2.1金属材料的损坏与塑性变形

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金属材料的塑性变形

§3．2 金属的形变强化
3.2.1 形变强化现象金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生
很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提高，其塑性却随之有较大的降低，这种现象称为形变强化，也称为加工硬化或冷作硬化。
加工硬化（形变强化 —— 强化材料的手段之一）
金属在冷变形时，强度、硬度↑ ，塑性、韧性↓。
3.2.2 塑性变形后金属的组织结构变化
⑴晶粒碎化，亚结构增多。
⑵晶粒拉长，出现纤维状组织。
塑性变形会使多晶体金属的晶粒、晶界形状、晶界上杂质元素的分布都出现沿变形方向的延伸。如果塑性变形量很大，晶界会变得模糊不清，只剩下沿变形方向的一条条纤维状条纹。这种组织称为纤维状组织。多晶体金属塑性变形时各个晶粒的取向还会发生一定的变化，即处于软位向的晶粒会边变形边向硬位向转动。所以当塑性变形量很大时还会使各个晶粒的取向基本一致而产生织构，并造成各向异性。
金属材料的塑性变形
实际上，单晶体的滑移变形除了晶体内两部分彼此以刚性的整体相对滑移外，晶体内部的各种缺陷（尤其是位错）的运动更容易产生滑移，而且位错运动所需切应力远远小于刚性的整体滑移所需的切应力。当位错运动到晶体表面时，晶体就产生了塑性变形。
2．孪生
晶体变形的另一种方式是孪生。孪生变形是在切应力作用下，晶体的一部分对应于一定的晶面（孪晶面）沿一定方向进行的相对移动。原子移动的距离与原子离开孪晶面的距离成正比，每个相邻原子间的位移只有一个原子间距的几分之一，但许多层晶面累积起来的位移便可形成比原子间距大许多的变形。
3.3.1 回复
加工硬化后的金属，在加热到一定温度后，原子获得热能，使原子得以恢复正常排列，消除了晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除。这一过程称为回复。

金材-第二章

二、锻压性能
用锻压成形方法得优良锻件的难易程度。常用塑性变形抗力塑性和变形抗力塑性变形抗力两个指标来综合衡量。
三、焊接性能
金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。对碳钢和低合金钢而言，焊接性能主要与其化学成分化学成分有关（其中碳的影响最大）。
金属的塑性变形，在外形变化的同时，晶粒的形状也会发生变化。通常晶粒会沿变形方向压扁或拉长。
塑性变形后的金属组织
§2－2 金属的力学性能
一、强度二、塑性三、硬度四、冲击韧性 *五、疲劳强度
任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用，这就要求金属材料必须具有一种承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力就是材料的力学性能力学性能。力学性能
FeL ReL = S0
ReL ——试样的下屈服强度，N/mm2； FeL ——试样屈服时的最小载荷，N； S0 ——试样原始横截面面积，mm2。
规定产生0.2%残余伸长时的应力为条件屈服强度 p0.2，条件屈服强度R 条件屈服强度替代ReL，称为条件（名义）屈服强度条件（条件名义）屈服强度。
载荷的作用形式
2．内力
内力——工件或材料在受到外部载荷作用时，为保持内力其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为。
3．应力 3
应力——假设作用在零件横截面上的内力大小均匀分应力布，单位横截面积上的内力。
F R= S
R：应力，Pa； F：外力，N； S：横截面面积，m2。
二、金属的变形
2．热处理性能
淬透性淬硬性过热敏感性变形开裂倾向回火脆性倾向氧化脱碳倾向

