第三章_金属冷塑性变形_图文_百度文库
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第三章_金属冷塑性变形
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第二章 材料的塑性变形与再结晶收藏
机械工程材料第二章 材料的塑性变形与再结晶引 言•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、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。•塑性加工方法：锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压等第一节 金属的塑性变形一、金属变形的三个阶段二、单晶体的塑性变形三、多晶体的塑性变形第一节 金属的塑性变形一、金属变形的三个阶段弹性变形塑性变形断裂一、金属变形的三个阶段：弹性变形一、金属变形的三个阶段：塑性变形•强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。•屈服强度：材料发生微量塑性变形时的应力值。•抗拉强度：材料断裂前所承受的最大应力值。一、金属变形的三个阶段：塑性变形•弹塑性变形：当应力大于弹性极限时，材料不但发生 弹性变形，还要发生塑性变形。•屈服点：发生塑性变形的最小应力•条件屈服强度Rp0.2：对于无明显屈服极限的材料，规定以产生0.2%残余变形的应力作为屈服强度。•塑性变形的实质：材料内部原子离开其平衡位置，并达到新的平衡位置，产生永久位移，外力去除后原子不再恢复到原平衡位置，其变形不能恢复。一、金属变形的三个阶段：断裂•加工硬化：当应力超过屈服强度后，试样将发生明显而均匀的塑性变形，欲使试样的应变增大，必须提高外加应力，这种随塑性变形的增大塑性变形抗力不断增加的现象（应变硬化）•颈缩：当应力达到强度极限后，试样开始发生不均匀的塑性变形，变形产生在试样局部而产生颈缩。一、金属变形的三个阶段：断裂•强度极限Rm：材料产生不均匀塑性变形的抗力，是材料极限承载能力的表征。•韧性断裂：具有明显塑性变形后发生的断裂•脆性断裂：断裂前无明显塑性的断裂二、单晶体的塑性变形•常温下单晶体塑性变形的主要方式是滑移，此外还有孪晶、扭折等其他方式。•滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。•大量局部滑移的积累构成金属的宏观塑性变形。
1）滑移只能在切应力作用下才会发生2）其结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带3）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,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,一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。4）滑移的同时伴随有晶体的转动 5）滑移是由位错运动造成的(2)滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍.•滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条滑移线组成一个滑移带。
(3) 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和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。•一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。
切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动 （5）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。刃位错的运动三.多晶体的塑性变形 1、晶粒位向的影响
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•由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形•晶粒大小对金属力学性能的影响•金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。•因为金属晶粒越 •金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。•因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。
3.2晶界的影响•晶界强化（细晶强化）：细化晶粒增加晶界以提高金属强度的方法•是金属材料一种重要强化方法，不仅能提高材料的强度，还可改善材料的塑性和韧性•由于晶粒去向和晶界的影响，多晶体金属的塑性变形与单晶体相比，具有晶粒变形的不同时性、晶粒变形的相互协调性、塑性变形的不均匀性三个特点•多相合金的塑性变形与弥散强化•当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变•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。第二节
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二、塑性变形对金属性能的影响三、残余应力一、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。 1、形成纤维组织：当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清.2、亚结构细化：塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。 一、塑性变形对组织结构的影响•形变量越大，晶粒碎细程度就越大，亚晶界就越多，位错密度显著增大，从而进一步阻碍位错运动，增加金属的塑性变形抗力。•在塑性变形的同时，细碎的亚晶粒也会随着晶粒的伸长而伸长。一、塑性变形对组织结构的影响3、产生形变织构•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。•随加工方式不同分：丝织构、板织构一、塑性变形对组织结构的影响l形变织构使金属呈现各向异性，影响：
不利：在深冲零件时，易产生“制耳”现象，使零件边
缘不齐，厚薄不匀。
有利：但织构可提高硅钢
片的导磁率。二、塑性变形对金属性能的影响1，力学性能
加工硬化：随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象 二、塑性变形对金属性能的影响产生加工硬化的原因是:（1）随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加. 二、塑性变形对金属性能的影响（2）随变形量增加，亚结构细化（3）随变形量增加, 空位密度增加※由于加工硬化, 使已变形部分发生硬化而停止变形, 而未变形部分开始变形。没有加工硬化, 金属就不会发生均匀塑性变形。※加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。二、塑性变形对金属性能的影响•位错的存在降低了金属的强度（无位错的金属理论上有极高的强度），而加工硬化则说明位错的增加会提高金属的强度。
•增加强度方法：
1，制出低位错密度的金属丝
2，加工硬化等增加位错密度 二、塑性变形对金属性能的影响2 其他性能• 位错密度增加、点阵畸变加剧，电阻率增加、导热、导磁性能降低，密度减小•内能增大，原子扩散过程加上，金属化学活性增加，腐蚀速度加快，耐腐蚀性下降。三、残余应力•塑性变形过程中外力所做的功大部分转化为热能。•塑性变形后，残余应力和点阵畸变保留了储存能。三、残余应力•残余应力是一种内应力，内应力是指平衡于金属内部的应力。起因：在外力作用下所产生的内部变形不均匀；变形金属中各部分相互间的牵制作用。•残余应力分类：
第一类：工件不同部分的宏观变形不均匀 (宏观内应力).
