发布时间 : 星期三 文章金属材料知识讲座 - 图文更新完毕开始阅读ad6912c8d0d233d4b04e693b
晶格 滑移面 滑移方向 滑移系 体心立方晶格 {110}*6 {111}*2 6*2=12 Fe 面心立方晶格 {111}*4 {110}*3 4*3=12 Cu, Al 密排六方晶格 六方底面*1 底面对角线*3 1*3=3 Mg, Zn （3） 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，滑移的结果会在晶体的表面上造成台阶。
（4） 滑移的同时必然伴有晶体的转动，沿外力方向。滑移过程,
4.2. 多晶体金属的变形
4.2.1. 晶界作用
以两个晶粒的试样在拉伸时的变形为例
在远离晶界处，变形明显，在靠近晶界处变形出现“竹节”现象。表明晶界对变形有较大的阻碍作用。
原因：晶界附近晶格排列紊乱，杂质原子往往较多，增大晶格畸变，因而使该处在滑移时位错运动的阻力较大，难以发生变形。 4.2.2. 各晶粒位向差别的影响
位向不同当受外力作用时，有些晶粒的滑移面适合于外力作用方向，有些晶粒的滑移面与外力方向相抵触，其中任一晶粒的滑移都必然会受到它周围不同晶格位向晶粒的约束和障碍。所以多晶体金属的塑性变形抗力总是高于单晶体。 4.2.3. 多晶体金属变形过程
滑移面和滑移方向处于或接近于与外力成45度夹角的晶粒必将首先发生滑移变形，不同位向的晶粒分批滑移。 塑性变形特点：
（1） 起始塑性变形的非同时性。
位向不同，所以在工程上无法测得真正的最大弹性变形抗力和真正的起始塑性变形的抗力指标，要采用条件规定的方法 （2） 塑性变形的时间性。
弹性变形以声速进行，变形速度对金属弹性性能无影响，但塑性变形需要时间。缓慢拉伸和快速拉伸。要控制冷变形加工速度。 （3） 塑性变形量的不均一性。 残余应力
（4） 变形过程中伴随着发生金属机械性能及其他物理、化学性能的改变。 形变强化，密度降低，电阻增加，化学活性增大。
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4.3. 塑性变形对金属组织和性能的影响
变形后性能的变化是由塑性变形时金属内部组织结构的变化决定的。 4.3.1. 晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性
内部晶粒形状与金属外形成比例，变形量大时，产生纤维关“纤维组织” 4.3.2. 晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化.
形变量不大时，在变形晶粒中的晶界附近出现位错的堆积。随着变形量增大，晶粒破碎为亚晶粒，亚晶界量越多。滑移变形是通过位错在滑移面上移动实现，晶体内部的晶界、亚晶界以及其他缺陷都成为各种阻碍位错移动的障碍物。位错在亚晶界堆积，使滑移变形不易继续进行下去。“晶格畸变”
随着形变量增大，由于晶粒破碎和位错密度的啬，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即硬度和强度显著升高，塑性和韧性下降，产生“加工硬化”。 4.3.3. 织构现象产生
随着变形发生，各晶粒晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，故在变形量达到一定的程度（70-90%）时，金属组织将会出现一种织构现象。 织构现象有两种
（1） 各晶粒的某一晶向平行于拉拔方向，丝织构 （2） 各晶粒某一晶面平行于轧制方向，板织构 出现各向异性，不利。 4.3.4. 残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所作的功，约90%转化成热，10%转化为内应力残留于金属中。 塑性变形后，退火。
4.4. 塑性变形后的金属在加热时的组织和性能变化
加工硬化会造成进一步加工的困难，退火，一是为了消除加工硬化（再结晶退火），另一是保留加工硬化，减小内应力。 4.4.1. 回复与再结晶 4.4.1.1. 回复
即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而所引起的某些晶内的变化。
晶粒大小和形状无明显变化。
冷卷弹簧卷制后低温退火，去应力250～300℃。 4.4.1.2. 金属的再结晶
破碎晶粒未改变，组织仍不稳定，加热到较高温度，晶粒外形开始变化，生成新的等轴颗粒。“再结晶”。强度和硬度显著降低，塑性和韧性提高，消除加工硬化。 例：黄铜33%冷轧变形后，在580℃再结晶。
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4.4.1.3. 晶粒长大
再结晶完成后，再继续提高加热温度或延长加热时间，晶粒便会继续长大。 因为晶粒长大可降低表面能，热力学第二定律。 4.4.2. 再结晶后的晶粒度 再结晶退火时，要确定加热温度 4.4.2.1. 变形度影响
变形度越大，再结晶温度越低。
因为变形度越大，金属晶体缺陷越多，组织破碎越严重，越不稳定。
变形度增大，再结晶温度降低，并逐渐趋近于一个极限温度，金属的最低再结晶温度。 4.4.2.2. 金属熔化温度的影响 工业纯金属 TR=(0.40~0.50)Tf
TR是金属最低再结晶温度，Tf是金属熔化温度 4.4.2.3. 金属纯度的影响
有杂质或合金元素时，再结晶温度明显提高。 4.4.2.4. 金属原始组织影响
原始组织的晶粒越粗大，变形阻力越小，晶界少，不容易再结晶，再结晶温度越高。 4.4.3. 再结晶后的晶粒度 影响再结晶后晶粒度的因素 （1）加热温度和加热时间
再结晶退火时的加热温度越高，晶粒越大。 一定温度，时间越长，晶粒越大 （2）预先冷变形度 变形均匀度
变形越大，变形越均匀，再结晶后晶粒度越小。
第五章：金属材料的脆性
5.1. 金属材料的断裂
金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。 断裂是裂纹发生和发展的过程。（图） 5.1.1. 断裂的类型
根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。 韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。 脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。 韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。
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图5-1 韧性断裂和脆性断裂时裂纹扩展的比较
韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 5.1.2. 断裂的方式
根据断裂面的取向可分为正断和切断。
正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。
切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断 5.1.3. 断裂的形式
裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。 穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。 晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 5.1.4. 断口分析
断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。 断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。
5.1.4.1. 宏观断口分析
断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。
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