金属学第七章 金属的塑性变形与再结晶

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第七章 金属的塑性变形与再结晶

§1§2

金属材料的塑性变形特性塑性变形对组织和性能的影响

§3

回复与再结晶

§4 金属材料的热加工

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§1 金属的塑性变形特性

一、什么是塑性变形 二、金属单晶体的塑性变形 三、多晶体金属的塑性变形

四、合金体的塑性变形

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一、 塑性变形

金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生

变形，去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形。

生产中常利用塑性变形对金属材料进行压力加工。金属的塑性变形可分为：

冷塑性变形和热塑性变形。

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一、 塑性变形

压力加工方法示意图

图7-1 压力加工方法示意图返回

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一、 塑性变形F σ

Fe p s

b k

oe段：弹性变形阶段；es段：屈服阶段；

Fe Fs FpoΔlu

Fb

sb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。

Δl

b

g

f

Δl ε

b点：形成了“缩颈”。

Δl

bk段：非均匀变形阶段， 承载下降，到k点断裂。

图7-2 拉 伸 曲 线 应力-应变曲线返回

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一、 塑性变形

应力σ :单位面积上试样承受的载荷。应变ε:单位长度的伸长量。 屈服点 与屈服强度σs : 产生明显塑性变形的最低应力 值.

抗拉强度σb :试样在断裂前所能承受的最大应力。

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一、塑性变形塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量Δ A与原始横截 面积A0之比。 伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量Δ L 与原始标距L 0之 比。 韧性断裂：断口呈纤维状，灰暗无光，断前有明显的塑性变形。 脆性断裂：断口有闪烁的光辉，断前无明显的塑性变形。

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二、单晶体金属的塑性变形金属单晶体的塑性变形有“滑移”与“孪生(晶)”等不

同方式，但一般大多数情况下都是以滑移方式进行的。滑移：是晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生 相对滑动的过程。 1.滑移的表象(滑移带) 2.滑移系 3. 4.

滑移的位错机理 滑移时晶体的转动

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1.滑移的表象(滑移带)

发生了滑移的金属试样表面状态:试样表面上会出现许多相互平行的线条称为滑移带，每条滑移带是由许多密集且相互 平行的滑移线构成。

图7-3 滑移带和滑移线示意图

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1.滑移的表象

如果将一个单晶体金属试样表面抛光后，经过伸长变形，再在 金相显微镜下观察，可以看到试样表面出现许多条纹，这些条 纹就是晶体在切应力的作用下，一部分相对于另一部分沿着一 定的晶面(滑移面)和一定的晶向(滑移方向)滑移产生的台

阶，这些条纹称为

“滑移线”。

在更高倍的电子显微镜下观察，一个滑移台阶实际上是一束滑 移线群的集合体，称为“滑移带”。同时还能看到滑移带在晶

体上的分布是不均匀的。

单晶体变形时，滑移只在晶体内有限的晶面上进行，是不均匀 的。因此单晶体金属的塑性变形在表面上看出现了一系列的滑 移带，其塑性变形就是众多大小不同的滑移带的综合效果在宏 观上的体现。返回

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锌单晶体拉伸试验

图7-4 锌单晶体拉伸试验示意图 (a)变形前试样 (b)变形后试样 返回

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二、单晶体金属的塑性变形

图7-5

单晶体试样拉伸变形示意图返回

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2.滑移系晶体上的滑移带分布是不均匀的，即塑性变形时，位错只 沿一定的晶面和一定的晶向移动，并不是沿所有的晶面和晶向 都能移动的，这些一定的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方 向，并且这些晶面和晶面都是晶体中的密排面和密排方向。因 为密排面之间和密排方向之间的原子间距最大，其原子之间的 结合力最弱，所以在外力作用下最易引起相对的滑动。 不同金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向的数目 和位向不同，一个滑移面和在这个滑移面上的一个滑移方向组 成一个“滑移系”。所以不同晶体结构的金属，其滑移系的数 目不同，如体心立方12个，面心立方12个，密排六方3个，且滑 移系的数目越多则金属的塑性愈好，反之滑移系数愈少，塑性 不好，且相同滑移系数目相同时，滑移方向数越多，越易滑移， 塑性越好。返回

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2.滑移系

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3.晶体在滑移过程中的转动单晶体试样在拉伸实验时(如图7-5),除了沿滑移面产

生滑移外，晶体还会产生转动。因为晶体在拉伸过程，当滑移 面上、下两部分发生微小滑移时，试样两端的拉力(正应力) 不再处于同一直线上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面 产生以外力方向为转向，趋向于与外力平行的转动。可见在滑移过程中，由于晶体的转动，晶体的位向会发生 变化，原来处于软取向滑移系，逐渐转向硬取向，使滑移困难， 这种现象“取向硬化”;相反，原来硬取向的滑移系，将逐步 趋于软位向，易于滑移，称为“取向软化”。结果是滑移产生 转移。

可见在滑移过程中“取向软化”和“取向硬化”是同时进 行的。返回

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4.滑移的位错机理

晶体的塑性变形是晶体内相邻部分滑移的综合表现。但晶体内相邻两部分之间的相对滑移，不是滑移面两侧晶体之间的 整体刚性滑动，而是由于晶体内存在位错，因位错线两侧的 原子偏离了平衡位置，这些原子有力求达到平衡的趋势。

当晶体受外力作用时，位错(刃型位错)将

沿着一定的晶面 和一定的晶向一格一格地逐步移动到晶体的表面，形成一个 原子间距的滑移量。一个滑移带就是上百个或更多位错移动

到晶体表面所形成的台阶。

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