转至较硬位向，而不能继续滑移。这样塑性变形便从一个晶粒传递到另一个晶粒，一批批晶粒如此传递下去，便使整个试样产生了宏观的塑性变形。 多晶体的塑性变形   由上述可知，晶界对塑性变形起阻碍作用，晶界是滑移的主要障碍，能使变形抗力增大。因此，晶界有强化作用，多晶体的塑性变形抗力显著高于单晶体，而且晶粒越细，晶界越多，其强化效果越显著，这种用细化晶粒提高金属强度的方法称为细晶强化。 第二节 金属的冷塑性变形 金属冷塑性变形后，在改变其外形尺寸的同时，其内部组织、结构以及各种性能也发生变化。若再对其进行加热，随加热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶等过程，尤以再结晶具有更重要的意义。 （一）对金属组织结构的影响 1.显微组织的变化 金属经冷塑性变形后，显微组织发生明显的改变。随着金属外形的变化，其内部晶粒的形状也会发生变化。如在轧制时，随着变形量的增加，原来的等轴晶粒沿轧制方向逐渐伸长，晶粒由多边形变为扁平形或长条形，如图4-6所示。 冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   冷塑性变形对金属组织和性能的影响   金属材料经冷塑性变形后，由于晶体缺陷增多，增加了晶体的畸变能，使内能升高，处于热力学上不稳定的状态，如果升高温度使原子获得足够的活性，材料将自发地恢复到稳定状态。冷塑性变形后的金属加热时，随加热温度升高，会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程，如图4-12所示。 冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化   冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化   冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化   冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化   冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化   第三节 金属的热塑性变形 从金属学角度看，区分热加工与冷加工的界限不是金属是否加热，而是金属的再结晶温度。在再结晶温度以上进行塑性变形称为热加工；在再结晶温度以下进行塑性变形称为冷加工。 第四节 金属强化理论简介 1934年泰勒（Taylor）先生首先提出了位错学说。理论和实践已经证明：在实际晶体中存在着位错，晶体的滑移不是晶体的一部分相对于另一部分同时作整齐的刚性的移动，而是通过位错在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动的结果。 能阻碍位错运动的障碍可以有四种：第一种是溶