第五篇(微观变形).ppt
《第五篇(微观变形).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第五篇(微观变形).ppt(97页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第五篇 金属塑性变形的 微观变形规律 塑性力学与金属塑性成形原理Plastic Mechanics and Principle of Plastic Mechanics and Principle of MetalformingMetalforming金属的塑性与微观塑性变形规律金属的塑性与微观塑性变形规律塑性加工工艺、组织、性能的关系塑性加工工艺、组织、性能的关系第5章金属的塑性5.1 金属的塑性 5.2 金属多晶体塑性变形的主要机制 5.3 影响金属塑性的因素 5.4 金属的超塑性 5.1金属的塑性5.1.1 塑性的基本概念 5.1.2 塑性指标及其测量方法 5.1.3 塑性状态图及其应用
2、 5.1.1塑性的基本概念什么是塑性?塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性与柔软性的区别是什么?塑性反映材料产生永久变形的能力。柔软性反映材料抵抗变形的能力。塑性与柔软性的对立统一铅-塑性好,变形抗力小不锈钢-塑性好,但变形抗力高白口铸铁-塑性差,变形抗力高结论:塑性与柔软性不是同一概念为什么要研究金属的塑性?探索塑性变化规律寻求改善塑性途径选择合理加工方法确定最佳工艺制度提高产品质量5.1.2塑性指标及其测量方法塑性指标的测量方法塑性指标 塑性指标概 念:金属在破坏前产生的最大变 形程度,即极限变形量。表示方法:断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角(或扭
3、转数)弯曲次数塑性指标的测量方法拉伸试验法压缩试验法扭转试验法轧制模拟试验法拉伸试验法式中:L0拉伸试样原始标距长度;Lh拉伸试样破断后标距间的长度;F0拉伸试样原始断面积;Fh拉伸试样破断处的断面积 压缩试验法 简单加载条件下,压缩试验法测定的塑性指标用下式确定:式中:压下率;H0试样原始高度;Hh试样压缩后,在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度扭转试验法 对于一定试样,所得总转数越高,塑性越好,可将扭转数换作为剪切变形()。式中:R试样工作段的半径;L0试样工作段的长度;n试样破坏前的总转数。轧制模拟试验法 在平辊间轧制楔形试件,用偏心轧辊轧制矩形试样,找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压
4、下量作为轧制过程的塑性指标。5.1.3塑性状态图及其应用概念:表示金属塑性指标与变形 温度及加载方式的关系曲 线图形,简称塑性图。应用:合理选择加工方法 制定冷热变形工艺确定MB5合金加工工艺规程的原则和方法 MB5属变形镁合金,主要成分为:Al 5.5 7.0%Mn 0.15 0.5%Zn 0.5 1.5%确定MB5镁合金热加工工艺步骤根据产品确定加工方式(变形力学图)根据相图确定合金的相组成根据塑性图确定热变形温度范围根据变形抗力图计算变形力能,确定设备能力根据第二类再结晶图确定变形组织晶粒大小根据相图确定合金的相组成温度图5-2 Mg-Al二元系状态图 从二元相图上获取的信息 T530,
5、合金为液相 T270,合金为两相组织270 T530,合金为单一的 相铝含量对镁合金力学性能的影响%b,公斤公斤/毫米毫米2HB公斤/毫米2图5-3 镁合金中铝含量对合金机械性能的影响 根据塑性图确定热变形温度范围试验温度,图5-1 MB5合金的塑性图k 冲击韧性;M慢力作用下的最大压缩率,C冲击力作用下的最大压缩率;断面收缩率,0 弯曲角度 从塑性图上获取的信息慢速加工,温度为350350400400时,值和M都有最大值,不论轧制或挤压,都可在此温度范围内以较慢的速度加工。锻锤下加工,在350350左右有突变,变形温度应选择在400450。工件形状比较复杂,变形时易发生应力集中,应根据K曲线