金属材料的晶体缺陷与塑性变形

金属材料的晶体缺陷与塑性变形金属材料是我们日常生活中使用最广泛的材料之一，它们具有出色的强度、导电性和耐腐蚀性能。

然而，这些材料中经常会出现各种各样的晶体缺陷，比如空位、过垫、位错等。

这些缺陷对于材料的力学性能和物理性质会产生深远影响，尤其是对于金属材料的塑性变形来说，晶体缺陷更是至关重要的因素。

1. 晶体缺陷的分类晶体缺陷是指晶体中由于各种因素导致的结构上的缺陷或变异。

从不同角度来进行分类，晶体缺陷可以分为以下类型：1.1 点缺陷点缺陷是指晶体中的空位、过垫和杂质原子等点状缺陷。

其中空位是最常见的一种点缺陷，其可以影响晶体的热力学性质，例如分子扩散、热导率和蒸发等。

1.2 线缺陷线缺陷是指晶体中的位错和螺旋线等。

位错是晶体中空间中某些原子排列错误的位置，随着应力的作用，位错可以在晶体中移动，导致晶体的塑性变形。

螺旋线则是由于晶体的外在形状而形成的缺陷，对于晶体的磁学性能有一定的影响。

1.3 面缺陷面缺陷是指而晶体中的晶粒边界和晶体表面等面状缺陷。

晶粒边界是不同晶粒之间的界面，晶体形成时会存在不同的晶粒之间的排列错误，从而形成晶粒边界。

晶粒边界有利于调整晶体中不同晶粒的方向和结构，从而达到材料强度和硬度之间的平衡。

2. 晶体缺陷与塑性变形晶体缺陷在材料的机械性能中起着至关重要的作用，其中最重要的是晶体缺陷与塑性变形之间的关系。

塑性变形是指材料结构的变形过程中一个结构单元从一种能量状态变为另一种，通常是由于位错的滑移或形成使受力部分发生塑性变形。

塑性变形取决于材料的塑性机制，即材料中塑性形变所依赖的机制，和材料的内部结构。

晶体缺陷会影响材料内部的塑性机制和材料的内在结构，从而影响材料的强度、韧性和延展性等力学性质。

2.1 种类与数量晶体缺陷的种类和数量是影响材料塑性变形的关键因素。

通常情况下，材料中的晶体缺陷越多越多样化，材料的塑性变形就越容易发生。

例如，在晶体中形成许多杂质原子可以增加位错的丰度，从而使材料的塑性发生改变。

第二章金属材料的性能-《金属材料与热处理》中职通用第七版

(2)洛氏硬度的表示方法符号HR前面的数字表示硬度值，后面的字母表示不
同洛氏硬度标尺。 (3)洛氏硬度试验法的优缺点
洛氏硬度试验操作简单、迅速，可直接从表盘上读出硬度值;压痕直径很小，可以测量成品及较薄工件;测试的硬度值范围较大，可测从很软到很硬的金属材料，所以在生产中广为应用，其中HRC的应用尤为广泛。但由于压痕小，当材料组织不均匀时，测量值的代表性差，一般需在不同的部位测试几次，取读数的平均值代表材料的硬度。
§2-5 力学性能试验
的情况下，采用横截面单位面积上的内力应力来加以判定。材料受拉伸或压缩载荷作用时，其应力按下式计算:
二、金属的变形
1. 晶粒位向的影响多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，当处
于有利于滑移位置的晶粒要进行滑移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移的阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。同时，多晶体各晶粒在塑性变形时受到周围位向不同的晶粒与晶界的影响，使多晶体的塑性变形呈逐步扩展和不均匀的形式，产生内应力。 2. 晶界的作用
现将本节介绍的常用的力学性能指标及其含义总结于表。
§2-3 金属材料的物理性能与化学性能
一、物理性能
1.密度密度是指在一定温度下单位体积物质的质量。
2.熔点熔点是材料从固态转变为液态的温度，金属等晶体材料
一般具有固定的熔点，而高分子材料等非晶体材料一般没有固定的熔点。 3.导电性
传导电流的能力称为导电性，用电阻率来衡量。 4.导热性
金属材料的一般加工过程
一、铸造性能
铸造性能是铸造成形过程中获得外形准确、内部无明显缺陷铸件的能力。
铸造成形过程
1. 流动性熔融金属的流动力称为流动性。
2. 收缩性铸造合金由液态凝固和冷却至室温的过程中，体积

吉林大学工程材料第2章金属的塑性变形和再结晶

实质——晶界迁移过程
1、晶粒正常长大：再结晶后的晶粒均匀、稳速地长大的现象。发生在
再结晶晶粒细小且均匀时。（希望的长大方式）
2、晶粒异常长大：
再结晶后的晶粒不均匀，急剧长大的现象。在再结晶粒大小不均时，大晶粒吞并小晶粒，将得到异常粗大的晶粒，也称“二次再结晶”。
d晶↑ 晶界面积↓ 能量↓∴晶粒长大是自发的过程。因为粗晶是弱化，所以要避免晶粒长大，特别要
方向 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ(%) ψ(%) αk(KJ/M2)
平行 701 垂直 659
460
17．5 62．8
608
431
10．0 31．0
294
34
四、热加工的不足
在实际生产中，热加工与冷加工相比也有不足处
（1）热加工需要加热，不如冷加工简单易行。（2）热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀和易于控制。
目的：1. 消除加工硬化使、σ、HB↓ δ%、 %、ak↑ 2. 消除内应力，但保留加工硬化，使理化性能↑
对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变化，其主要包括三个阶段：回复、再结晶及晶粒长大。
18
底面对角线
1 面×3 方向=3
7
4、滑移机理
临界切应力（c）：能够发生滑移的最小切应
力叫做为)。当切应力（）满足 c时滑移才能发生。
铜的滑移临界切应力：理论计算 1500 Mpa 实际测试 1 MPa
滑移是由于滑移面上的位错运动造成的。
8
位错运动造成滑移示意图
9
10
二、多晶体金属的塑性变形
700℃

