材料成型課件完整版

1、第一節(jié) 材料加工概述,一.材料加工概述 零件或材料的四種加工方法： 1.成形加工：凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末壓制、塑料成形； 2.切除加工：車(chē)、銑、刨、鉆、磨、電火花、電解、超聲加工、激光加工等； 3.表面成形加工：表面形變、淬火強(qiáng)化、化學(xué)強(qiáng)化、表面鍍層、氣相沉積鍍膜； 4.熱處理加工：退、正、淬、回火；二.材料基本加工要素及流程,原材料（錠料、軋材）,,凝固成形塑性成

2、形焊接成形,毛坯,,切削加工,,零件,,機(jī)器,,,裝配,,,切削加工凝固成形塑性成形焊接成形,,,,,,,,,,,熱處理,熱處理切削加工,表面加工,,三個(gè)基本要素：材料、能量、信息三大流程： 1.材料流程 表征加工過(guò)程特點(diǎn)的類(lèi)型； 要改變形狀尺寸和性能的材料狀態(tài)； 能夠用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種形狀尺寸和性能變化的基本過(guò)程； 類(lèi)型：直通流程、發(fā)散流程、匯合流程；如下圖

3、所示,材料加工過(guò)程,,,,,,,輸入材料(I),輸入能量(I),輸入信息(I),輸出信息(O)(形狀、性能),輸出能量(O)(損失),輸出材料(O)(產(chǎn)品+廢料),下表列出一部分常見(jiàn)的材料加工過(guò)程，用材料流程（包括流程類(lèi)型、材料狀態(tài)、基本過(guò)程）表示其特征。,,2.能量流程 基本過(guò)程為機(jī)械過(guò)程的能量流程。實(shí)現(xiàn)此類(lèi)基本過(guò)程的能量可以通過(guò)下列三種方法來(lái)提供： （1）、傳遞介質(zhì)和加工材料間相對(duì)運(yùn)動(dòng)；,,模鍛

4、成形,（2）、作用在加工材料上的壓力差；,由壓力差產(chǎn)生的機(jī)械基本過(guò)程,（3）、產(chǎn)生于加工材料中的質(zhì)量力；,由質(zhì)量力產(chǎn)生的機(jī)械基本過(guò)程（a）澆注成形（b）磁力成形,熱過(guò)程能量提供：電能、化學(xué)能、機(jī)械能,感應(yīng)電加熱原理1-感應(yīng)器；2-坯料；3-電源,3.信息流程 形狀信息、性能信息,第二節(jié) 材料成形的一些基本問(wèn)題和發(fā)展概況,1. 凝固成形基本問(wèn)題：凝固組織的形成和控制； 鑄造缺陷的防

5、止和控制； 鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制等；發(fā)展概況：凝固理論的發(fā)展； 凝固技術(shù)的發(fā)展； 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展，包括： 凝固過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)； 快速樣件制造技術(shù)； 過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行的計(jì)算機(jī)控制等。,2.塑性成形,基本問(wèn)題：材料的塑性； 塑

6、性成形力的評(píng)價(jià)； 加工材料內(nèi)部市場(chǎng)變量的確定； 形狀信息的準(zhǔn)確輸入等；發(fā)展概況： 板料成形方面 大批量生產(chǎn)中著重向高速化、自動(dòng)化發(fā)展； 小批量生產(chǎn)中朝簡(jiǎn)易化、通用化、萬(wàn)能化發(fā)展； 體積成形方面 自由鍛 模鍛 特種

7、成形技術(shù),3. 焊接成形,基本問(wèn)題：能量的輸入； 清除表面污染； 組織性能不均勻； 殘余應(yīng)力及殘余變形； 焊缺陷及檢測(cè)； 焊接結(jié)構(gòu)的制造問(wèn)題等；發(fā)展概況：焊接結(jié)構(gòu)的發(fā)展； 焊接材料的發(fā)展； 自動(dòng)化焊接的發(fā)展；

8、,4.表面成形,基本問(wèn)題：表面涂層：涂層與基體的結(jié)合、涂層的材料及結(jié)構(gòu)等；表面改性：針對(duì)材料的服役條件及損傷機(jī)理并結(jié)合基體材料，設(shè)計(jì)合理的表面 組織結(jié)構(gòu)； 針對(duì)希望的表面組織及結(jié)構(gòu)，研究活動(dòng)這一表面材料的方法；發(fā)展概況： 表面工程學(xué) PACVD、LCVD,本課程任務(wù),,材料成形所涉及的基本理論,材料成形