6、来判定。从图中可知,在相变点270270附近突然降低,因此,锻造或冲压时的工作温度应在250250以下进行为佳。5.2金属多晶体塑性变形的主要机制5.2.1 多晶体变形的特点 5.2.2 多晶体的塑性变形机构 5.2.3 合金的塑性变形 5.2.4 变形机构图 5.2.1多晶体变形的特点晶内晶内塑性变形和晶间塑性变形塑性变形和晶间塑性变形晶内塑性变形:滑移与孪生晶内塑性变形:滑移与孪生塑塑性性变变形形的的微微观观机机制制:位位错错运运动与位错增殖动与位错增殖5.2.1多晶体变形的特点1 1变形不均匀、不同时性及协调性 图5-4 多晶体塑性变形的竹节现象 (a)变形前 (b)变形后 图5-5 多
7、晶体塑性变形的不均匀性 2晶界的作用及晶粒大小的影响在2mm内 的延 伸率,%晶粒5晶粒4晶粒3晶粒2晶粒1位置,mm 图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。垂直虚线是晶界,线上的数字为总变形量 5.2.2 多晶体的塑性变形机构1 1晶粒的转动与移动 图5-7 晶粒的转动2 2溶解沉积机构 该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞跃式的转移到另一相的晶体中去。保证两相有较大的相互溶解度外,还必须具备下列条件:(1)随着温度的变化或原有相晶体表面大小及曲率的变化,伴随有最大的溶解度改变。(2)变形时,应具备足够高的温度条件。3 3非晶机构 非晶机构是指在一定的变形温度和速度条件下,多晶体中的原子非
8、同步的连续的在应力场和热激活的作用下,发生定向迁移的过程。5.2.3合金的塑性变形1单相固溶体合金的变形 2多相合金的变形 1单相固溶体合金的变形单相固溶体合金的变形单单相相固固溶溶体体的的显显微微组组织织与与纯纯金金属属相相似似,因因而而其其变变形形情情况况也也与与之之类类同同,但但是是在在固固溶溶体体中中由由于于溶溶质质原原子子的的存存在在,使使其其对对塑塑性性变变形形的的抗抗力力增增加加。固固溶溶体体的的强强度度、硬硬度度一一般般都都比比其其溶溶剂剂金金属属高高,而而塑性、韧性则有所降低,并具有较大的加工硬化率。塑性、韧性则有所降低,并具有较大的加工硬化率。在在单单相相固固溶溶体体中中,
9、溶溶质质原原子子与与基基体体金金属属组组织织中中的的位位错错产产生生交交互互作作用用,造造成成晶晶格格畸畸变变而而增增加加滑滑移移阻阻力力。另另外外异异类类原原子子大大都都趋趋向向于于分分布布在在位位错错附附近近,又又可可减减少少位位错错附附近近晶晶格格的的畸畸变变程程度度,使使位位错易动性降低,因而使滑移阻力增大。错易动性降低,因而使滑移阻力增大。2多相合金的变形多相合金的变形多多相相合合金金中中的的第第二二相相可可以以是是纯纯金金属属、固固溶溶体体或或化化合合物物,其其塑塑性性变变形形不不仅仅和和基基体体相相的的性性质质,而而且且和和第第二二相相(或或更更多多相相)的的性性质质及及存存在在
10、状状态态有有关关。如如第第二二相相本本身身的的强强度度、塑塑性性、应应变变硬硬化化性性质质、尺尺寸寸大大小小、形形状状、数数量量、分分布布状状态态、两两相相间间的的晶晶体体学学匹匹配配、界界面面能、界面结合情况等等。能、界面结合情况等等。(1)聚合型两相合金的塑性变形)聚合型两相合金的塑性变形合合金金中中第第二二相相粒粒子子的的尺尺寸寸与与基基体体晶晶粒粒的的尺尺寸寸如如属属同同一一数数量量级级,称称为为聚聚合合型型两两相相合合金金。在在聚聚合合型型两两相相合合金金中中,如如果果两两个个相相都都具有塑性,则合金的变形情况决定于两相的体积分数。具有塑性,则合金的变形情况决定于两相的体积分数。(2