2-1 金属冷态下的塑性变形

金属的晶体结构和组织
塑性成形的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的复杂得多，这主要是与多晶体的结构特点有关。多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶界。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调性是其变形的主要特点。
单晶体与多晶体
金属塑性成形原理
大角晶界
亚晶界
小角晶界
滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！滑移面对温度具有敏感性,高温下可能出现新的滑移系,塑性增加.
金属塑性成形原理
滑移是金属的一部分相对于另一部分沿滑移面和滑移方向的剪切变形，需要一定的驱动力来克服滑移运动的阻力，这个驱动力即是外力在滑移面、滑移方向作用的切应力分量。当此分切应力的数值达到一定大小时，晶体在这个滑移系统上进行滑移。临界切应力：能引起滑移的这个切应力分量，以τk表示。
最容易发生交滑移的是体心立方金属，因其可以在{110}{112}{123}晶面上滑移，而滑移方向总是[111]
单滑移
多滑移
交滑移
2．孪生
孪生变形：在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程。
发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶。孪晶与未变形部分晶体原子分布形成对称。
cos cos
取向因子
软取向：=0.5或接近于0.5的取向（==45）硬取向：=0或接近于0的取向（ φ=90,λ=0或φ=0,λ=90 ）
注：单晶体的临界切应力，跟取向无关，不随取向因子的变化而变化
金属塑性成形原理
练习题：P56 第2题设有一简单立方结构的双晶体，该金属的滑移系是{100}<100>，在应力作用下，哪个晶体首先滑移？为什么？