平衡于表面与心部之间，畸变能不大
第二类：晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀 (微观内应力)。
在某些局部区域可能很大值，产生裂纹导致工件断裂
第三类：由点阵缺陷引起的畸变应力。
是变形金属储存能的大部分。三、残余应力•第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低l内应力的存在，有害：使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，
以消除或降低内应力。有利：表面滚压或喷丸
应变层，强化表面 第三节
回复与再结晶•金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态, 有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。
回复与再结晶一、 回复二、再结晶三、晶粒长大四、影响再结晶退火后晶粒度的因素一、回复•回复：冷变形后的金属，在加热温度较低时，由于金属中的原子、点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内亚结构与和性能变化。
如：空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。•分类
①低温回复：点缺陷的回复。
②中温回复：线缺陷的回复。
③高温回复：位错滑移和攀移。
•在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。•工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。一、回复二、再结晶•定义：经冷变形的金属在一定温度后，在原来变形组织中重新产生并最终由无畸变的新晶粒完全取代，而性能也发生明显变化并恢复到变形前状态的变化过程
冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。•特点：与回复不同，再结晶后变形组织不再存在，加工硬化现象消除，变形储存能充分释放，强度、硬度降低、塑性韧性提高，最终回到冷变形前的状态。
•再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。 •由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。 •三再结晶后的晶粒长大
•再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。 •晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低。黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片三、晶粒长大•正常长大：均匀长大•异常长大：突发性，不均匀的长大，“二次再结晶”四、影响再结晶退火后晶粒度的因素（1）加热温度
•影响再结晶温度的因素为：•1、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大, 再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。再结晶•再结晶过程 ：新晶粒重新形核和长大的过程•再结晶温度及影响因素①再结晶温度：
T再≈（0.35～0.45）Tm（或T再≈0.4Tm）②影响因素：（1）预先变形度
（2）金属的熔点 （3）杂质和合金元素（4）加热速度和保温时间
二、再结晶温度•再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。 •2、金属的纯度•金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高. •3、再结晶加热速度和加热时间三、影响再结晶退火后晶粒度的因素 •1、加热温度和保温时间•加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。2、预先变形度•预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.•当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.•当变形达到2~10%时，只有部分晶粒变形，变形极 •当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本不变。预先变形程度对再结晶晶粒尺寸的影响§2-4