9、熱過(guò)程,金屬的凝固理論,塑性成形的物理和力學(xué)基礎(chǔ),表面成形、粉末冶金、塑料成形理論,工藝方法技術(shù)要點(diǎn)相關(guān)工藝裝備及模具,,凝固成形,塑性成形,表面成形及強(qiáng)化,陶瓷成形及粉末冶金技術(shù),塑料成形,第二章 材料凝固理論,主要內(nèi)容： 材料凝固概述凝固的熱力學(xué)基礎(chǔ)形核生長(zhǎng)溶質(zhì)再分配共晶合金的凝固金屬及合金的凝固方式凝固成形的應(yīng)用,,材料成形技術(shù)基礎(chǔ),第一節(jié) 材料凝固概述,一、凝固成形的基本問(wèn)題和發(fā)展概況,1、基本問(wèn)題：

10、,凝固組織的形成與控制,鑄造缺陷的防止與控制,鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制,,第一節(jié) 材料凝固概述,一、凝固成形的基本問(wèn)題和發(fā)展概況,1、基本問(wèn)題：,凝固組織的形成與控制,鑄造缺陷的防止與控制,鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制,,縮孔、縮松；偏析缺陷；裂紋。還有許多缺陷，如夾雜物、氣孔、冷隔等，出現(xiàn)在填充過(guò)程中，它們不僅與合金種類(lèi)有關(guān)，而且，還與具體成形工藝有關(guān)。,第一節(jié) 材料凝固概述,一、凝固成形的基本問(wèn)題和發(fā)展概況,1、基本問(wèn)題

11、：,凝固組織的形成與控制,鑄造缺陷的防止與控制,鑄件尺寸精度與表面粗糙度控制,,鑄件尺寸精度和表面粗糙度由于受到諸多因素（如鑄型尺寸精度及型腔表面粗糙度、液體金屬與鑄型表面的反應(yīng)、凝固熱應(yīng)力、凝固收縮等）的影響和制約，控制難度很大。,2、發(fā)展概況：,金屬凝固理論的發(fā)展,凝固技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,,近四十年來(lái)，從傳熱、傳質(zhì)和固液界面三個(gè)方面進(jìn)行研究，使金屬凝固理論有了很大的發(fā)展，例如：建立了鑄件冷卻速度和晶粒度以及晶粒度與力學(xué)性能之間

12、的一些函數(shù)關(guān)系，為控制鑄造工藝參數(shù)和鑄件力學(xué)性能創(chuàng)造了條件。,2、發(fā)展概況：,金屬凝固理論的發(fā)展,凝固技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,,典型代表就是定向凝固技術(shù)、快速凝固技術(shù)和復(fù)合材料的獲得。此外，還有半固態(tài)金屬鑄造成形技術(shù)等。,2、發(fā)展概況：,金屬凝固理論的發(fā)展,凝固技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,,凝固過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)；快速樣件制造技術(shù)；過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行的計(jì)算機(jī)控制。,二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化

13、 體積改變 外形改變 熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,大多數(shù)材料在經(jīng)歷液－固轉(zhuǎn)變時(shí)，其體積將縮小3－5％，原子的平均間距減小1－1.7％，導(dǎo)致缺陷形成的主要原因之一。,二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化 體積改變 外形改變 熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱

14、 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,材料發(fā)生液－固轉(zhuǎn)變后，其外形將保持容器的形狀，這就是鑄造－古老而又年輕的工藝手段。,二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化 體積改變 外形改變 熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,表示一個(gè)體系的紊亂程度，熵值越大，體系越紊亂。當(dāng)材料發(fā)生液－固轉(zhuǎn)變時(shí)，

15、熵值將減小，說(shuō)明固體比液體的結(jié)構(gòu)更“整齊”。,二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化 體積改變 外形改變 熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,亞共晶灰鑄鐵冷卻曲線(xiàn),二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化 體積改變 外形改變

16、熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,1200℃時(shí)液態(tài)金屬原子的狀態(tài),1500℃時(shí)液態(tài)金屬原子的狀態(tài),二、凝固過(guò)程中材料的物理性質(zhì) 與晶體結(jié)構(gòu)的變化 體積改變 外形改變 熵值改變 產(chǎn)生凝固潛熱 晶體結(jié)構(gòu)改變 發(fā)生溶質(zhì)再分配,,凝固過(guò)程的溶質(zhì)再分配,第二節(jié) 凝固的熱力學(xué)

