机械工程材料-第三章08课件.ppt

1、 金属塑性变形金属塑性变形的实质是原子相对移动达到新的稳定位置。的实质是原子相对移动达到新的稳定位置。其移动距离往往超过了晶格中的原子间距，使原子失去其移动距离往往超过了晶格中的原子间距，使原子失去恢复到原始状态的能力。因此，产生恢复到原始状态的能力。因此，产生永久变形。永久变形。2）材料利用率）材料利用率高。高。3塑性成形的优缺点1）机械性能高。加工）机械性能高。加工后组织性能得到改善和提后组织性能得到改善和提高高 4）可达到一定的精度和）可达到一定的精度和表面粗糙度（常规加工，精车表面粗糙度（常规加工，精车可达可达67级精度，塑性加工可级精度，塑性加工可达达78级，精锻齿轮可达级，精锻齿轮

2、可达7级，级，车削达车削达6级，也具有一定的表面级，也具有一定的表面粗糙度）。粗糙度）。3）生产率高（高速冲床）生产率高（高速冲床500600/min，螺栓、螺母生产）。，螺栓、螺母生产）。5）生产准备时间长，模）生产准备时间长，模具设备投资大，适合大批量生具设备投资大，适合大批量生产。产。6）有一定的局限性。）有一定的局限性。（一）（一）滑移滑移 晶体的一部分沿一定的晶面和晶向晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分产生相对移动或切相对于另一部分产生相对移动或切变。这一晶面和晶向叫滑移面和滑变。这一晶面和晶向叫滑移面和滑移方向。（滑移系）移方向。（滑移系）l1.塑性变形的基本形式塑性变形

3、的基本形式l主要通过主要通过滑移滑移和和孪生孪生进行进行l 原子排列密度最大原子排列密度最大的晶面，如的晶面，如面面 原子排列密度原子排列密度最大的方向最大的方向 滑移方向滑移方向+=滑移系滑移系 滑移面和该面上滑移面和该面上的一个滑移方向的一个滑移方向 l在其它条件相同下，滑移系越多在其它条件相同下，滑移系越多塑性塑性越好越好l一般：滑移面一般：滑移面 原子密排面原子密排面面面l滑移方向滑移方向 原子排列最密方向原子排列最密方向6 6个滑移面个滑移面 2 2个滑移方向个滑移方向=体心立方1212个滑移系个滑移系面心立方4 4个滑移面个滑移面 3 3个滑移方向个滑移方向=1212个滑移系个滑移

4、系1 1个滑移面个滑移面 3 3个滑移方向个滑移方向=3 3个滑移系个滑移系密排六方 结论：面心立方的滑移面共有四组，每组有三个滑移方向有12个滑移系体心立方的滑移面共有6组，每组有2个滑移方向有12个滑移系密排六方滑移面此面包括3个滑移方向故有3个滑移系滑移系越多，塑性越好。面心立方比体心立方塑性好，因为面心立方的滑移方向多。面心立方塑性最好；密排六方塑性最差。2 2）孪晶：晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面）孪晶：晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面（孪晶面）产生一定角度的切变。（孪晶面）产生一定角度的切变。对于密排六方，由于滑移系少对于密排六方，由于滑移系少，常以孪生方式变形，

5、孪晶面，常以孪生方式变形，孪晶面10121012孪生方向孪生方向对于体心立方：如对于体心立方：如Fe Fe 在在受到冲击或低温下变形时，产生受到冲击或低温下变形时，产生孪晶，形成的孪晶带很狭长（牛孪晶，形成的孪晶带很狭长（牛曼带）孪晶面曼带）孪晶面112112孪晶方向孪晶方向面心立方：在低温时（面心立方：在低温时（CuCu）孪晶面孪晶面111111退火孪晶出现在面心立方结构金退火孪晶出现在面心立方结构金属中属中Sb Sb、BiBi等菱方结构金属几乎全等菱方结构金属几乎全为孪生变形。为孪生变形。二二.单晶体的滑移变形单晶体的滑移变形l受力条件：受力条件：l正应力正应力 与滑移面垂直的应力与滑移面

