金属塑性变形的物理基础2省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节金属热态下塑性变形,第1页,主要内容,热塑性变形时软化过程,热塑性变形机理,双相合金热塑性变形特点,热塑性变形对金属组织和性能影响,第2页,一、热塑性变形时软化过程,定义,：从金属学角度看，在再结晶温度以上进行塑性变形，称为热塑性变形或热塑性加工。,分类,：按其性质可分为,动态回复，动态再结晶,，,静态回复，静态再结晶，亚动态再结晶,等。前两种是在热塑性变形过程中发生，后三种是在热变形间歇期间或热变形后，利用金属高温余热进行。,第3页,（一）静态回复,定义,：,在,较低温度下、或在较早阶段,发生转变过程成为静态回复。它是变形后金属自发地向自由能降低方向转变过程。,第4页,（一）静态回复（续）,回复机理,随回复温度不一样而有差异,（）较低温度回复（.-.m），主要是,点缺点运动和点缺点相互结合,；注：m指金属绝对熔化温度。,（）加热温度稍高（.-.m）时，将发生位错运动，,位错重新组合和异号位错互毁,；,（）加热温度较高（大于.m）时，不在同一滑移面位错经过,攀移或交滑移,等机构得以去除，同时出现,亚晶粒长大,（“多边形化”）,和吞并,，降低位错密度。,第5页,“多边形化”,位错经过滑移、攀移、交滑移等各种运动方式，使滑移面上位错由水平塞积逐步变为垂直排列，形成所谓,位错壁,。,晶体被位错壁分隔成许多位向差小、而原子排列基本不规则小晶块。这些小晶块形状近似一个多边形，故称此过程为,多边形化,。,多边形化结果形成,亚晶,，这种亚晶是回复时形成，称为回复亚晶，比变形时因为位错缠结而直接形成亚晶约大倍左右。,第6页,（一）静态回复（续）,应用,：,去应力退火,是回复在金属加工中应用之一。它既可基本保持金属加工硬化性能，又可消除残余应力，从而防止工件畸变或开裂，改进耐蚀性。,第7页,（二）静态再结晶,定义,：,冷变形金属加热到更高温度（再结晶温度以上）后，金属原子有更大活动能力，会在原变形金属中重新形成新无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组织，此过程称为金属,静态再结晶,。,第8页,（二）静态再结晶（续）,特点,：,（,）再结晶是一个显微组织彻底重新改组过程，在性能方面也发生了根本性改变，表现为,金属强度、硬度显著下降，塑性大为提升，加工硬化和应力完全消除,，,物理性能也得到恢复,，金属大致上恢复到冷变形前状态。但并不是简单地恢复到变形前组织过程，可经过控制变形和再结晶条件，到达,改进和控制金属组织、性能,目标。,第9页,（二）静态再结晶（续）,再结晶过程：是经过,形核,和,生长,完成。,形核机理：,（）,变形程度较大,时，高温回复阶段，位向差很小亚晶会合并成一个较大亚晶。当深入提升加热温度时，此合并长大亚晶就成为再结晶关键。,（）,变形程度较小,时，在一定高温下，晶界一个线段会向着位错密度高晶粒一侧突然移动，被这段晶界扫擦过小面积，位错互毁而降低到最低密度，这块小区域成为再结晶关键。,注：要求晶界两侧有很大位错密度差，需要一个相当长孕育期。,第10页,冷变形金属加热时组织和性能改变,第11页,（三）动态回复,动态回复,是在热变形过程中发生回复，金属即使在,远高于静态再结晶温度,下塑性变形时普通也只发生动态回复。（原因？）,动态回复,主要经过,位错攀移、交滑移,来实现。,动态回复,是高层错能金属热变形过程中唯一软化机制。对于层错能较低金属若变形程度较小时，通常也只发生动态回复。