材料加工原理11-2幻灯片.pptVIP

* 一、晶粒取向的影响（取向差效应） 变形有先有后——各晶粒相对于外力轴的取向不同，位向有利的晶粒先变形，且不同晶粒变形量也不同。一般变形度达到20%，几乎所有晶粒都可参加变形。 各个晶粒的变形必须协调——对一个晶粒来讲不能自由地、均匀地滑移，它要受到相邻晶粒的牵制，故晶粒之间要互相配合、协调。如果协调不好，将会导致塑性下降（晶界处开裂）。理论分析指出，要能协调变形，每个晶粒至少能在5个独立的滑移系上进行滑移。这样，多晶体变形就比单晶体更复杂，应变硬化率也大得多。 变形不均匀导致内应力不均匀——下图表明，A、B、C晶粒所处位向不同，故滑移次序不同，因而在它们之间产生了不同的应力。 §11-2 多晶体的塑性变形 * 二、晶界对滑移的阻滞效应 晶界上原子排列不规则，点阵畸变严重，且晶界两侧的晶粒取向不同，因此，滑移要从一个晶粒直接延续到下一个晶粒是极其困难的，即室温下晶界对滑移有阻滞效应。 位错塞积示意图 拉伸后晶界处呈竹节状 * 一般来说，晶界可使金属强化，也可使金属软化，这主要依赖于温度和变形速率。当温度低于 ，且变形速率较大时，晶粒细化会使金属强度升高；但当温度高于上述界限及变形速率很慢时，晶界增多反而使金属强度降低。故高温合金一般希望获得粗晶组织。 三、晶粒大小对变形抗力的影响 对于大多数金属材料，其屈服强度与晶粒平均直经d的关系可用Hall-Petch方程式表示： σ = σ + kyd -1/2 式中——σ0 ,ky均为常数 * 锌单晶和多晶的拉伸曲线 通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。 * 低碳钢的屈服强度与晶粒大小的关系 铜和铝的屈服强度与其亚晶尺寸的关系 细晶强化在提高材料强度的同时，也改善材料的塑性和韧性，这是其他强化方法所不具备的。 * ◇多晶体塑性变形的微观特点 ⅰ. 多方式： 滑移和孪生（室温和低温下） 晶界滑动和迁移（高温下） 点缺陷的定向扩散（温度很高，外加应力很低） ⅱ. 多滑移： 每个晶粒至少要有五个滑移系统同时开动，以维持 多晶体的完整性 ⅲ. 不均匀： 晶界约束 晶粒中心的滑移量晶界附近 晶体转动时，中心区的转角边缘区 * §11-3 影响金属塑性和形变抗力的因素 一、合金元素的影响 ① 合金元素使固溶体点阵畸变，晶面相对滑移阻力 ② 钢中合金元素与C形成硬脆的碳化物相 ③ 合金元素改变钢中相的组成，造成组织的多相性 ④ 合金元素对钢的铸造组织及加热时晶粒长大倾向 有影响 ⑤ 合金元素的碳化物、氧化物常以复化合物或硅酸 盐等形态存于钢中，变形时割裂基体。 * 二、形变温度的影响（T ） ① 原子结合力减弱，原子动能增加，滑移抗力降低 ② 可能出现新的滑移系，会发生相变（钢γ转变） ③ 可能会发生晶界滑动，SPF时 ④ 原子不稳定，外力下容易从一个平衡位置到另一 个，产生热塑性 塑性 ，形变抗力 * 三、形变速率的影响 ① 形变速率对形变抗力的影响 速率增加，抗力增大，增加的程度与形变温度有关。 T越高，增加的程度越大。 ②形变速率对金属塑性的影响 影响复杂。速率较低时，增加速率使塑性下降； 速率较高时，增加速率使塑性增加。 * 四、应力状态的影响 ① 对塑性的影响 三向应力下，三向受压一向受拉两向受拉三向受拉 压应力能提高塑性的主要原因： a.能阻止和减少晶间变形 b.拉应力促使原子层彼此分离，扩大滑移产生的显微缺陷，加速晶间破坏；而压应力则使缺陷被压合封闭 c.三向压应力能减轻或避免脆性夹杂物和液相对塑性的不良影响 d.三向压应力能抵消由于不均匀变形所引起的附加拉应力 ②对形变抗力的影响 * 五、其他因素的影响 ① 变形程度 冷变形，加工硬化，δ σ ，Δ30%，形变抗力增加显著 变形量增加，点阵畸变能增加，形变热效应产生的T ，抗 力增加缓慢 ② 表面状态和周围介质 表面吸附活性物质时，能促进变形，降低抗力 表面光洁度越高，极限变形程度越大；越低，易应力集中 ③ 变形体形状与变形均匀性 接触面愈大，摩擦引起的三向压应力愈大，塑性增加 流动均匀，外摩擦作用不显著，塑性增加 * §11-4 金属塑性变形后的组织与性能 一、塑性变形引起金属组织结构的变化 1．亚结构 随着变形量的增大，晶体中的位错密度迅速提高。 当形变量较小时，形成位错缠结结构；当变形量继续增加时，大量位错发生聚集，形成胞状亚结构，称为形变亚晶或形变胞。胞