6、垂直的应力 只产生弹性变只产生弹性变形或断裂。形或断裂。l切应力切应力 与滑移面平行的应力与滑移面平行的应力 产生塑性变形产生塑性变形弹性变形正断临界切应力：使晶体开始滑移的临界切应力：使晶体开始滑移的切切应力。应力。coscoscoscosAPcoscossc当当=S时，则临界切应力时，则临界切应力 coscos取向因子5.0,45max则2max当当软取向0,900,090、或、0硬取向当时晶体缺陷：无缺陷的晶体，晶体缺陷：无缺陷的晶体，c c很大。少量的位错，可很大。少量的位错，可大大降低大大降低c c。但位错密度。但位错密度增加，增加，c c。位错的运动位错的运动 晶体的滑移是在剪应力

7、作用下，通过滑移面上的位晶体的滑移是在剪应力作用下，通过滑移面上的位错的运动进行的。错的运动进行的。无缺陷的晶体，无缺陷的晶体，c c=6400N/mm=6400N/mm2 2实际晶体实际晶体c c=1N/mm=1N/mm2 2c c=6400N/mm=6400N/mm2 2c c=1N/mm=1N/mm2 2位错的存在，对金属的强度位错的存在，对金属的强度和变形都有重要的影响。如和变形都有重要的影响。如金属中有很高的位错密度金属中有很高的位错密度、难于变形，强度提高。难于变形，强度提高。一般退火的多晶体金属中，一般退火的多晶体金属中，位错密度为位错密度为10106 610108 8cmcm-

8、2-2。经。经过强烈冷变形的金属，位错过强烈冷变形的金属，位错密度可增加到密度可增加到1010111110101212cmcm-2-2。VS位错密度位错密度：3.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 1)晶粒位向的影响晶粒位向的影响 晶粒位向影响：任一晶粒滑移时，都将受到周围不同晶粒位向影响：任一晶粒滑移时，都将受到周围不同位向的晶粒阻碍，从而也使变形抗力增大。位向的晶粒阻碍，从而也使变形抗力增大。2）晶界的作用晶界的作用 晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。经拉伸后，试样经拉伸后，试样变形，出现明显的所谓变形，出现明显的所谓“竹节竹节”现象。即试样在远离现象。即试样在

9、远离夹头和晶界的晶粒中间部分出现明显的缩颈。而在晶夹头和晶界的晶粒中间部分出现明显的缩颈。而在晶界附近的截面几乎不变。这足以说明金属的晶界比晶界附近的截面几乎不变。这足以说明金属的晶界比晶粒本身具有较高的变形抗力。粒本身具有较高的变形抗力。l3)、晶粒大小的影响、晶粒大小的影响l金属材料的晶粒大小对机械性能有很大的影响。金属材料的晶粒大小对机械性能有很大的影响。l晶粒愈细金属的强度就愈高。因为晶界的总面积多，晶粒愈细金属的强度就愈高。因为晶界的总面积多，每个晶粒周围的不同位向的晶粒数也多，因而对塑性变每个晶粒周围的不同位向的晶粒数也多，因而对塑性变形抗力也就愈大。形抗力也就愈大。l金属材料的晶

10、粒愈细，不仅强度高，而且塑性和韧性金属材料的晶粒愈细，不仅强度高，而且塑性和韧性也好。因为晶粒愈细，在单位体积内的晶粒数愈多，金也好。因为晶粒愈细，在单位体积内的晶粒数愈多，金属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使晶粒晶粒变形变形比较比较均匀。另均匀。另一方面一方面，晶粒愈细，晶界，晶粒愈细，晶界就愈就愈多，愈多，愈曲折曲折，可，可阻碍裂纹的扩展。阻碍裂纹的扩展。所以细晶粒的金属材料具有良好的所以细晶粒的金属材料具有良好的韧性和塑性。韧性和塑性。05机械-第2周第3节-2006.9.11l多晶体的塑性变形特点多晶体的塑性变形特点l不同时性；不同时性；软取向先变

