材料成型原理第10章塑性变形与流动问题PPT课件

用金相法或硬第一颗新晶粒时的温度
以硬度下降50％所对应的温度再结晶温度
工业消费中那么通常以经过大变形量(70％以上)冷 变形金属，经1h退火能完成再结晶(＞95％)所对
〔1〕变形程度的影响
变形程度添加 储存能增多 再结晶驱动力增大 再结
晶温度降低，再结晶速度加 快，形核率添加，
界面，妨碍〔亚〕晶界迁移，形核与长大速率下降，妨 碍再结晶的进展。
〔4〕微量溶质原子
溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的 滑移和晶界的迁移起着妨碍作用，不利于再结晶 的形核和长大，妨碍再结晶过程，故微量溶质原 子提高再结晶温度。
〔5〕再结晶退火工艺参数
加热速度过于缓慢时，变形金属在加热过程中有足 够的时间进展回复，使点阵畸变度降低，储能减小， 使再结晶驱动力减小，再结晶温度上升。
原始晶粒尺寸 杂质含量
回复动力学特点
(1)初期的回复速率很
大，随后即逐渐变慢，
直到趋近于零，温度
升高，起始回复速率
加快；
(2)每一温度的回复程
度有一极限值，退
火温度愈高，极限值
也愈高，到达此极限
值所需时间缩短；
(3)预变形量愈大，起
始的回复速率愈快；
(4)晶粒尺寸减小有利
于回复过程的加快。
(5)无孕育期
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回复特征可用一级反响方程来表达：
造、性能变化
取代变形组织过程
再结晶后晶粒 长大
8.2.1.2 性能的变化
(1)强度与硬度：回复时变形金 属位错密度很高，再结晶后位错 密度显著降低。 (2)电阻：点缺陷所引起的点阵 畸变会使传导电子产生散射，提 高电阻率。退火使缺陷密度降低， 那么电阻率下降。 (3)内应力：回复阶段消除大部 或全部的宏观内应力，而微观内 应力那么只需经过再结晶方可消 除。 (4)亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸在 回复前期变化不大，接近再结晶 时显著增大。 (5)密度：密度在再结晶阶段急 剧增高，除与前期点缺陷数目减 小有关外，主要是在再结晶阶段 中位错密度显著降低所致。 (6)储能的释放：回复时释放的 储存能较小，再结晶晶粒出现的 温度对应于储能释放曲线的顶峰

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钛合金锻件的应用背景
钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀等优点，在航空航天领域得到广
泛应用。钛合金锻件是飞机和发动机等关键部件的重要组成部分。
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钛合金的塑性变形特性
钛合金属于难变形材料，其塑性变形行为受到温度、应变速率和合金成 分等多种因素的影响。了解钛合金的塑性变形特性对于制定合理的锻造 工艺至关重要。
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金属塑性变形与流动问题实验方法
实验设备简介
拉伸试验机
用于对金属试样进行拉伸试验，测量其力学性能 和塑性变形行为。
弯曲试验机
用于对金属试样进行弯曲试验，探究其在弯曲过 程中的塑性变形和流动特性。
压缩试验机
用于对金属试样进行压缩试验，研究其在压缩过 程中的变形和流动行为。
显微镜
用于观察金属试样的微观组织变化，分析塑性变 形对金属组织的影响。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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2. 研究金属的流动特性，包括流动应力、应变硬化指数 等。
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3. 探讨金属塑性变形与流动问题的内在联系和影响因素 。
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4. 将实验结果与理论预测进行比较，验证相关理论和模 型的正确性。
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工程应用案例分析
汽车制造中金属板材的冲压成型
冲压成型工艺介绍
冲压是利用模具在冲床上对金属板材施加压力，使其产生 分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加工 方法。
课程目的：掌握金属塑性变形与流动问题的基本概念 、理论和方法，提高解决金属加工实际问题的能力
金属塑性变形概述
塑性变形的定义和分 类
塑性变形对金属性能 的影响
塑性变形过程中的力 学行为和组织演变
流动问题在金属加工中的重要性
流动问题的定义和分类 流动问题对金属加工质量的影响

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冷变形金属加热时组织和性能的变化
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金属的再结晶温度与变形量之间的关系
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晶粒长大
再结晶过程完成之后，如果再继续升高温度 或延长保温时间，金属的晶粒将会以互相吞并的 方式继续长大。这种不均匀的长大过程类似于再 结晶的形核(较大稳定亚晶粒生成)和长大(吞食周 围的小亚晶粒)的过程，所以称为第二次再结晶。 晶粒长大对力学性能的影响是很不利的，应当尽 量避免。
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塑性变形对组织和性能的影响 （1）晶粒变形 金属塑性变形时，在外形变化的同时，内部晶粒
的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向被压扁或
拉长。变形度愈大，晶粒形状变化愈大。变形量很大
时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形
成纤维组织。这将导致金属的性能产生各向异性，例
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
好。
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若将表面抛光的单晶体金属试样进行适量的拉伸塑
性变形后，在光镜下观察，可发现试样表面有许多互相
平行的线条，它们被称为滑移带。若进一步用TEM作高
倍观察，则发现每条滑移带都是由许多密集的互相平行
的更细的滑移线和台阶所组成。对滑移线观察表明，晶
体的塑性变形是不均匀的，滑移只是分别地集中发生在
一些晶面上，而滑移带或滑移线之间和晶体层片间则未 产生变形，只是彼此之间相对位移而已。
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滑移 晶体在切应力作用下，其一部分相对于另一部分沿
一定晶面和晶向发生相对的滑动，即晶体中产生层片之
间的相对位移，这种位移在应力去除后不能恢复。大量
的层片间滑动的积累，就构成金属的宏观塑性变形。
单晶体滑移示意图及实物图
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能够产生滑移的晶面和晶向，相应地称为 滑移面和滑移方向，滑移通常是沿晶体中原子 密度最大的晶面和晶向进行的。一个滑移面与 其上的一个滑移方向组成一个滑移系，滑移系 越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越

产生滑移线、滑移带
滑移时，晶体的一部分相对于另一部分 沿滑移方向位移的距离为原子间距的整
数倍。滑移结果在晶体表面造成台阶。
铜中的滑移带
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材料科学与工程学院
3、滑移沿原子密度最大的晶面、晶向发生。 滑移系： 滑移系的个数:
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移
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滑移四要点：
1、滑移只能在切应 力作用下发生
晶格在正应力作用下的变化
晶格在切应力作用下的变化
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滑移带
2、滑移使晶体表面形成台阶
第一类残余应力（Ⅰ）：宏观内应力，
利： 预应力处理，如汽车板簧的生产。
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弊： 引起变形、开裂，如工件的变形。 消除：去应力退火。
工件加工后的变形
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晶粒大小与力学性能的关系：
晶粒越细，强度越高(细晶强化)
s=0+kd-1/2
（Hall-Petch)
晶粒越细，单位体积中晶界面积越大，位错运动的阻
力越大。同
时，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便多。对塑性变形的抗力增大， 金属的强度愈高。
晶粒越细，塑韧性提高
晶粒越多，变形均匀，由应力集中导致的开裂机会减少，表现出高 塑性。细晶材料应力集中小，裂纹不易萌生和传播，断裂过程中可吸 收较多能量,表现高韧性。