金属材料的变形机制从弹性到塑性的转变

金属材料的变形机制从弹性到塑性的转变金属材料是广泛应用于工业和日常生活中的材料之一。

当外力作用于金属材料时，它会发生变形。

金属材料的变形过程从弹性到塑性的转变是一个重要的研究领域。

本文将探讨金属材料的变形机制以及从弹性到塑性的转变过程。

1. 弹性变形弹性变形是金属材料受力后短暂的变形，一旦外力消失，金属材料能够恢复到初始形状。

这是因为金属材料在受力时，金属晶格发生略微的变形，但并未发生永久改变。

弹性变形的机制可以通过胡克定律来描述，即应力与应变成正比。

当应力施加到金属材料上时，应变发生，但是一旦应力减小或消失，金属材料能够恢复到初始状态。

2. 塑性变形塑性变形是金属材料受力后产生的永久性变形。

当外力作用于金属材料时，金属材料的晶体结构发生改变，产生滑移或扭转。

滑移是一种原子层面的运动，通过原子层之间的滑移面相对缓慢地移动来实现。

金属材料内部的滑移导致晶体发生塑性变形。

这种变形是永久性的，即使外力消失，金属材料也无法完全恢复到初始状态。

3. 从弹性到塑性的转变当外力作用于金属材料时，初始阶段金属材料呈现弹性变形。

这是因为受力初期，外力较小时，金属材料的晶体结构能够弹性地变形。

然而，随着外力的增加，金属材料发生塑性变形。

这是因为当外力超过某个临界值时，滑移开始在金属材料中发生，导致塑性变形。

一旦滑移开始，金属材料将不可逆地发生形状改变，即从弹性变形转变为塑性变形。

在金属材料的变形机制中，还存在一些影响因素。

其中一个重要因素是温度。

在高温下，金属材料的滑移速率增加，塑性变形更容易发生。

另一个因素是晶粒结构和晶界。

细小的晶粒和多晶晶界可以促进滑移的发生，从而导致更容易的塑性变形。

总结起来，金属材料的变形机制从弹性到塑性的转变是一个复杂的过程。

弹性变形是一种可逆的临时变形，而塑性变形则是永久性的变形。

当外力作用于金属材料时，初始阶段呈现弹性变形，随着外力的增加，金属材料发生塑性变形。

这种转变通常受温度和晶粒结构等因素的影响。

冶金物理化学教案中的金属材料损伤与断裂行为

冶金物理化学教案中的金属材料损伤与断裂行为金属材料是工程领域中广泛应用的材料之一，而金属材料的损伤与断裂行为是冶金物理化学教学中需要重点关注的内容。

本文将介绍金属材料的损伤与断裂的相关知识，并探讨其在教学中的应用。

一、金属材料的损伤行为1.1 金属材料的损伤形式金属材料可以发生多种不同形式的损伤，其中包括：(1) 塑性变形：金属在受力下发生塑性变形，即原子间的排列位置发生变化，从而导致材料的形状和性能的改变。

(2) 疲劳：长期受循环载荷作用，材料内部的缺陷会逐渐积累，导致金属材料的疲劳破坏。

(3) 腐蚀：金属材料接触到腐蚀介质时，会发生物理和化学反应，导致材料表面的腐蚀损坏。

(4) 氢脆：在氢气环境中，金属材料吸收氢原子，从而导致材料的脆性增加，容易发生断裂。

(5) 热膨胀：金属在温度变化下，由于热膨胀系数不同，会发生形变和应力集中，导致损伤行为的发生。

1.2 损伤评估与预测金属材料的损伤评估和预测是冶金物理化学教学中的重要环节。

常用的损伤评估方法包括非破坏性检测、疲劳寿命预测、腐蚀速率测量等。

其中，非破坏性检测技术如超声波检测、X射线检测等可以帮助学生观察材料损伤的情况，了解损伤形式和程度。

而通过建立损伤预测模型，可以预测金属材料在不同工况下的寿命和损伤程度，为工程设计提供参考。

二、金属材料的断裂行为2.1 断裂的分类金属材料的断裂行为可以分为静态断裂和疲劳断裂两类。

静态断裂是指在恒定载荷作用下，金属材料发生的断裂行为；疲劳断裂是指金属材料在循环载荷作用下，经过多次循环后的破坏。

2.2 断裂的机理金属材料的断裂机理主要包括两种：脆性断裂和延性断裂。

脆性断裂是指材料在低温或高应变速率下发生的断裂，其特点是断口平整、没有明显的塑性变形。

而延性断裂是指材料在高温或较低应变速率下发生的断裂，断口呈现出较大的塑性变形。

三、冶金物理化学教案中的应用冶金物理化学教学中，金属材料的损伤与断裂行为是重要的课程内容，具有以下应用：3.1 增强学生实践能力通过实验教学，学生可以亲自操作金属材料的损伤与断裂实验，观察不同材料在不同条件下的变形和破坏过程，培养学生的实践能力和科学观察力。

习题册参考答案-《金属材料与热处理(第七版)习题册》-A02-3671

金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3.405% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。

为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。

2.答：3.答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。

第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。

2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。

五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。

在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。

2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。

金属的塑性变形和断裂分析课件

腐蚀速率
金属腐蚀的速度，通常以单位时间内腐蚀的深度或质量损失
表示。
腐蚀防护采用涂层、电镀、缓来自剂等措施来减缓金属的腐蚀速率。
提高金属抗疲劳和抗腐蚀的方法
材料选择
选择具有优异抗疲劳和抗腐蚀性能的材料，如不锈钢、钛合
金等。
表面处理
采用喷涂、电镀、化学镀等表面处理技术，提高金属表面的耐腐蚀性能。
金属的塑性变形和断裂分析课件
目录
CONTENTS
• 金属的塑性变形 • 金属的断裂分析 • 金属的塑性和韧性 • 金属的强度和硬度 • 金属的疲劳和腐蚀
01 金属的塑性变形
塑性变形的定义
塑性变形：金属在受到外力作用时，发生的不可逆的形状变化。
塑性变形是一种不可逆的永久变形，即使外力撤去，也无法恢复
温度
温度对金属的塑性变形有显著影响，温度升高，金属的塑性增加，更容易发生塑性变形。
应变速率
应变速率越快，金属的塑性越差；应变速率越慢，金属的塑性越好。这是因为应变速率快时，金属内部的应变硬化速度跟不上应变速率，导致金属容易发生断裂。
02 金属的断裂分析
断裂的定义和分类
总结词
断裂是金属材料在受力过程中发生的永久性结构变化，通常表现为突然的开裂或分离。
强度和硬度在一定程度上可以相互转换，但转换公式因材料和测试方法而异。
强度和硬度的关系对于材料的选择和应用具有重要的指导意义，例如在机械零件的设计和制造中，需要根据零件的工作条件和要求合理选择材料的强度和硬度。
05 金属的疲劳和腐蚀
金属的疲劳
疲劳定义
金属在循环应力作用下，经过一段时间后发生
提高金属塑性和韧性的方法
合金化