11、形软取向先变形l互相协调性；互相协调性；l 不均匀性。不均匀性。3.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 1 1）显微组织的变化）显微组织的变化 纤维组织：在外力的作用下，晶粒的形状随着外形的变纤维组织：在外力的作用下，晶粒的形状随着外形的变化而变化。当工件的外形被拉长或压扁时，其内部晶粒化而变化。当工件的外形被拉长或压扁时，其内部晶粒的形状也随之被拉长或压扁。当形变量很大时，晶粒呈的形状也随之被拉长或压扁。当形变量很大时，晶粒呈现出一大片如纤维状的条纹，称为纤维组织。现出一大片如纤维状的条纹，称为纤维组织。纤维组织纤维组织l2 2）亚结构的细化）亚结构的细化l实际

12、晶体的每一个晶粒内存在着许多尺寸很小、位向差实际晶体的每一个晶粒内存在着许多尺寸很小、位向差也很小的亚结构。随着变形的发生，不仅晶粒外形发生变也很小的亚结构。随着变形的发生，不仅晶粒外形发生变化，而且晶粒内部也发生变化。在晶粒内出现明显的位移化，而且晶粒内部也发生变化。在晶粒内出现明显的位移线和滑移带。随着变形量的增加，位错密度增加。晶粒破线和滑移带。随着变形量的增加，位错密度增加。晶粒破碎成亚晶粒。碎成亚晶粒。3 3）变形织构）变形织构 与单晶体一样，多晶体在塑性变形时也伴随着晶与单晶体一样，多晶体在塑性变形时也伴随着晶体的转动过程。故当变形量很大时，多晶体中原体的转动过程。故当变形量很大时

13、，多晶体中原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此为任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织叫变形织构。有择优取向的组织叫变形织构。2.2.塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响l1）加工硬化：加工硬化：随着随着冷变形冷变形程度程度的增加，金属的强度、硬度提高，的增加，金属的强度、硬度提高，塑性下降的现象称加工硬化或形塑性下降的现象称加工硬化或形变强化。变强化。l原因原因：随着变形的发生，不仅晶：随着变形的发生，不仅晶粒外形发生变化，而且晶粒内部粒外形发生变化，而且晶粒内部也发生变

14、化。在晶粒内先出现明也发生变化。在晶粒内先出现明显的滑移线和滑移带。随着变形显的滑移线和滑移带。随着变形量的增加，位错密度增加，晶粒量的增加，位错密度增加，晶粒破碎成亚晶粒。晶格产生严重畸破碎成亚晶粒。晶格产生严重畸变，使金属进一步滑移的阻力增变，使金属进一步滑移的阻力增大。大。加工硬化是强化金属的一种重要手段之一。加工硬化是强化金属的一种重要手段之一。举例说明：举例说明：例例1，经冷轧后的带钢或冷拉后的钢丝，其抗拉强度可，经冷轧后的带钢或冷拉后的钢丝，其抗拉强度可达达18002000N/mm2。这对纯金属和不能热处理强化的。这对纯金属和不能热处理强化的金属材料来说，具有十分重要的意义。金属材

15、料来说，具有十分重要的意义。例例2：自行车链条的链板，材料为：自行车链条的链板，材料为16Mn，原来的硬度为，原来的硬度为160HB，抗拉强度为，抗拉强度为520MPa，经过五次轧制，使钢板的，经过五次轧制，使钢板的厚度由厚度由3.5mm压缩到压缩到1.2mm，硬度提高到，硬度提高到275HB，抗拉强，抗拉强接近接近1000MPa。对于不能用热处理方法强化的材料，用加工硬化方法提对于不能用热处理方法强化的材料，用加工硬化方法提高其强度显得更加重要。如铝、铜及奥氏体不锈钢，在生高其强度显得更加重要。如铝、铜及奥氏体不锈钢，在生产上往往制成冷拔棒材或冷轧板材供应用户。产上往往制成冷拔棒材或冷轧板材

16、供应用户。加工硬化意义加工硬化意义例例3 3：发电机的护环，：发电机的护环，材料：高锰材料：高锰奥氏体奥氏体无磁钢。无磁钢。如如40Mn18Cr3，不能通过热处理强化。，不能通过热处理强化。但能产生但能产生强烈的加工硬化现象。强烈的加工硬化现象。因此，生产中常常采用冷变形来提高其强度。因此，生产中常常采用冷变形来提高其强度。无加工硬化无加工硬化容易拉穿容易拉穿冷加工成形得以顺利进行冷加工成形得以顺利进行(拉拔拉拔,拉深拉深)拉深时，弯角处变形最拉深时，弯角处变形最严重严重，产生加工硬化，产生加工硬化，该处变形到一定的程度该处变形到一定的程度后，随后的变形转移到后，随后的变形转移到其它部分，可得