,第12页,（四）动态再结晶,动态再结晶,是在热变形过程中发生再结晶，与静态再结晶一样，也是经过形核和生长来完成。它轻易发生在,层错能较低,且,有较大热变形程度,金属上。,第13页,（五）亚动态再结晶,热变形中已经形成但未长大再结晶晶核以及长大途中遗留下再结晶晶粒，但,变形停顿后温度足够高,时，会继续长大，此过程称为,亚动态再结晶,。,它不需形核，所以进行得很快。,第14页,动、静回复和再结晶示意,第15页,冷变形后 回复 再结晶 晶粒长大,第16页,二、热塑性变形机理,、,晶内滑移,：位错滑移、攀移、交滑移等,、,晶界滑移,：与冷变形相比，晶界滑动变形,量要大得多。但与晶界滑移相比，变形量还,是小。,、,扩散性蠕变,：是在应力场作用下，由空位定移动引发。按扩散路径可分为：,晶内扩散（引发晶粒在拉应力方向上伸长变形）和晶界扩散（引发晶粒“转动”）,。,第17页,热塑性变形时，因为晶界强度降低，使得,晶界滑动易于进行,；温度越高，原子动能和扩散能力就越大，,扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移其调整作用。,热塑性变形,主要机理依然是晶内滑移；因为晶界滑动和扩散蠕变作用增加，再加之变形时会产生动态回复和再结晶。,所以，热态下金属塑性变形能力比冷态下高，变形抗力较低。,第18页,扩散蠕变示意,a）空位和原子移动方向 b）晶内扩散 c）晶界扩散,第19页,三、双相合金热塑性变形特点,1.弥散型双相合金：,弥散第二相对再结晶而言会有不一样作用，相对而言，更轻易出现不利于结晶情况。,2.聚合型双相合金：,各相性能和百分比不一样，对热变形中再结晶行为产生不一样影响，轻易降低合金塑性变形能力。,3.两相合金热变形时：,第二相能够被打坏、可能发生粗化、轻易局部熔化，造成金属热脆性。,第20页,四、热塑性变形对金属组织和性能影响,、对组织影响,（）,改进晶粒组织，细化晶粒,对于铸态金属，粗大树枝状晶经塑性变形及再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、铸造或挤压钢坯或型材，在以后热加工中经过塑性变形与再结晶，其晶粒组织普通也可得到改进。,第21页,对组织影响,（2）锻合内部缺点,铸态金属中疏松、空隙和微裂纹等缺点被压实，提升金属致密度。锻合经历两个阶段：,缺点区发生塑性变形，使空隙两壁闭合,；,在压应力作用下，加上高温，使金属焊合成一体,。没有足够大变形，不能实现空隙闭合，极难到达宏观缺点焊合。足够大三向压应力，能实现微观缺点锻合。,第22页,、对组织影响,（3）形成纤维组织,在热变形过程中，随变形程度增加，钢锭内粗大树枝晶沿主变形方向伸长，与此同时，晶间富集杂质和非金属夹杂物走向也逐步与主变形方向一致，形成流线。因为再结晶结果，被拉长晶粒变成细小等轴晶，而流线却很稳定地保留下来直至室温。,第23页,钢锭铸造过程中纤维组织形成示意,第24页,、对组织影响,（4）,破碎改进碳化物和非金属夹杂在钢中分布,高速钢、高铬钢、高碳工具钢等，其内部含有大量碳化物。经过铸造或轧制，可使这些碳化物被打坏、并均匀分布，从而改进了它们对金属基体减弱作用。,第25页,、对性能影响,细化晶粒、,锻合内部缺点、破碎并改进碳化物和非金属夹杂在钢中分布可,提升材料强度、硬度、塑性和韧性,。,纤维组织形成，使金属,力学性能呈各向异性,，沿,流线方向比垂直流线方向含有较高力学性能,，其中尤以塑性、韧性指标最为显著。,第26页,作业,课后思索题,、3、,第27页,