11、)弥散分布型两相合金的塑性变形)弥散分布型两相合金的塑性变形两两相相合合金金中中,如如果果第第二二相相粒粒子子十十分分细细小小,并并且且弥弥散散地地分分布布在在基基体体晶晶粒粒内内,则则称称为为弥弥散散分分布布型型两两相相合合金金,其其塑塑性性变变形形取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。取决于第二相质点对位错运动的阻碍作用。第二相质点与位错运动的作用形式第二相质点与位错运动的作用形式切切割割:当当质质点点小小而而软软,或或为为软软相相时时,位位错错能能割割开开它它并并使使其变形,加工硬化小,但随质点尺寸的增大而增加。其变形,加工硬化小,但随质点尺寸的增大而增加。绕绕过过:当当质质点点坚坚硬硬
12、而而难难于于被被位位错错切切开开时时,位位错错不不能能直直接接越越过过这这种种第第二二相相质质点点,但但在在外外力力作作用用下下,位位错错线线可可以以环环绕绕第第二二相相质质点点发发生生弯弯曲曲,最最后后在在质质点点周周围围留留下下一一个个位位错错环而让位错通过。环而让位错通过。钉扎:钉扎:当质点小而硬时,位错钉扎而不可运动。当质点小而硬时,位错钉扎而不可运动。5.2.4 变形机构图理论剪切应力-位错蠕变扩散蠕变Nabarro蠕变理论剪切应力位错蠕变扩散流变温度,温度,-位错滑移蠕变位错滑移(Nabarro蠕变)弹性区图5-9 变形机制图(a)纯银和(b)锗给出不同变形机制起控制作用的应力-温
13、度区间,两种材料的晶粒尺寸都是32m 以10-8/s的应变速率来确定弹性边界 5.3影响金属塑性的因素影响金属塑性的因素5.3.1 影响塑性的内部因素 5.3.2 影响金属塑性的外部因素 5.3.3 提高金属塑性的主要途径 5.3.1影响塑性的内部因素1化学成分(1)杂质(2)合金元素对塑性的影响 2组织结构 Zn,%图5-12 铜锌合金的力学性能与含锌量的关系5040302010024681012020406080100,%,b,10MPaHB,公斤/毫米2,%,b,10MPaHB,10MPa2520151050246810020406080100Al,%Zn,%(a)(b)5.3.2影响金
14、属塑性的外部因素1 变形温度塑性指标温度,K 图5-14 温度对塑性影响的典型曲线温度,图5-15 碳钢的塑性随温度变化图塑塑性性纯铝无氧铜图5-16 几种铝合金及铜合金的塑性图 2变形速度塑性变形速度,1/秒图5-18 变形速度对塑性的影响表5-1 铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度合 金 号挤压系数挤压速度(毫米/秒)金属温度 L411150158195LD21116150294315LY111116150340350LY1131653083变形程度1-2大气压1-2大气压 图5-20 脆性材料的各向压缩曲线 (a)大理石;(b)红砂石;轴向压力;侧向压力 4应力状态静水压力对提高金属塑性
15、的良好影响 1-2大气压1-2大气压图5-20脆性材料的各向压缩曲线(a)大理石;(b)红砂石;轴向压力;侧向压力5变形状态 图5-24 主变形图对金属中缺陷形状的影响 (a)未变形的情况;(b)经两向压缩向延伸变形后的情况;(c)经向压缩两向延伸后的情况 6尺寸因素 力学性能12体积图5-25 变形物体体积对力学性能的影响 1塑性;2变形抗力;3临界体积点5.3.3提高金属塑性的主要途径提高塑性的主要途径有以下几个方面:(1)控制化学成分、改善组织结构,提高材料的成分和组织的均匀性;(2)采用合适的变形温度速度制度;(3)选用三向压应力较强的变形过程,减小变形的不均匀性,尽量造成均匀的变形状