17、到厚薄其它部分，可得到厚薄均匀的拉深件。均匀的拉深件。截面减小，如果无加工截面减小，如果无加工硬化，钢丝在出模后，硬化，钢丝在出模后，可能被拉断。可能被拉断。05交通运输-第2周第3节-2006.9.13例例4 4：挖掘机的斗齿：挖掘机的斗齿.ZGMn13.ZGMn13不能通过热处理强化不能通过热处理强化。但能。但能产生强烈的加工硬化产生强烈的加工硬化现象。因现象。因此，生产中其强度和硬度越来越高。此，生产中其强度和硬度越来越高。挖掘机的斗齿挖掘机的斗齿.Mn13.Mn13的成型方法的成型方法?具有过载能力，使用安全具有过载能力，使用安全(具有安全性具有安全性)任何最精确的设计和加工出来的零件

18、，在使用过程中各个任何最精确的设计和加工出来的零件，在使用过程中各个部分的受力也是不均匀的，往往会在某些部位出现应力集部分的受力也是不均匀的，往往会在某些部位出现应力集中和中和过载现象过载现象，使该处，使该处产生塑性变形产生塑性变形。如果没有加工硬化，。如果没有加工硬化，则该处产生塑性变形越来越大，应力也越来越高，最后导则该处产生塑性变形越来越大，应力也越来越高，最后导致零件的失效和断裂。致零件的失效和断裂。三清山上山索道图三清山上山索道图 但正是由于加工硬化但正是由于加工硬化这一现象，偶然过载这一现象，偶然过载部位的部位的变形会自行停变形会自行停止止，从而提高了零件，从而提高了零件的的安全性

19、安全性。为消除其硬化现象，以便继续进行变形加工，必为消除其硬化现象，以便继续进行变形加工，必须在加工过程中安排退火工序。须在加工过程中安排退火工序。加工硬化意义（加工硬化意义（总结）总结）1 1）一种强化手段）一种强化手段2 2）冷加工成形得以顺利进行）冷加工成形得以顺利进行3 3）具有过载能力，使用安全）具有过载能力，使用安全4 4）塑性，塑性，切削性能切削性能不利：塑性变形困难不利：塑性变形困难中间退火中间退火消除硬化。消除硬化。l2 2）塑性变形对其他性能的影响）塑性变形对其他性能的影响l金属材料经塑性变形后，其物理性能和化学性能也将发金属材料经塑性变形后，其物理性能和化学性能也将发生明

20、显变化，如生明显变化，如:l使金属及合金的电阻增加、导电性能和电阻温度系数使金属及合金的电阻增加、导电性能和电阻温度系数下降、导热系数下降。下降、导热系数下降。l塑性变形提高金属内能，使其化学活性提高、塑性变形提高金属内能，使其化学活性提高、腐蚀性腐蚀性能降低。能降低。3.3.残余应力残余应力 1 1）宏观应力）宏观应力使金属变形开裂使金属变形开裂 2 2）微观应力）微观应力内部产生微裂纹内部产生微裂纹 原因：由于多晶体变形分布不均匀。原因：由于多晶体变形分布不均匀。lT T回回（0.250.3）T熔l1.1.回复回复T熔熔金属的熔点，金属的熔点，K 式中的式中的T T回回和和T T熔熔均以热

21、力学温度表示。均以热力学温度表示。由热力学温标定义的温度叫热力学温度。热力学由热力学温标定义的温度叫热力学温度。热力学温度的单位是开尔文温度的单位是开尔文,简称开简称开,符号是符号是K K。摄氏温度与热力学温度的换算关系：摄氏温度与热力学温度的换算关系：t=T-273.15 t=T-273.15 回复：把变形金属在较低的温度加热时，将不会引起金回复：把变形金属在较低的温度加热时，将不会引起金属内的显微组织发生明显的变化，即属内的显微组织发生明显的变化，即 点缺陷，位错等作点缺陷，位错等作微量微量的迁移，从而使晶体内的某些的迁移，从而使晶体内的某些空位和间隙原子合并，空位和间隙原子合并，位错数量