金属的热加工一、金属的热加工与冷加工二、热加工对金属组织与性能的影响三、超塑性一、金属的热加工与冷加工•冷加工 ：金属的塑性变形在室温下进行的，称冷塑性变形或冷加工。•特点： 表面质量好、尺寸精度高，强度高，应用广泛。•热加工：再结晶温度以上的加工过程。（高温热塑性变形加工）锻造、热挤等
如： Fe 的再结晶温度为451℃，其在400℃ 以下的加工仍为冷加工。而Sn 的再结晶温度为-71℃，则其在室温下的加工为热加工。一、金属的热加工与冷加工一、金属的热加工与冷加工适用范围•热→截面尺寸较大，变形量较大的金属制品或半成品，及脆性大的金属材料的变形。•冷→截面尺寸较小，加工精度要求高和表面粗糙度要求较低的金属制品的成形。
•热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。二、热加工对金属组织和性能的影响 •热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。 •热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。2.热加工对组织性能的影响2.1改善铸态组织2.2出现纤维组织 3.超塑性小结
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第3章____金属材料的塑性变形
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你可能喜欢义项指多义词的不同概念，如的义项：网球运动员、歌手等；的义项：冯小刚执导电影、江苏卫视交友节目等。
塑性变形是指材料在下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形。材料在外力作用下产生应力和应变。固态金属是由大量组成的多晶体，晶粒内的原子按照体、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。
介绍 材料在外力作用下产生形变
机理 固态金属是由晶粒组成的多晶体
影响 金属在室温下的塑性变形
加工硬化 塑性变形引起位错增殖
材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形 。塑性变形材料在外力作用下产生应力和应变(即变形)。当应力未超过材料的时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。
固态金属是由大量晶粒组成的多晶体，晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于多种原因，晶粒内的会存在各种缺陷。原子排列的线性参差称为位错。由于位错的存在,晶在受力后原子容易沿运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递，原子的排列发生滑移和(图1)。是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动，很多原子平面的滑移形成滑移带，很多滑移带集合起来就成为可见的变形。是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方向相对移动，这个晶面称为孪晶面。原子移动的距离和孪晶面的距离成正比。两个面之间的原子排列方向改变，形成孪晶带。滑移和孪晶是低温时晶粒内塑性变形的两种基本方式。 多晶体的是相邻晶粒的过渡区。晶粒越细，单位体积中的晶界面积越大，有利于晶间的移动和转动。某些金属在特定的细晶结构条件下，通过晶粒边界变形可以发生高达 300~3000%的延伸率而不破裂。
金属在下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、和各向异性等现象。
塑性变形引起位错增殖，增加，不同方向的位错发塑性变形力学原理生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
塑性变形在金属体内的分布是不均匀的，所以外力去除后，各部分的也不会完全一样，这就使金属体内各部分之间产生相互平衡的，即残余应力。残余应力降低零件的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。
金属经冷态塑性变形后，晶粒内部出现带或孪晶带。各晶粒还沿变形方向伸长和扭曲。当变形量很大(如70%或更大)而且是沿着一个方向时，晶粒内原子排列的位向趋向一致，同时金属内部存在的夹杂物也被沿变形方向拉长形成纤维组织，使金属产生各向异性。沿变形方向的强度、塑性和韧性都比横向的高。当金属在热态下变形，由于发生了再结晶，晶粒的取向会不同程度地偏离变形方向，但夹杂物拉长形成的纤维方向不变，金属仍有各向异性。
再结晶和回复
