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电焊培训学校学电焊知识——金属的塑性变形及其对金属性能的影响

2022-06-07 云南久安职业技能培训学校 511

  金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响

  一、金属的塑性变形

  金属受力时,其原子的相对位置发生改变,宏观上表现为形状、尺寸的变化,此种现象称为变形,金属变形按其性质分为弹性变形和塑性变形。当受力不大时,去除外力后原子立即恢复到原来的平衡位置,变形立即消失,这种变形称为弹性变形。当应力超过一定值时,金属在弹性变形的同时还会产生塑性变形。

  1.单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形,主要是以滑移的方式进行的,即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动,滑动后原子处于新的稳定位置,不再回到原来位置.

  研究表明,滑移总是优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生,晶体中能够发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向越多,金属的塑性越好。

  晶体的滑移是借助于位错的移动来实现的。大量的位错移出晶体表面,就产生了宏观的塑性变形。

  2.多晶体的塑性变形 常用金属材料都是多晶体。每个晶粒内的塑性变形主要仍以滑移方式进行。但多晶体中各相邻晶粒的位向不同,各晶粒之间有一晶界相连接,因此,具有下列特点:

  (1)晶粒位向的影响由于多晶体中各个晶粒的位向不同,在外力作用下,有的晶粒处于有利于滑移的位置,有的晶粒处于不利位置。产生滑移的晶粒必然会受到周围位向不同晶粒的阻碍,使滑移阻力增加,从而提高了塑性变形的抗力。

  所以多晶体的塑性变形是逐步扩展和不均匀的,其结果之一便是产生内应力。

  (2)晶界的作用 晶界对塑性变形有较大的阻碍作

  用。如果把具有两个晶粒的试样做拉伸试验,试样在晶界附近不易发生变形,出现所谓“竹节”现象。这是因为晶界处原子排列比较紊乱,阻碍位错的移动,因而阻碍了滑移的缘故。很显然,晶界越多,多晶体的塑性变形抗力越大。

  (3)晶粒大小的影响 在一定体积的晶体内晶粒数目越多,晶粒越细,晶界越多,不同位向的晶粒也越多。因而塑性变形抗力也就越大,表现出较好的塑性和韧性。故生产中都尽一切努力细化晶粒。

  二、金属的冷塑性变形对性能的影响

  冷塑性变形对金属性能的主要影响是造成加工硬化,即随着变形度的增加,金属强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象。

  加工硬化在生产中是强化金属的重要手段之一,对有些纯金属和不能热处理强化的合金来说,只能用塑性变形方法来使其强化。

  但由于加工硬化,使材料塑性降低,给进一步冷塑性变形造成困难。

  三、金属的热塑性变形对性能的影响

  从金属学的观点来说,在再结晶温度以上最终不造成加工硬化的塑性变形过程叫做热变形。

  1.消除铸态缺陷 金属材料多数是由金属铸锭通过轧制而成的。通过热加工,可以消除金属铸淀中的部分缺陷,使金属中存在的气泡、缩孔得到焊合,偏析可以部分消除,变粗晶粒为细晶粒,从而提高了力学性能。

  2.细化晶粒 热加工后的金属,一般可以细化晶粒。但晶粒大小与变形量和加工终止温度两因素有关。铸态的粗大晶粒,只有给以足够的变形量才能使之细化。变形度小,加工终止温度过高,再结晶晶核少而晶核长大快,热加工后的晶粒就粗。变形度大,终锻温度低,才可能得到细小的晶粒。但终锻温度过低,又会造成加工硬化及残余应力。

  3.形成热变形纤维组织 在热加工过程中,由于铸态组织中的各种类杂物,在高温下具有一定的塑性,它们会沿着变形方向伸长而形成纤维组织。纤维组织的出现,使金属的力学性能出现方向性。在沿着纤维组织方向上(纵向),抗拉强度和韧性高,抗剪强度低;而在垂直于纤维的方向上(横向),抗剪强度较高,而抗拉强度较低。

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