22、减少，晶格畸变程度降低，残余内应力部分位错数量减少，晶格畸变程度降低，残余内应力部分消失。消失。l结论：回复目的：l残余内应力部分消失；l能提高金属的抗腐蚀能力；1.1.再结晶再结晶 1 1）变形变形金属的再结晶金属的再结晶 定义定义 当变形金属加热至较高温度，原子具当变形金属加热至较高温度，原子具有扩散能力时，会在变形最激烈的区域自发地形有扩散能力时，会在变形最激烈的区域自发地形成新的细小等轴晶粒。这一过程。实质上也是一成新的细小等轴晶粒。这一过程。实质上也是一个新晶粒的生核和长大过程，但晶格类型不发生个新晶粒的生核和长大过程，但晶格类型不发生变化，只改变晶粒的外形，故称为变化，只改变晶粒的

23、外形，故称为再结晶再结晶。再结晶能消除加工硬化现象。再结晶能消除加工硬化现象。机械性能恢复到变形前的性能。机械性能恢复到变形前的性能。2 2）再结晶温度）再结晶温度 通常指经大变形度（通常指经大变形度（70%-80%70%-80%）的变形后，在规定的时间内能完成再结晶的最低的变形后，在规定的时间内能完成再结晶的最低温度。温度。纯金属的最低再结晶温度与熔点的关系为：纯金属的最低再结晶温度与熔点的关系为：T T再再 =（0.350.4）T熔l3）影响再结晶晶粒度的因素。影响再结晶晶粒度的因素。l加热温度：加热温度加热温度：加热温度，晶粒大，晶粒大l保温时间：保温时间保温时间：保温时间，晶粒大，晶粒

24、大l变形程度：变形程度变形程度：变形程度 ，晶粒细，晶粒细 原始晶粒度原始晶粒度 金属的化学成分金属的化学成分 3.3.晶粒长大晶粒长大 也称二次再结晶也称二次再结晶 加热温度加热温度，再结晶后的新晶粒迅速，再结晶后的新晶粒迅速吞并长大吞并长大称聚合再结晶称聚合再结晶二次再结晶导致材二次再结晶导致材料晶粒粗大，降低料晶粒粗大，降低材料的强度、塑性材料的强度、塑性和韧性，对产品的和韧性，对产品的性能非常有害。性能非常有害。思考思考1.1.有人不小心将打在铸造黄铜件上的有人不小心将打在铸造黄铜件上的数码数码挫掉挫掉,要要重新辨认原来打上的数码重新辨认原来打上的数码,其方法是：其方法是：（1 1）将

25、打数码表面抛光）将打数码表面抛光,直接辨认直接辨认。（2 2）将打数码加热）将打数码加热,发生再结晶再辨认发生再结晶再辨认。（3 3）将打数码表面抛光）将打数码表面抛光,浸蚀后辨认浸蚀后辨认。（4 4）无法辨认。无法辨认。例题例题用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到理炉，并随工件一起加热到1000保温，当保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因试分析其原因。例题例题用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉，并随工件一起加热到

26、件一起加热到1000保温，当出炉后再次吊装工件时，钢保温，当出炉后再次吊装工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因。丝绳发生断裂，试分析其原因。答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加，处于加工硬化状态。在工硬化状态。在1000时保温，钢丝将发生回复、再结晶时保温，钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。在这一系和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，列变化中，冷拉

27、钢丝的加工硬化效果将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积在再次起吊时，钢丝将被拉长，发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。减小，强度将比保温前低，所以发生断裂。定义定义 以金属学的观点来看，金属的冷加工和以金属学的观点来看，金属的冷加工和热加工的界限是以金属的热加工的界限是以金属的再结晶温度再结晶温度来区分。来区分。高于再结晶温度的加工变形为高于再结晶温度的加工变形为热加工热加工 而低于再结晶温度的加工变形为而低于再结晶温度的加工变形为冷加工冷加工，并不，并不以具体的加工温度高低来区分。以具体的加工温度高低来区分。钨钨的再结晶的再结晶温度温度

