第七章塑性变形 ppt课件

第七章
金属的塑性变形
主要参考书： 李 超，《金属学原理》第十章
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引言 金属受力 → 变形 = 弹性形变 ＋ 塑性形变 外力撤除 → 弹性形变自动消除＋塑性形变永久残留
研究塑性变形的重要性： ★ 塑性变形是使金属成形的主要技术，如锻、轧、挤压、拉拔等。 ★ 机械加工中也伴随有塑性变形。 ★ 部件成型后不允许再产生塑性变形，如热处理变形易使部件报废。 ★ 部件服役时，不允许发生塑性变形，避免事故或部件断裂。
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二、塑性变形
1. 宏观表现 物体的外形及尺寸均发生了永久性变化，而体积基本不变。 随塑变量增加，金属强度上升而塑性下降。 2．微观表现
♠ 随拉伸载荷增加，组织演变过程为：等轴晶粒→拉长晶粒→纤维状组织 ♠ 随压缩载荷增加，组织演变过程为：等轴晶粒→盘状晶粒→纤维状组织（横截面）
晶内结构： 位错密度增加，亚晶增多并细化。 原子排列状态： 原子位移偏离平衡位置并且不能恢复平衡位置，造成晶格畸变。 晶体变形方式：滑移，孪生，扭折。
♣ 当 一定且 ≠90º，根据t＝cosfsinfcos＝m 按求极值方法可得：
► 当f＝45º时，m达到最大，使t 最大，即滑移面上有最 大分切应力，易引起滑移；
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2e段： ＜e
弹性变形阶段，符合Hook定律 ＝Ee 或 t ＝Gg
e为弹性极限，表示金属抵抗弹性变形的能力。
★ es段： e ≤ ＜s
屈服阶段，由弹变向塑变过渡，出现微量塑变。 s为屈服极限（工业中常用0.2），表示金属抵抗微量塑性 变形的能力。
hcp滑移系最少。 fcc比bcc的滑移方向多，外力更容易在某个滑移方向上形成较大分力。
（5）在某些条件下，滑移系不局限于典型滑移系，其数量可增多。
高温时，fcc的铝可增加{100}滑移面； 在bcc金属中， {112}和{123} 也可能参与滑移； c/a＜1.633时，hcp的{10-10}、{10-11}和{10-12}的原子面密度接近{0001}，也可能参与滑移。 在低温、较快、较大变形条件下，也容易引起滑移面增多。
b f b
塑性指标： 延伸率 断面收缩率
l f l0 100%
l0
F0 Ff 100% F0
★ ，均表示金属发生塑性变形的能力。 ★ 前者表示均匀变形能力，后者表示局部变形的能力。 ★ 无论强度或塑性指标，均与微观组织特征及状态有关。
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§ 7-1 单晶体的塑性变形
结论：各晶面的滑移是不均匀的，或滑移容易集中在某些晶面上。
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2．滑移晶体学
滑移面： 晶体中能够发生滑移的特定晶面。 滑移方向：晶体发生滑移的特定晶向。 滑移系： 滑移面和滑移面上的一个滑移方向组成的滑移系统。
滑移面 滑移方向 滑移系数
bcc {110} <111> 6×2＝12
fcc {111} <110> 4×3＝12
设m＝cosfsinfcos＝cosfcos，称m为取向因子（Schmid因子）
则：
t ＝ m
当晶体开始塑性变形时，即应力应达到屈服极限，有 ＝ s 则滑移方向上的分切应力即为滑移启动的临界分切应力tk： tk＝ sm 即滑移面启动滑移的临界条件必定是： t ≥tk
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讨论：
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3．滑移的临界分切应力
单晶体拉伸模型。
其中
A ＝A/cosf
作用在滑移面上的分力 试样横截面上的正应力
Pos = Psinf ＝P/A
作用在滑移面上的切应力 tos = Pos/A= cosfsinf 切应力在滑移方向上的分量称滑移面上的分切应力:
t ＝ toT＝ toscos＝cosfsinfcos 上式也可写成： t ＝ cosfcos
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三、滑移
滑移：晶体的两部分原子沿特定晶面及特定 晶向相对滑动了一个或多个原子间距的过程。
是金属塑性变形的最基本过程或最主要方式。
1. 现象 滑移线， 滑移带。
特点： ♠ 平行滑移线之间相距多个原子间距； ♠ 滑移线台阶高度不一致； ♠ 滑移带之间晶体未发生塑性变形。
可见： ♠ 不是所有指数的晶面都能够发生滑移； ♠ 并非所有相互平行的同组晶面都能滑移。 ♠ 发生滑移的每个晶面滑移量不相同。
★ sb段： s≤ ＜b
均匀塑变阶段，试样整体发生均匀塑变。
b为抗拉强度，表示金属抵抗均匀塑性变形的能力。
★ bf段： b≤真应力
缩颈阶段，试样局部发生强烈塑变，出现“缩颈”。 f 为断裂强度，表示金属抵抗局部强烈塑性变形的能力。
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强度指标：
e 常用：
s (0.2) s (0.2)
hcp {0001} <11-20> 1×3＝3
晶体的滑移系越多，则滑移条件越充分，金属的塑性越高。
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说明：
（1）滑移总是优先沿原子最密排面和最密排方 向进行。
（2）引起滑移的总是作用在滑移面的切应力。 （3）滑移后，原子处于新的平衡位置。
（4） 一般情况下，金属塑性fcc > bcc >hcp。
研究塑性变形的意义： ☆ 认识金属的塑性变形和强度之间的本质，建立微观组织与宏观力学性能的联系。 ☆ 探索强化金属材料的机理，并由此探索强化金属材料的方法及途径。 ☆ 提供有关变形问题的理论依据，以改进实际生产工艺和质量。
塑性变形的分类： ♠ 冷塑变：变形温度低于再结晶温度的塑性变形，也称冷加工。 ♠ 热塑变：变形温度高于再结晶温度的塑性变形，也称热加工。
一、弹性变形
1．宏观规律
在工程应力－应变曲线中的oe段， 与e 成线性关系
＝Ee 或 t ＝Gg
为泊松比，对于低碳钢在0.3~0.5之间。
G E 2(1 )
2．微观规律 双原子模型： A, B位置两原子处于平衡状态，原子之间合力f＝0。 有限外力去除后，B可自动回到原平衡位置。故受力与应变之间近似为线性关系。 外力较大使原子位移较大时，无法自动回位，应力应变偏离线性关系，发生塑性变形。 弹性变形行为可反映内部原子结合力: ● 原子结合力越强，E或G越大。 ● 凡是能够提高原子结合力的过程，均可以提高材料的弹性模量。