金属材料及热处理第六版习题册答案解析

金属材料与热处理习题册答案绪论一、填空题1、成分、组织、热处理、性能之间。

2、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、人工合成材料时代。

3、成分、热处理、性能、性能。

二、选择题：1、A2、B3、C三、简答题1、掌握金属材料与热处理的相关知识对机械加工有什么现实意义？答：机械工人所使用的工具、刀夹、量具以及加工的零件大都是金属材料，所以了解金属材料与热处理后相关知识，对我们工作中正确合理地使用这些工具，根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺必能的方法都具有非常的现实意义。

2、如何学好《金属材料与热热处理》这门课程？答：在学习过程中，只要认真掌握重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和实验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。

第一章金属的结构和结晶1-1金属的晶体结构一、填空题1、非晶体晶体晶体2、体心立方面心立方密排立方体心立方面心立方密排立方3、晶体缺陷点缺陷面缺陷二、判断题1、√2、√3、×4、√三、选择题1、A2、C3、C四、名词解释1、晶格与晶胞：P5答：将原子简化为一个质点，再用假想的线将它们连接起来，这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。

3、单晶体与多晶体答：只由一个晶粒组成称为单晶格，多晶格是由很多大小，外形和晶格排列方向均不相同的小晶格组成的。

五、简答题书P6□1-2纯金属的结晶一、填空题1、液体状态固体状态2、过冷度3、冷却速度冷却速度4、晶核的产生长大5、强度硬度塑性二、判断题1、×2、×3、×4、×5、√6、√三、选择题1、C、B、A2、B3、A4、A四、名词解释1、结晶与结晶潜热 (P8)答：（1）结晶：是金属从高温液体状态，冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。

金属及合金的塑性变形与断裂

晶粒。
工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
(a) 正火态
(b) 变形40%
(c) 变形80%
5%冷变形纯铝中的位错网
塑性变形对金属组织的影响
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80% 纤维组织
100×
变形40% 100×
工业纯铁不同变形度的显微组织
2.位错的增殖

位错增值模型.swf 螺位错双交滑移增殖模型.swf
3.位错的交割与塞积
位错在障碍物前的塞积
位错：AB 、CD （固定不动）
mn⊥b2
位错

当两条位错线交割时，每条位错线上都可能出现长度相当于另一条位错线b的割阶,这就增加
了位错长度，是位错能量升高，是变形所需的
总能量升高；另外，当割阶垂直于滑移面时，此割阶有阻止位错运动的作用，会使晶体进一步滑移的抗力增加，这是加工硬化的主要原因。
量和分布有关。第二相
可以是纯金属、固溶体
或化合物，工业合金中
第二相多数是化合物。
+钛合金(固溶体第二相)

当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。

固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。即溶质原子与位错弹性交互作用的结果，如下图所示，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小畸变，使系统更加稳定，此即称为柯氏(cotrell)气团。显然，柯氏气团对位错有“钉扎”作用。为了使位错挣脱气团而运动，必须施加更大的外力。因此，固溶体合金的塑性变形抗力要高于纯金属。

塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对组织结构的影响多晶体金属塑性变形后，除晶粒内出现滑移带和孪晶等特征外()一晶粒形状的变化1. 外形尺寸改变是内部晶粒变形的总和2. 晶粒形状发生变化，变形方式和变形量不同，晶粒形状变化也不同3. 如轧制时a) 晶粒沿变形方向伸长b) 变形程度越大，伸长程度越大c) 变形量很大时，形成纤维组织，纤维组织的方向就是金属的伸展方向 d) 当金属中含有杂质时，杂质沿变形方向被拉长为细带状或粉碎成链状，在光滑显微镜下分辨不出晶粒和杂质()二亚结构的细化亚结构的细化数据1. 铸态金属的亚结构直径为cm 210-2. 冷塑性变形后亚结构直径为cm 6410~10--凸6.30为低碳钢的形变亚结构形变亚结构元素：1. 形变亚结构的边界和内部：2. 胞块间的夹角和胞壁的厚度：3. 位错的分布：4. 变形量越大，胞块数量越多，胞块尺寸越小，胞块间取向差越大5. 胞状亚结构的形状随晶粒形状改变而改变，沿变形方向伸长形变亚结构：高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域形变亚结构的形成原因：位错源产生的位错在运动过程中遇到各种障碍物如晶界，第二相颗粒及割阶等形成位错缠结，便形成高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域()三形变织构晶粒择优取向现象多晶体塑性变形也会发生转动，当变形量很大时原来任意取向的晶粒逐渐趋于一致，这种现象就叫做晶粒的择优取向织构和形变织构1.具有择优取向的组织就叫做织构2.在金属变形后形成的织构就叫做形变织构，当然还有其他的织构同一种材料加工方式不同类型织构类型不同1.丝织构：拉拔时形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行拉拔方向2.板织构：轧制时形成，各晶粒的某一晶面平行于轧制平面，某一晶向平行于轧制方向表6.3常见金属的丝织构与板织构织构的出现：1.多晶体组织性能出现各向异性，例如2.但在某些情况下织构的存在是有利的，例如将有织构的板材冲压成杯状零件产生制耳现象：板材各方向变形能力不同工件边缘不齐壁厚不均匀变压器铁心用的硅钢片：1.100方向最易磁化2.用此硅钢片制作电机电器：减少铁损，提高设备效率，减轻设备重量，节约钢材二，塑性变形对金属性能的影响()一加工硬化消除加工硬化进一步冷加工需要进行再结晶退火处理加工硬化现象：变形程度增加，强度硬度增加，塑性韧性减小加工硬化数据：σ由原来的500MPa增加到700MPa 1.0.3%的碳钢变形度为20%时抗拉强度bσ由原来的500MPa增加到900MPa 2.0.3%的碳钢变形度为70%时抗拉强度b加工硬化原因或强度增加的原因：并没有解释塑性韧性降低的原因总起来说是和位错的交互作用有关。

金属材料的塑性变形与断裂机理

金属材料的塑性变形与断裂机理金属材料是广泛应用于工业和制造领域的重要材料之一。

塑性变形和断裂机理是金属材料力学行为的基本特征，对于理解金属材料的性能和改善其工程应用具有重要意义。

本文将从塑性变形和断裂机理两个方面进行论述，以帮助读者更好地理解金属材料的性质和行为。

一、塑性变形机理1.1 密排层错结构金属材料中晶体的构造对其塑性变形性能具有重要影响。

密排层错结构是金属材料中晶体排列的一种常见结构。

该结构可以使晶体在受力时发生滑移，从而引发材料的塑性变形。

滑移过程中，晶体内的原子相互滑动，使材料发生变形，从而增加其塑性。

1.2 双曲面交错结构双曲面交错结构是另一种常见的金属材料晶体排列方式。

在受力作用下，晶体发生双曲面滑移，从而引起材料的塑性变形。

该结构可以增加晶体滑移的方向，提高材料的塑性。

1.3 变形机制金属材料的塑性变形机制主要包括滑移、孪晶形成和机械孪生等。

滑移是晶体中原子相互滑动引起的变形机制，主要通过滑移面和滑移方向来确定滑移产生的位置。

孪晶形成是在某些条件下晶体内部形成镜像结构，从而产生变形。

机械孪生是晶体中发生变形所产生的一种特殊形态。

二、断裂机理2.1 断裂类型金属材料的断裂类型包括韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂。

韧性断裂是材料发生延性断裂，即在承受一定载荷后，材料仍能继续变形；脆性断裂是材料在承受载荷后突然断裂，变形能力较差；疲劳断裂是材料在长时间重复加载的作用下产生的断裂现象。

