金属学与热处理 欢迎学习 金属的塑性变形与再结晶   金属的塑性变形与再结晶 塑性是金属材料的重要特性； 金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。 塑性加工包括锻压、轧制、 挤压、拉拔、冲压等方法。 金属的塑性加工 金属的塑性变形 金属在承受塑性加工时， 产生塑性变形，宏观上改变了材料的形状和尺寸； 微观上改变了金属的组织结构； 金属的塑性变形对材料的性能也会产生重要的影响，是金属材料重要的强化手段。 ??　 金属的塑性变形  单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 金属的塑性变形 这一节的主要内容就是从原子的角度看，金属的塑性变形是如何发生的？ 金属的塑性变形 当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变形。作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。 单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式有两种：                     滑移和孪生?  一、滑移 滑移是晶体在切应力的作用下，, 晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。  一、滑移 一、滑移 由于位错每移出晶体一次即造成一个原子间距的变形量, 因此晶体发生的总变形量一定是这个方向上的原子间距的整数倍。? 一、滑移 滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)进行， 这是由于密排面之间、密排方向之间的间距最大，结合力最弱。因此滑移面为该晶体的密排面， 滑移方向为该面上的密排方向。 滑移系 一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。如体心立方晶格中， (110)面和[111 ]晶向即组成一个滑移系。 滑移系越多， 金属发生滑移的可能性越大， 塑性就越好。 滑移系  滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。 金、银、铜、铝等金属的塑性高于铁、铬等金属；而铁的塑性又高于锌、镁等金属。? 二、位错滑移机制 滑移非刚性滑动，而是由位错的移动实现的（1934年提出 ）。  二、位错滑移机制     滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半原子面从晶体一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑移。?   二、位错滑移机制 通过位错的移动实现滑移时：    1、只有位错线附近的少数原子移动；    2、原子移动的距离小于一个原子间距；    所以通过位错实现滑移时，需要的力较小；  二、位错滑移机制 金属的塑性变形是由滑移这种方式进行的，而滑移又是通过位错的移动实现的。所以，只要阻碍位错的移动就可以阻碍滑移的进行，从而提高了塑性变形的抗力，使强度提高。金属材料常用的五种强化手段（固溶强化、加工硬化、晶粒细化、弥散强化、淬火强化）都是通过这种机理实现的。  三、孪生  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称孪生。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。孪生所需的临界切应力比滑移的大得多。孪生只在滑移很难进行的情况下才发生。体心立方晶格金属（如铁）在室温或受冲击时才发生孪生。而滑移系较少的密排六方晶格金属如镁、锌、镉等, 则比较容易发生孪生。 ? 四、多晶体的塑性变形 工程上使用的金属绝大部分是多晶体。多晶体中每个晶粒的变形基本方式与单晶体相同。但由于多晶体材料中，各个晶粒位向不同，且存在许多晶界，因此变形要复杂得多。?  四、多晶体的塑性变形  多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向), 另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其它晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。  四、多晶体的塑性变形 第二个要注意的问题是晶界的影响。晶界是原子排列不规则的地方，它对位错的移动有阻碍作用，要想使位错通过晶界，外界必须对它施加更大的力，所以晶界处的强度比晶内高。  四、多晶体的塑性变形 晶粒越细，单位体积内的晶界面积越多，对位错的阻碍作用越大，金属的强度越高。晶界与强度之间的关系有一个经验公式（Hall—Petch公式）：                        σ=σ0+k×d-1/2 四、多晶体的塑性变形 具有细小晶粒的材料不仅强度高，而且塑性、韧性也较高，这是其他强化手段不能达到的。 晶粒越细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因此使金属的塑性提高。 由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。 四、多晶体的塑性变形 我们一般将通过使材料的组织变细来改善其性能的方法称为细晶强化或晶粒细化，细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 ??   温  故  知  新 单晶体塑性变形的方式 什么是滑移系?滑移系的数目对金属的塑性有什么影响? 金属的滑移是通过什么方式实现的? 多晶体的塑性变形与单晶体有什么区别? 单晶体塑性变形的方式 单晶体的塑性变形的基本方式有两种：            滑移和孪生。? 滑移是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。  滑移系 一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。如体心立方晶格中， (110)面和[111 ]晶向即组成一个滑移系。 滑移系越多， 金属发生滑移的可能性越大， 塑性就越好。 位错滑移机制     滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移并非是晶体两部分沿滑移面作整体的相对滑动, 而是通过位错的运动来实现的。 在切应力作用下,一个多余半原子面从晶体一侧到另一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑移。?   多晶体的塑性变形   多晶体中每个晶粒位向不一致，各晶粒不是同时开始滑移的，而是分批逐次进行的。 多晶体中, 由于晶界上原子排列不很规则, 阻碍位错的运动, 使变形抗力增大。      塑性变形对金属组织和性能的影响??  塑性变形对金属性能的影响 塑性变形对金属组织结构的影响? 残余内应力 一、塑性变形对金属性能的影响 演示试验  1、加工硬化 金属发生塑性变形时， 随变形度的增大， 金属的强度和硬度显著提高， 塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化， 也叫形变强化或冷作硬化。  2、加工硬化示意图 3、加工硬化的原因 金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。  加工硬化的原因 4、加工硬化的意义 强化金属的重要途径； 加工硬化是金属冷冲压成型的保证； 提高构件在使用过程中的安全性。    强化手段 加工硬化是金属

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