28、为为12001200，对钨来说在，对钨来说在11001100的高温下的高温下进行的加工属于进行的加工属于冷加工；冷加工；而锡而锡再结晶温度为再结晶温度为-7-7，在室温下加工属于，在室温下加工属于热加工。热加工。例题例题:纯铅（纯铅（T T熔熔：327327）的再结晶温度为）的再结晶温度为-33-33，它在它在常温下的变形为常温下的变形为 热热 变形。而钨（变形。而钨（T T熔：熔：33803380）在）在10001000的变形为的变形为 冷冷 变形，这是因为变形，这是因为 T T再再 =118811881000 。T T再再 =0.4T=0.4T熔熔 =0.4=0.4（327+273327+

29、273）=240=240（K K）T T再再 =240 273=-33=240 273=-33（）T T再再 =0.4T=0.4T熔熔 =0.4=0.4（3380+2733380+273）=1461=1461（K K）T T再再 =1461 273=1188=1461 273=1188（）ll 因为随着温度的升高，金属的硬度降低，因为随着温度的升高，金属的硬度降低，塑性提高，特别是金属在高温下的原子扩散塑性提高，特别是金属在高温下的原子扩散能力很大，其再结晶会随着而发生，所以采能力很大，其再结晶会随着而发生，所以采用热加工变形，不仅金属的变形抗力小，塑用热加工变形，不仅金属的变形抗力小，塑性大

30、，而且也不会产生加工硬化现象，能够性大，而且也不会产生加工硬化现象，能够顺利地进行大量的加工变形。顺利地进行大量的加工变形。2.2.热加工对金属组织和性能的影响热加工对金属组织和性能的影响 1 1）改善晶粒组织改善晶粒组织(细化晶粒细化晶粒)粗大的柱状晶和枝晶经热塑性变形被击碎并形成粗大的柱状晶和枝晶经热塑性变形被击碎并形成等轴细晶粒组织，改善了机械性能。等轴细晶粒组织，改善了机械性能。2 2）锻合内部缺陷（消除铸态金属的组织缺陷）锻合内部缺陷（消除铸态金属的组织缺陷）铸态金属中的疏松，气孔，微裂纹等缺陷，经热铸态金属中的疏松，气孔，微裂纹等缺陷，经热塑性变形被压实或焊合，从而使组织致密，性能

31、塑性变形被压实或焊合，从而使组织致密，性能提高。提高。l3)3)形成形成纤纤维组织（成形锻造流线）维组织（成形锻造流线）l经过热塑性变形后，金属中的经过热塑性变形后，金属中的非金属等杂物非金属等杂物将沿着变形将沿着变形的流动方向和破碎和拉长，并沿着被拉长金属晶粒的晶界的流动方向和破碎和拉长，并沿着被拉长金属晶粒的晶界分布，形成所谓的热加工分布，形成所谓的热加工“纤维组织纤维组织“（或称流线）。（或称流线）。l纤维组织使金属的性能具有明显的纤维组织使金属的性能具有明显的各向异性各向异性：l沿流线方向，其抗拉强度高，抗剪强度低沿流线方向，其抗拉强度高，抗剪强度低 l在垂直流线方向，抗剪强度高，其抗

32、拉强度低。在垂直流线方向，抗剪强度高，其抗拉强度低。l因此，在制定热加工工艺时，必须合理地控制流线的分因此，在制定热加工工艺时，必须合理地控制流线的分布，尽量使工件的纤维方向与承受最大正应力方向一致。布，尽量使工件的纤维方向与承受最大正应力方向一致。锻造：纤维锻造：纤维组织组织切削加切削加工工热加工成形的热加工成形的“纤纤维组织维组织”与冷与冷加工成加工成形的形的“纤纤维组织维组织”不同：不同：热加工成形的热加工成形的“纤维组织纤维组织”不能通过不能通过再再结晶消除结晶消除冷冷加工成形的加工成形的“纤维组织纤维组织”能通过能通过再结再结晶消除晶消除3.5 3.5 超塑性超塑性 超塑性：某些合金

