8金属塑性成形原理第二章金属塑性变形的物理基础第一节冷态下的塑性变形PPT课件

结合力最弱，产生滑移
所需切应力最小。
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一个滑移面
和其上的一
个滑移方向
构成一个滑
移系。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
滑移面 {110}
滑移 方向
{111} {110}
{111}
密排六方晶格
滑移系
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滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也 越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
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2.晶粒变形的相互协调性 由于多晶体中的每个晶粒都是处于其他晶粒的包围
之中，他们的变形不是孤立和任意的，而是需要相 互协调配合，否则无法保持晶粒之间的连续性。 3.晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间 的变形不均匀性。
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三 、合金的塑性变形
合金可根据组织分为单相固溶体和多相混合物两种. 合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.
变形40% 100×
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由于晶粒的转动，当塑性变
形达到一定程度时，会使绝
大部分晶粒的某一位向与变
形方向趋于一致，这种现象
称织构或择优取向。
丝织构
板织构
形变织构示意图
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绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，性能出现各向异性。
晶粒拉长，但未出现织构。
晶粒拉长，且出现织构。
形变织构使金属呈现各向异性。
织）。
塑性变形还使 晶粒破碎为亚 晶粒。
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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
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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×
工业纯铁 不同变形度 的显微组织
变形80% 纤维组织 100×
第二章 金属塑性变形的物理基础
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固体分晶体和非晶体，而晶体 又分为单晶体和多晶体。
什么是单晶体？什么是多晶体呢？ 单晶体是整个晶体内原子都按周期性的规则排
列。 多晶体是指在晶体内每个局域内原子按周期性
的规则排列，但不同局部区域之间原子的排列 方向并不相同，因此多晶体也可以看成是由许 多取向不同的小单晶体（又称晶粒）组成的。
滑移方向向最大切应力方向转动。
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滑移的机理 把滑移设想为刚性整体滑动所需的
理论临界切应力值比实际测量临界 切应力值大3-4个数量级。滑移是 通过滑移面上位错的运动来实现的。
多脚 虫 的 爬 行
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晶体通过位错运动产生滑移 时，只在位错中心的少数原 子发生移动，它们移动的距 离远小于一个原子间距，因 而所需临界切应力小，这种 现象称作位错的易动性。
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1.滑移 滑移是指晶体的一部分在力的作用下沿一定的晶面和
晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。
沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移
方向。通常是晶体中的密排面和密排方向。
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滑移常沿晶体中原子密
度最大的晶面和晶向发
生。因原子密度最大的
晶面，原子间距小，原
子间结合力最强；而其
晶面间的距离则较大，
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刃位错的运动
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2.孪生 孪生是指晶体的一
部分沿一定晶面和 晶向相对于另一部 分所发生的切变。
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与滑移相比： 孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.
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（二）晶间变形
晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。 多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生切应力，
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轧制铜板的“制耳”现象
无
有
各向异性导致的铜板 “制耳”
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写在最后
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当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45° 角时，滑移方向上切应力最大，因而最容 易发生滑移。这种取向成为软取向。
当取向因子为零或接近于零的取向成为硬 取向。
各晶粒取向不同，塑性变形必然不可能在 所有晶粒内同时发生。
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滑移的同时伴随着晶体的转动 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上
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单晶：食盐，氯化钠（NaCl），雪花、天 然水晶，单晶冰糖等。
多晶：金属、陨石、石头、陶瓷等。
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一、塑性变形机理
多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，晶粒之间存在 晶界，因此，多晶体的塑性变形包括内部变形和晶界 变形两种。
（一）晶内变形
塑性变形的形式：滑移和孪生。 金属常以滑移方式发生塑性变形。
因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
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滑移系的存在只能说明金属晶 体产生滑移的可能。
要使滑移发生，需要沿滑移面 的滑移方向上作用一定大小的 切应力，称临界切应力。
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•当晶体受力时，由于各个滑移系相对于外力的空间位向不 同，其上所作用的切应力分量的大小也必然不同。
足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发生 相对滑动。 相邻晶粒间有力的相互作用，可能产生一对力偶， 造成晶粒间的相互转动。 在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶 内变形，晶间变形只起次要作用。
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二、塑性变形特点
1.各晶粒变形的不同时性
•当位错运动到晶界附近时， 受到晶界的阻碍而堆积起来, 称位错的塞积。要使变形继 续进行, 则必须增加外力, 从 而使金属的变形抗力提高
Cu-Ni合金成分与性能关系
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屈服效应
屈服效应在金属外观上的反映，就是当金属变形量恰好处 在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗糙不平、变形不均 的痕迹，称吕德斯带。
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塑性变形对组织和性能的影响
（一）塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其
内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。 当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状（纤维组
奥氏体 珠光体
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（一）单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程
也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体 的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。
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产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作 用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被 吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位 错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高.