16、态;(4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。5.4 5.4 金属的超塑性金属的超塑性 金属超塑性的特点及分类金属超塑性的特点及分类细晶超塑性细晶超塑性 金金属属材材料料在在受受到到拉拉伸伸应应力力时时,显显示示出出很很大大的的延延伸伸率率而而不不产产生生缩缩颈颈与与断断裂裂现现象象,把把延延伸伸率率能能超超过过100%的的材材料料统统称称为为“超超塑塑性性材材料料”,相相应应地地把把延延伸伸率率超超过过100%的的现现象象叫叫做做“超超塑塑性性”。根根据据超超塑塑性性的的宏宏观观变变形形特特性性,可可将将金金属属超超塑塑性性归归纳纳为为以下几方面的特点:即大延伸、无缩颈、小应力、易成形。以下
17、几方面的特点:即大延伸、无缩颈、小应力、易成形。金属超塑性的特点及分类金属超塑性的特点及分类细晶超塑性细晶超塑性 一一般般所所指指超超塑塑性性多多属属这这类类,其其特特点点是是材材料料具具有有稳稳定定的的超超细细等等轴轴晶晶粒粒组组织织,在在一一定定的的温温度度区区间间(T0.4TM)和和一一定定的的变变形形速速度度(10-410-1分分-1)条条件件下下出出现现超超塑塑性性。晶晶粒粒直直径径多多在在5m以以下下,且且晶晶粒粒越越细细越越有有利利于于塑塑性性的的发发展展,但但对对有有些些材材料料来来说说,例例如如钛钛合合金金,其其晶晶粒粒尺尺寸寸达达几几十十微微米米时时仍仍有有良良好好的的超超
18、塑塑性性能能。应应当当指指出出,由由于于超超塑塑性性是是在在一一定定的的温温度度区区间间出出现现,因因此此,即即使使初初始始组组织织具具有有微微细细晶晶粒粒的的尺尺寸寸,如如果果热热稳稳定定性性差差,在在变变形形过过程程中中晶晶粒粒迅迅速速长长大大,仍仍不不能能获获得得良良好好的的超超塑性。塑性。显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。在在一一定定的的温温度度和和应应力力条条件件下下,经经过过多多次次循循环环相相变变或或同同素素异异构构转转变变而而获获得得大大延延伸伸率率。产产生生相相变变超超塑塑性性的的必必要要条条件件,是是材材
19、料料应应具具有有固固态态相相变变的的特特性性,并并在在外外加加载载荷荷作作用用下下,在在相相变变温温度度上上下下循循环环加加热热与与冷冷却却,诱诱发发产产生生反反复复的的组组织织结结构构变变化化,使使金金属属原原子子发发生生剧剧烈运动而呈现出超塑性。烈运动而呈现出超塑性。相变超塑性相变超塑性 5.4.3 5.4.3 细晶超塑性细晶超塑性 1变形力学特征变形力学特征 m m应变速率敏感性系数应变速率敏感性系数 m是是表表达达超超塑塑性性特特征征的的一一个个极极其其重重要要的的指指标标,对对于于普普通通金金属属,m=0.02-0.2m=0.02-0.2;而对于超塑性材料,而对于超塑性材料,1 m
20、0.3 m值值的的物物理理意意义义:材材料料抵抵抗抗局局部部缩缩颈颈的的能能力力。m值大,值大,出现大延伸的可能性大。出现大延伸的可能性大。2金属组织特征金属组织特征 晶粒根本没有被拉长,仍然保持着等轴状态;晶粒根本没有被拉长,仍然保持着等轴状态;发发生生显显著著的的晶晶界界滑滑移移、移移动动及及晶晶粒粒回回转转,几几乎乎看看不不到到位位错错组织;组织;超超塑塑性性变变形形后后无无织织构构产产生生,若若原原始始组组织织具具有有变变形形织织构构,经经过超塑性变形后,将使织构受到破坏;过超塑性变形后,将使织构受到破坏;有空洞有空洞 产生。产生。5.4.4 5.4.4 细晶超塑性变形的机理细晶超塑性
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第五 微观 变形
限制150内