33、在特定的条件下进行拉伸时，其延伸超塑性：某些合金在特定的条件下进行拉伸时，其延伸率可达到率可达到100%-1000%100%-1000%。而所需的变形应力却很小，称这。而所需的变形应力却很小，称这种现象为种现象为“超塑性超塑性”。超塑性变形的特点超塑性变形的特点可概括为：可概括为：大变形、低应力、大变形、低应力、无缩颈、易成形。无缩颈、易成形。大变形大变形:其相对伸长率其相对伸长率可超过可超过100%100%以上的特性，如钢以上的特性，如钢500%500%，纯铁，纯铁300%300%，锌铝，锌铝1000%1000%。低应力低应力:变形应力仅为常态下金属变形应力的几分之一变形应力仅为常态下金属变

34、形应力的几分之一至几十分之一。至几十分之一。无缩颈无缩颈:超塑性状态下的金属在拉伸变形中不出现缩颈超塑性状态下的金属在拉伸变形中不出现缩颈现象。现象。易成形易成形:这类金属极易成形，可采用多种工艺制备出复这类金属极易成形，可采用多种工艺制备出复杂零件。杂零件。有缩颈有缩颈无缩颈无缩颈超塑性大致可分成两类：超塑性大致可分成两类：1 1、结构超塑性或微细晶粒超塑性、结构超塑性或微细晶粒超塑性结构超塑性是使金属材料的晶粒度经处理后达到结构超塑性是使金属材料的晶粒度经处理后达到细细化化（或微（或微细化）于等轴化程度，在一定条件下所呈现的超塑细化）于等轴化程度，在一定条件下所呈现的超塑性。产生性。产生结

35、构超塑性有以下两个基本的条件：结构超塑性有以下两个基本的条件：1 1）材料本身固有的条件。）材料本身固有的条件。2 2）外在条件）外在条件温度，速度条件。温度，速度条件。2 2、动态超塑性或相变超塑性、动态超塑性或相变超塑性这类超塑性不要求金属和合金具有超细晶粒，但要这类超塑性不要求金属和合金具有超细晶粒，但要求具有相变或同素异构转变。在外力作用下，使金求具有相变或同素异构转变。在外力作用下，使金属和合金在相变温度附近反复加热和冷却，经过一属和合金在相变温度附近反复加热和冷却，经过一定次数的循环后，可以获得很大的伸长率。定次数的循环后，可以获得很大的伸长率。05机械-第2周第4节-2006.9

36、.15一、填空一、填空1 1金属材料经压力加工变形后，不仅改变了金属材料经压力加工变形后，不仅改变了，而且改变了而且改变了。2 2弹性变形的本质是外力克服弹性变形的本质是外力克服，使原子间距发，使原子间距发生发生改变。生发生改变。3 3多晶体内晶界对塑性变形有较大的多晶体内晶界对塑性变形有较大的作用，这是因作用，这是因为晶界处原子排列比较为晶界处原子排列比较，阻碍了，阻碍了的移动，所以晶的移动，所以晶界越多，多晶体的界越多，多晶体的越大。越大。4 4实践证明，再结晶温度与金属变形的程度有关，金属实践证明，再结晶温度与金属变形的程度有关，金属的变形程度越大，再结晶温度越的变形程度越大，再结晶温度

37、越低低 。5.5.从金属学观点来说，凡在从金属学观点来说，凡在温度以下进行的加工称温度以下进行的加工称为为在在温度以上进行的加工称为温度以上进行的加工称为。滑移时，位移的距离总是原子间距的()倍。多晶体的塑性变形与单晶体不同，要受到()和()的影响。金属经冷塑性变形后，在性能上将产生()现象。1 1一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的一般来说，晶体内滑移面和滑移方向越多，则金属的塑性越好。（塑性越好。（）2 2实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处实际上滑移是借助于位错的移动来实现的，故晶界处滑移阻力最小。（滑移阻力最小。（）3 3塑性变形只改变金属的力学性能。（塑性变形只改

