第六章 金属的塑性变形和强化
练习与思考题
1 什么叫强化？可能采用那些强化手段来强化金属？
采用各种方式使得金属塑性变形时位错运动的阻力增大，即可实现金属材料
的强化。如冷变形的加工硬化，添加合金的固溶强化和析出沉淀强化，细晶强化，
亚结构强化，多相组织的相变强化等。
2 面心立方单晶体的应力应变曲线的硬化系数θ为什么各个阶段各不相同？θⅡ最大的原因是什么？
第I阶段一般认为只有一个滑移系开动，强化作用不大，θI较小，为易滑移
阶段；
第Ⅱ阶段为线性强化阶段，出现了多系滑移；多系滑移产生大量位错，使得
位错运动阻力明显增大，尤其是面角位错的出现，强烈的阻止位错源开动，并强
烈阻止其他滑移面上的位错运动，从而使得这一阶段硬化指数θⅡ最大。
第Ⅲ阶段出现了交滑移，从而拜托了面角位错的封锁，使原被塞积的位错继
续运动，使得位错的自由路程增大。即在加工硬化的同时，存在着动态回复的软
化过程，从而造成θⅢ随着γ增大而逐渐降低的现象。
3 晶界对塑性变形有什么影响？
晶界对塑性变形过程的影响，主要是在温度较低时晶界阻碍滑移进行引起的
障碍强化作用和变形连续性要求晶界附近多系滑移引起的强化作用。 为使多晶体塑性变形过程不破坏晶界连续性，相邻的晶粒必须协调变形。多
晶体塑性变形一旦变形传播到相邻的晶粒，就产生了多系滑移。位错运动遇到的
障碍比单系滑移多，阻力要增加。
存在晶界及晶界两侧晶粒取向有差别，多晶体的塑性变形有着很大的不均匀
性。在单个晶粒内，晶界变形要低于晶粒中心区域；由于细晶组织中晶界占的比
例要大于粗晶组织中的晶界，细晶组织的强化效果高于粗晶组织。
4 多系滑移为何能起到强化作用？金属多晶体塑性变形一开始为什么就出现了
多系滑移的强化？
多系滑移产生大量位错，位错间相互作用使得位错运动阻力明显增大，尤其
是面角位错的出现，强烈的阻止位错源开动，并强烈阻止其他滑移面上的位错运
动。
多晶体材料中，某一晶粒产生滑移变形而不破坏晶界连续性，相邻的晶粒必
金属材料塑性变形与断裂的关系
摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。
关键词：塑性变形 解理断裂 准解理断裂 沿晶断裂 冷脆 疲劳 应力腐蚀
氢脆 高温断裂
一、 解理断裂与塑变的关系
解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。
第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。
从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。
二、准解理断裂与塑变的关系
准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因：
（1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的马氏体组织，回火温度低，易产生此类断裂。
本课课题：金属的塑性变形
教学目的和要求：1.熟悉金属锻件的特点、分类及其应用。
2.了解金属的塑性变形，塑性变形对金属组织和性能的影响，冷变形金属在加热时组织和性能的变化，热变形对金属组织和性能的影响，金属的锻造性。
3.了解锻造温度范围、锻件的冷却。
4.★了解自由锻的特点，设备，基本工序（镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移、扭转）及其应用。
5.熟悉自由锻造工艺设计：绘制锻件图，坯料质量及其尺寸计算。拟定锻造工序，选定锻造设备吨位，确定加热、冷却及其热处理规范，编制锻件工序卡片。能绘制简单锻件图。
6.了解模锻及其胎模锻简介。
重点与难点：金属的塑性变形对金属组织和性能的影响。
教学方法：讲授法和录像观摩。
课型：理论课
教学过程
复习旧课：铸件结构工艺。
第三篇 金属压力加工
压力加工的特点：经过压力加工过的金属材料，具有细晶粒结构；能使粗大枝晶和各种夹杂物都沿着金属流动的方向被拉长，呈现出纤维组织；并使铸造时内部缺陷（如微裂纹、气孔、疏松等）得以压合，因而提高了金属的力学性能。很多承受重载荷的、受力复杂的零件都使用锻件。另外，锻件还具有适用范围广，使用模型锻造有较高的生产率、节省材料的特点。与焊接和铸造等方法相比，使用较广的自由锻造所获得的产品形状比较简单，若要生产外形和内腔复杂的零件较为困难，甚至是不可能的。
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质
1、概念
在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定塑性，可以在热态或冷态下进行塑性成形。
教学课题 金属的塑性变形
教学课时 2
教学目的
让学生了解金属塑性变形的特点
掌握塑性变形对金属组织和性能的影响
教学难点 塑性变形对金属组织和性能的影响
教学重点 塑性变形对金属组织和性能的影响
教学方法 讲解法
教具准备 教材
教学过程
复习导入 晶体：晶体是指组成微粒（原子、离子或分子）呈规则排列的物质
新课学习 课题导入
没学相关专业知识之前，我们基本上都听过弹性变形的概念，给我们的直观现象就是弹簧被压缩以后，当我们把压力撤除之后，弹簧又会恢复原状，这种现象我们就称之为弹性变形，但假如这个压力过大，以致撤除之后弹簧不能恢复原状，那么这种类型的现象就是我们今天要学习的塑性变形。
授课内容
一、 金属的塑性变形
（一）单晶体金属的塑性变形
单晶体受力后，外力P在任何晶面上都可以分解为正应力σ和切应力г，正应力σ只能引起弹性变形及解理断裂，只有在切应力г的作用下，金属晶体才能产生塑性变形。
正常情况下，塑性变形有两种形式：滑移和孪生，在多数情况下，金属的塑性变形是以滑移的方式进行的。
1. 滑移
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移动的现象。滑移变形的特点是：
(1)滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称为临界切应力。
(2)滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生，这是因为原子密度最大的晶
面和晶向之间间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。沿其发生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。显然，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。体心立方晶格与面心立方晶格的滑移系数目相同，都是12个，而密排六方晶格只有3个滑移系。
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。因而具有面心立方晶格金属的塑性好于体心立方晶格金属，具有体心立方晶格金属的塑性好于密排六方晶格金属。