2.2 断裂因素金属材料的断裂受到多种因素的影响，主要包括应力、环境和缺陷等。

应力是导致材料发生断裂的最主要因素，当应力超过材料的承受能力时，断裂就会发生。

环境因素如温度、湿度等也会对金属材料的断裂行为产生影响。

此外，材料内部的缺陷如裂纹、夹杂等也会加速材料的断裂。

2.3 断裂表征方法断裂行为的表征对于评估材料的性能具有重要意义。

常见的断裂表征方法包括断口形貌观察、断口分析和断裂韧性测试等。

通过观察断口形貌可以了解材料的断裂模式，进一步深入分析可以推测断裂的原因。

金属材料与热处理教案

如：炒锅、水杯、钥匙、椅子、水龙头、工艺品
生产生活中常见到一些机械零件因受力过大被破坏，而失去工作能力。如：拧断
的钥匙、弯曲的自行车辐条、扣的螺栓等。总结机械零件常见损坏形式
变形
V断裂
磨损
主要原因：材料的实际使用性能达不到工作要求。
使用性能：为保证机械零件或工具正常工作，材
巳料应具务的性能（力学、物理、化学性能等）。此性能决定了金属村性能料的应用范围、安全可靠性和使用寿命等。
2.晶界的作用
晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移。晶界越多，则晶体的塑变抗力越大。
3.晶粒大小的影响
在一定体积的晶体内，晶粒数目越多，晶界就越多，晶粒就越细，且不同位向的晶粒也越多，1因而塑性变形抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度较高，且塑性和韧性也较好，故生产中总是尽可能细化晶粒。
1.载荷
载荷一一金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
根据载荷作用性质的不同分：
（1）静载荷大小不变或变化过程缓慢的载荷。
（2）冲击载荷一一在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
（3）交变载荷一一大小、方向或大小和方向随时间发生周期性变化的载荷。
力一一物体之间的相互作用，是使物体发生加速度和发生形变的外因。物体受力后一变形（材料学是从微观角度来研究物体受外力后发生变形甚至破坏的规律）
t\T
纯金属结晶时的冷却曲线,。
a）理论结晶温度b）实际结晶温度
a)b)
纯金属的结晶条件:
纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度
属不同的sw&wn曲线
冷却速度越大，则过冷度越大。
2.纯金属的结晶过程
金属结晶的微观过程一一结晶过程是形核和长大的过程

金属材料的弹性变形与塑性变形

3. 加工硬化指数n的实际意义
反映了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。（σb或Sb） 1)金属的加工硬化指数（能力），对冷加工成型很重要（n决定开始颈缩时的最大应力和最大均匀变形量，n=0材料能否冷加工？）。低碳钢有较高的n,n约为0.2。汽车身板铝合金化，其n值较低，冷加工或冲压性能差。 2)对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，是零件安全使用的可靠保证。 3)形变强化是提高材料强度的重要手段。
δ（塑性变形）=均匀塑性变形+集中塑性变形 Δ5:l0=5d0(小试样) δ1 0:l0=10d0（大试样）（试样长度对δ有影响?) δgt:最大力下的总伸长率表示材料塑性，最大力
理论上:由于它是金属变形时长程内应力的度
量(可用X光方法测定) ,所以,包辛格效应可用来研究材料加工硬化的机制.
工程上:
材料加工工艺时,需要注意或考虑包辛格效应. 输油管UOE工艺包辛格效应大的材料，内应力较大。包辛格效应和材料的疲劳强度也有密切关系
清除包辛格效应的方法
预先进行较大的塑性变形,或在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火,如钢在400-500℃以上.
明显。
机械设计中，刚度是第一位的，它保证精度，曲轴的结构和尺寸常常由刚度决定，然后强度校核。
不同类型的材料，其弹性模量差别很大。
材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。
⑵规定残留伸长应力(σγ) σr0.2
⑶规定总伸长应力(σt)
σt0.5