38、变金属的力学性能。（）4 4回复时，金属的显微组织没有明显变化。（回复时，金属的显微组织没有明显变化。（）5 5金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。（金属铸件可以用再结晶退火来细化晶粒。（）6 6为保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火为保持冷变形金属的强度和硬度，应采用再结晶退火。（。（）7 7热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的热加工过程实际上是加工硬化和再结晶这两个过程的交替进行。（交替进行。（）二、判断二、判断 金属的晶粒越细，则强度越高、塑性越低。()热加工是指较高温度下的塑性变形加工。()再结晶前后，金属的晶格类型将发生变化。()金属晶体中，原子排列最紧密的晶面间的

39、距离最小，结合力大，所以这些晶面间难以发生滑移。()三、选择三、选择1 1钨的再结晶温度为钨的再结晶温度为12001200，对钨来说在，对钨来说在11001100的高的高温下进行的加工属于（温下进行的加工属于（）A A冷加工冷加工 B.B.热加工热加工2 2冷热加工的区别在于加工后是否存在（冷热加工的区别在于加工后是否存在（）A A加工硬化加工硬化 B.B.晶格改变晶格改变 C.C.纤维组织纤维组织3 3钢在热加工后形成纤维组织，使钢的性能发生变化，钢在热加工后形成纤维组织，使钢的性能发生变化，即沿纤维的方向具有较高的（即沿纤维的方向具有较高的（）沿垂直于纤维的方向具）沿垂直于纤维的方向具有较

40、高的（有较高的（）。）。A A抗拉强度抗拉强度 B.B.抗弯强度抗弯强度 C.C.抗剪强度抗剪强度5 5 有人不慎将打在铸造黄铜的数码锉掉，想再辨认出有人不慎将打在铸造黄铜的数码锉掉，想再辨认出原来打上的数码，其方法是：原来打上的数码，其方法是：A A将数码处表面抛光，直接辨认将数码处表面抛光，直接辨认 B.B.将数码处加将数码处加热，发生再结晶后再辨认。热，发生再结晶后再辨认。C C将数码处表面抛光，腐蚀将数码处表面抛光，腐蚀后辨认，后辨认，D D 无法辨认无法辨认当把铅锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，当把铅锭在室温下经多次轧制成薄铅板时，需不需要进行中间退火？为什么？需不需要进行中间退火？

41、为什么？四、简述四、简述1 1、什么是加工硬化现象？产生原因？试举生产或、什么是加工硬化现象？产生原因？试举生产或生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊。如何生活中的实例来说明加工硬化现象的利弊。如何消除加工硬化？消除加工硬化？2 2、实际金属晶体中可能存在有哪些点缺陷，线缺、实际金属晶体中可能存在有哪些点缺陷，线缺陷和面缺陷？陷和面缺陷？3 3、何谓金属的塑性和变形抗力？、何谓金属的塑性和变形抗力？4 4、单晶体的塑性变形时沿什么样的晶面和晶向容、单晶体的塑性变形时沿什么样的晶面和晶向容易发生滑移？说明原因。易发生滑移？说明原因。5 5、晶胞的滑移系总数怎么计算？试具体算一下体、晶胞的滑移系总

42、数怎么计算？试具体算一下体心立方、面心立方和密排六方晶胞的移系总数，心立方、面心立方和密排六方晶胞的移系总数，三种晶胞的塑性何者第一？何者第二？何者最差三种晶胞的塑性何者第一？何者第二？何者最差？为什么？为什么？6 6、室温条件下晶体大小对金属材料的强度、硬度、室温条件下晶体大小对金属材料的强度、硬度和塑性有什么影响？为什么？和塑性有什么影响？为什么？7 7什么是再结晶退火？什么是再结晶退火？8 8热加工对金属的组织和性能有何影响？热加工对金属的组织和性能有何影响？9 9、钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直到断、钢丝在室温下反复弯折，会越弯越硬，直到断裂，而铅丝在室温下反复弯折，而始终处于软态，裂，而铅丝在室温下反复弯折，而始终处于软态，为什么？为什么？1010、某厂用冷钢丝吊运出炉的热处理工件去淬火，、某厂用冷钢丝吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远超过工件的重量，但在吊运过钢丝绳承载能力远超过工件的重量，但在吊运过程中，钢丝绳发生断裂，试分析原因。程中，钢丝绳发生断裂，试分析原因。