经过冷变形的金属，如加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒，这种现象称为再结晶。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。通常以经一小时保温完成再结晶的温度为金属的。各种金属的，按绝对温度(K)计大约相当于该金属熔点的40~50%。 低碳钢的约460℃。当变形程度较小时,在再结晶过程中，尤其是当温度偏高时，再结晶的晶粒特别粗大。因此如要晶粒细小，金属材料在再结晶处理前会有较大的变形量。再结晶温度对金属材料的塑性加工非常重要。在以上进行的塑性加工和变形称为热加工和热变形;在再结晶温度以下进行的塑性加工和变形称为冷加工和冷变形。热变形时，金属材料在变形过程中不断地发生再结晶，不引起加工硬化，假如缓慢地冷却，也不出现。回复冷变形后的金属，当加热到稍低于时，通过原子的扩散会减少的缺陷，降低晶体的畸变能，从而减小;但是不出现新的晶粒，金属仍保留加工硬化和各向异性，这就是金属的回复。这样的热处理称为去应力退火。
变形量和塑性
塑性变形量的大小，常依变形方式的不同用不同的指标来表示。有的用坯料变形前后截面积的变化表示,有的用某一方向长度的变化表示,扭转时用转角的大小表示。镦粗和压缩的变形量在工程上常用表示。如坯料原始高H 0,镦粗后高H1(图2)，则压下量△H=H 0-H 1，为公式1金属在过程中所能承受的变形量有一定的限值。金属能承受较大的变形量而不破裂的性能称为塑性。金属的塑性可由实验测定(见)。金属塑性的好坏与化学成分、内部组织结构、变形温度和速度、变形方式等因素有关。纯金属和合金元素低的金属(如铝、紫铜、低碳钢等)塑性好，高合金和含杂质多的金属塑性差。一般金属在低温时塑性差，高温时塑性好。金属的塑性还与变形方式有关，例如在自由锻镦粗时，坯料的周围向外凸出，材料受，金属的塑性低，容易开裂。时，坯料三向受压，金属的塑性高。在很小的变形下就开裂的金属称为，如。通常不宜加工。变形力
在过程中，坯料内部一般处于三向。开始塑性变形的应力不是由某一方向的应力单独确定的。用1、2、3代表坯料内任意一点单元体上三个相互垂直方向的(图3)，实验表明，如要这个单元体发生塑性变形，则三个主应力所引起的能应达到一定值。它的数学表达式为公式3式中Y为金属的变形抗力，由抗拉试验或抗压试验测定。上式表示金属坯料内任意一点开始塑性变形时三个方向所应达到的条件，称为屈服准则。在锻压过程中，坯料内某些面上各点都会发生塑性变形，这时所加的外力称为变形力。影响变形力P 的主要因素有4个，即公式2式中Y为金属的静载变形抗力,它与化学成分、温度、变形过程等有关。低碳钢的变形抗力低，高合金钢的变形抗力高;低温时变形抗力高，高温时变形抗力低;塑性变形室温下的退火金属在开始时变形抗力低，经过变形产生加工硬化后变形抗力增高。A为锻件加力方向的。α1为。在慢速的液压机上时,α1=1~1.5;在应变速率高的锻锤上锻压时,α1埍3。α2为多余功系数，它与变形方式有关，例如自由锻时坏料侧表面不受约束,α 2=1~2.5;模锻和时，金属的流动受模膛约束，α2=2.5~6。另外,模膛表面的粗糙度和状况也有影响，锻模表面光洁且有良好的润滑时α 2较小;模具表面粗糙且没有润滑时，α 2较大。
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Ni%2fTi球磨时间对冷喷涂沉积效率及组织结构的影响.pdf58页
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论文题目： Nifri球磨时间对冷喷涂沉积效率及组织结构的影响
业： 材料加工工程
硕士生： 李耿 签名
指导教师： 周勇 签名
NiTi金属间化合物具有优异的抗空蚀、抗冲蚀性能，在水轮机、螺旋浆等过流部件
对冷喷涂层沉积率及涂层组织结构的影响。为冷喷涂制备NiTi金属间化合物涂层提供依
结果表明机械球磨可以制备出适合冷喷涂用的具有亚微米精细层状结构Ni／Ti复合
粉末。机械球磨时间显著的影响着Ni／Ti粉末内部层状结构细化程度，随着机械球磨时
间的延长，粉末层间结构越来越致密，粉末硬度也越来越大。通过冷喷技术制备不同球
磨Ni／Ti粉末涂层，结果发现在相同的冷喷涂参数下，随着机械球磨时间的延长，涂层
的沉积率越来越小。同时发现纳米级的微小颗粒在冷喷过程中发生自蔓延SHS反应影响
粉末的沉积率。结果表明控制冷喷涂主气温度可以阻止自蔓延SHS反应的发生从而提高
冷喷涂层沉积率。通过热处理工艺研究不同机械球磨时间对冷喷涂层组织的影响。结果
为随着机械球磨时间的延长，冷喷涂层中物相的转变温度呈下降的趋势。
关键词：机械球磨时间Ni／Ti粉末沉积效率组织结构冷喷涂自蔓延反应
论文类型：应用研究
Ni／Timechanicaltime
depositionefficiency
Subject：Effect
microstructure
spraycoatings
Engineering
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