金属材料的三大失效方式 -回复

金属材料的三大失效方式 -回复
金属材料的三大失效方式包括疲劳失效、腐蚀失效和塑性失效。

1. 疲劳失效：当金属材料在周期加载下经历了多次应力循环时，可能会产生疲劳失效。

这是由于应力集中、材料内部缺陷或其它因素导致的微小裂纹和塑性变形积累最终引发的断裂失效。

2. 腐蚀失效：金属材料在周围环境中可能会遭受化学腐蚀攻击。

腐蚀失效通常是由金属表面与外界介质发生不良反应引起的，如氧气腐蚀、水腐蚀、酸碱腐蚀等。

3. 塑性失效：当金属材料在受到过大外力作用下，应力超过其材料强度极限时，会发生塑性变形和失效。

这种失效通常以塑性流动、脆性断裂等形式表现出来，如过度变形、变形松弛、塑性韧性不足等等。

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塑性变形的应用
• 锻压：对金属坯料（不含板材）施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。
塑性变形的应用
• 冷冲压：借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品零件的生产技术。
菏泽高级技工学校
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§2-1金属材料的损坏与塑性变形
机械零件的损坏: 在生产中，机器零件的性能往往达不到理想要求，许多零件在使用过程中会发生损坏，不但严重影响生产，甚至造成人身事故。
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2
想一想：
• 机械零件在使用中常见的损坏形式有哪几种呢？
编辑版3Biblioteka 1.常见损坏形式 a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生
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想一想：
• 既然塑性变形这么多有害的方面，那他们有没有可以利用或者有用的方面呢？
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塑性变形的应用
• 轧制：将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。有热轧和冷轧两种。
在冷加工之间进行中间热处理——再结晶退火。
2）影响材料物理性能和化学性能不利：电阻增加，导电、导磁性下降；
化学活性增大；耐腐蚀性下降。
解决办法：去应力退火。
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小结
• 1.机械零件常见的损坏形式：变形、断裂、磨损
• 2.三种载荷：静载荷、冲击载荷、交变载荷 • 3.应力
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作业
• 课后练习题第1、2小题P44
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的变化。
（包括：弹性变形和塑性变形） b）断裂
零件在外力作用下发生开裂或折断
的现象。 c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
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弹性变形与塑性变形
变形分为弹性变形与塑性变形。 • 弹性变形是指外力消除后能够恢复的变形。
如弹簧的工作压缩、桌面支撑物品的变形等。 • 塑性变形是指外力消除后无法恢复的永久性变形。造成零件损坏的变形，通常是指塑性变形。如钢筋的弯折、零件的冲压等。
1.冷塑性变形结果
外部：晶粒形状发生变化——沿着变形方向被压扁或拉长；内部: 晶粒内部位错密度增加，晶格畸变加剧；性能: 金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降。
这种现象——称为“形变强化”或“加工硬化”。
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加工硬化的概念：冷塑性变形除了使晶粒的外形发生变化外，还会使晶粒内部的位错密度增加，晶格畸变加剧，从而使金属随着变形量的增加，其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。
轧制
塑性变形的应用
• 挤压：用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。可制作长杆、深孔、薄壁、异型断面零件，是重要的少无切削加工工艺。
挤压及其应用
塑性变形的应用
• 冷拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出，使其断面减小而长度增加的方法。冷拔的产品较之于热成型有：尺寸精度高和表面光洁度好的优点。
塑性变形也有有利的一面。
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一、与变形相关的几个概念
1、载荷
金属材料在加工及使用过程中所受的
外力称为载荷。
分根静载荷：如吊车悬吊重物。
类据
作
用冲击载荷：列车通过桥梁。
性
质交变载荷：火编车辑版车轮。
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分根
拉伸载荷
类据作
压缩载荷
用
形弯曲载荷
断裂：破坏，不能再恢复。
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• 1.特点弹性变形：金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。塑性变形：金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。
• 2.变形原理金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶
体内部缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
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3.影响因素
1）晶粒位向的影响
式不剪切载荷
同
扭转载荷
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2.内力（1）定义
工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力。（2）大小
内力大小与外力相等。（3）注意
内力和外力不同于作用力和反作用力。
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3.应力
（1）定义：
单位横截面积上的内力。
（2）计算公式：
R(σ)= F/ S（ MPa ）
由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，
将产生有利和不利的不均匀的变形，导致内应力的产生。 2）晶界的作用
晶界阻碍位错运动，使金属的塑性变形阻力增大。
3）晶粒大小的影响
单位体积内金属晶粒越细小，晶界越多，金属越难进行塑性变形，获得细晶强化。
是金属材料获得强韧化的重要手段。
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三、金属材料的冷塑性变形与加工硬化
式中：R (σ)——应力；Pa,1Pa=1N/m2,
1MPa=1N/mm2=106Pa
F ——外力,N;
S ——横截面面编辑积版 ,m2或mm2。
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二、金属的变形金属在外力作用下的变形三阶段：
弹性变形
弹-塑性变形
断裂。
弹性变形：外力消失后变形消失，金属恢复到原来的形状。
弹—塑性变形：一部分发生弹性变形，一部分发生塑性变形。
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2.加工硬化的应用
对于不能通过热处理强化的金属是一种重要的强化手段，可提高材料抗突然超载的能力。
意义： 1）是一种材料强化手段—形变强化； 2）有利于塑性变形均匀进行； 3）有利于金属构件的工作安全性。
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3.加工硬化的不利
1）影响材料力学性能不利：使得再变形困难；
使得金属的切削加工，冲压加工带来困难。解决办法：