08年9月材工程基础塑性加工-3.ppt

5.3 金属塑性加工物理基础 5.3.1金属冷态下的塑性变形 5.3.1.1冷态下塑性变形机理 塑性成形所用的金属材料绝大部分是多晶体，多晶体是由许多结晶方向不同的晶粒组成。每个晶粒可看成是一个单晶体。晶粒之间存在厚度相当小的晶界。 多晶体的在冷态下的塑性变形机制包括：晶体一部分相对另一部分的滑移、孪生(晶内变形)、晶粒之间相互滑动和转动(晶间变形)。具体内容在《材料科学基础》之范性形变中讲解。 5.3 金属塑性加工物理基础 5.3.1.2 冷塑性变形的特点 由于组成多晶体的各个晶粒位向不同，塑性变形不是在所有的晶粒内同时发生，而是首先在那些位向有利、滑移系上的切应力分量已优先达到临界值的晶粒内进行。 要求每个晶粒进行多系滑移，即除了在取向有利的滑移系中进行滑移外，还要求其他取向并非很有利的滑移系也参与滑移。 多晶体变形的另一特点是变形的不均匀性。 5.3 金属塑性加工物理基础 5.3.1.3 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 1、组织的变化 1) 晶粒形状的变化 金属经冷加工变形后，其晶粒形状发生变化，变化趋势大体与金属宏观变形一致。 2) 晶粒内产生亚结构 3) 晶粒位向改变(变形织构) 多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。 5.3 金属塑性加工物理基础 2、性能的变化 其中变化最显著的是金属的力学性能，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。 对于不能用热处理方法强化的材料，借助冷塑性变形来提高其力学性能就显得更为重要。 加工硬化对金属塑性成形也有不利的一面。它使金属的塑性下降，变形抗力升高，继续变形越来越困难，特别是对于高硬化速率金属的多道次成形更是如此。 5.3 金属塑性加工物理基础 5.3.2 金属热态下的塑性变形 在热塑性变形过程中，回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复或再结晶所抵消，而使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态。 5.3.2.1 热塑性变形时的软化过程 按其性质可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶，亚静态再结晶等。动态回复和动态再结晶是在热塑性变形过程发生的；而静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶则是在热变形的间歇或热变形后，利用金属的高温余热进行的。 具体细节在《材料科学基础》之回复与再结晶中讲解。 5.3 金属塑性加工物理基础 5.3.2.2 热塑性变形机理 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移，晶内孪生，晶界滑移和扩散蠕变等。 1、晶内滑移和晶内孪生 在通常条件下(一般晶粒大于10μm以上时)，热变形的只要机理仍然是晶内滑移。滑移系数目少的密排六方金属中晶内孪生是可能的塑性变形机制之一。 2、晶界滑移 热塑性变形时，由于晶界强度低于晶内，使得晶界滑移易于进行；又由于扩散作用的增强，及时消除了晶界滑动所引起的破坏。 5.3 金属塑性加工物理基础 3、扩散性蠕变 扩散性蠕变是在应力场作用下，由空位的定向移动所引起的。 5.3.2.3 热塑性变形的金属组织和性能的影响 1、改善晶粒组织 热塑性变形可以改善晶粒组织。通常应用动态再结晶图进行论述。 2、锻合内部缺陷 如微裂纹、疏松等。 3、破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 5.4 金属的塑性加工成形性 5.4.1 金属的热成形性能 5.4.1.1 金属的可锻性 金属在热状态下的成形性能通常用金属的可锻性 (Forgeability)来衡量，它是表示材料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。若材料在热态下很易进行塑性变形，则说明其可锻性好。相反，则可锻性差，因而就不宜用压力加工方法来成形。因此，可锻性是金属热加工的一种重要工艺性能。 可锻性的优劣一般常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。金属的塑性愈高，变形抗力愈低，则其可锻性愈好，反之则差。这是因为塑性高、变形抗力低，即使在变形量很大的情情况下也不易产生裂纹，且变形时消耗的能量也小。 5.4.1.2 影响可锻性的因素 可锻性是金属在热态下进行塑性加工的基础，它主要取决于金属的成分、组织和加工条件。 1、金属的成分 不同成分的金属材料的可锻性是不一样的。一般来说，纯金属的可锻性比合金好，低碳钢的可锻性优于高碳钢，低碳低合金钢的可锻性优于高碳高合金钢。原因：纯金属的塑性比合金好，变形抗力低。在钢中，随碳和合金元素含量的增加，不仅固溶强化作用增大，而且还会形成熔点高、硬而脆的合金碳化物，特别是在高碳高合金钢中往往易出现硬而脆的共晶莱氏体，使钢的强度和塑性显著降低，脆性增大，所以高碳高合金钢的可锻性较差。有害杂质元素的存在也会严重影响材料的可锻性，例如钢中含有较高的硫或氢，工业纯铜中含有较高的铅或铋，都会使