17、基礎(chǔ),一、狀態(tài)函數(shù)的概念 1、熱力學(xué)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù),,第二節(jié) 凝固的熱力學(xué)基礎(chǔ),一、狀態(tài)函數(shù)的概念 熱力學(xué)函數(shù)與狀態(tài)函數(shù),－體系的吉布斯（Gibbs）自由能－熱焓，體系等壓過(guò)程中熱量的變化－熱量和溫度的熵值，反映體系紊亂程度－體系的體積 －體系的溫度－體系的壓力 －等壓熱容,二、狀態(tài)函數(shù)間的關(guān)系,,,,,P,V,S,H,G,三、自發(fā)過(guò)程,判據(jù)一、Helmholtz自由

18、能最低原理： 等溫等容條件下體系的自由能永不增大；自發(fā)過(guò)程的方向力圖減低體系的自由能，平衡的標(biāo)志是體系的自由能為極小。判據(jù)二、Gibbs自由能判據(jù)： 等溫等壓條件下，一個(gè)只做體積功的體系，其自由能永不增大；自發(fā)過(guò)程的方向是使體系自由能降低，當(dāng)自由能降到極小值時(shí)，體系達(dá)到平衡。,液－氣界面原子受力作用示意,可以這樣理解界面張力：不同物體接觸的界面如同一張具有彈性的膜，該膜總是力圖使界面的面積減小。,從能量角

19、度：,,,可以這樣理解界面張力：不同物體接觸的界面如同一張具有彈性的膜，該膜總是力圖使界面的面積減小。,從能量角度：,,固體表面的液滴及表面張力的示意,根據(jù)力的平衡原理：,一、凝固的熱力學(xué)條件,等壓條件下有：,又：,,第三節(jié) 形核,等壓條件下，體系自由能隨溫度升高而降低，且液態(tài)金屬自由能隨溫度降低的趨勢(shì)大于固態(tài)金屬。,一、凝固的熱力學(xué)條件,等壓條件下有：,又：,,,純金屬液、固兩相自由能隨溫度的變化,在熔點(diǎn)附近凝固時(shí)，熱焓和熵值隨溫度

20、的變化可忽略不計(jì)，則有：,過(guò)冷度△T為金屬凝固的驅(qū)動(dòng)力，過(guò)冷度越大，凝固驅(qū)動(dòng)力越大；金屬不可能在T＝Tm時(shí)凝固。,二、自發(fā)形核,1、經(jīng)典相變動(dòng)力學(xué)理論,根據(jù)經(jīng)典相變動(dòng)力學(xué)理論，液相原子在凝固驅(qū)動(dòng)力△Gm作用下，從高自由能GL的液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杂赡蹽S的固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，必須越過(guò)一個(gè)能壘△Gd，才能使凝固過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。 整個(gè)液相的凝固過(guò)程，就是原子在相變驅(qū)動(dòng)力△Gm驅(qū)使下，不斷借助能量起伏以克服能壘△Gd，并通過(guò)形核和

21、長(zhǎng)大的方式而實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。,,二、自發(fā)形核,1、經(jīng)典相變動(dòng)力學(xué)理論,根據(jù)經(jīng)典相變動(dòng)力學(xué)理論，液相原子在凝固驅(qū)動(dòng)力△Gm作用下，從高自由能GL的液態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杂赡蹽S的固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，必須越過(guò)一個(gè)能壘△Gd，才能使凝固過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。 整個(gè)液相的凝固過(guò)程，就是原子在相變驅(qū)動(dòng)力△Gm驅(qū)使下，不斷借助能量起伏以克服能壘△Gd，并通過(guò)形核和長(zhǎng)大的方式而實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變過(guò)程。,,2、臨界形核功與臨界晶核半徑,表面自由能,,體積自

22、由能,,晶胚,晶核,原子半徑與吉布斯自由能的關(guān)系,臨界形核功相當(dāng)于表面能的1/3，這意味著固、液之間自由能差只能供給形成臨界晶核所需表面能的2/3，其余1/3的能量靠能量起伏來(lái)補(bǔ)足。,三、 非自發(fā)形核,1、臨界晶核半徑與形核功,四、形核劑,第四節(jié) 生長(zhǎng),一、固－液界面結(jié)構(gòu),粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生長(zhǎng)成為光滑的樹(shù)枝；大部分金屬屬于此類(lèi),光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長(zhǎng)成為

23、有棱角的晶體；非金屬、類(lèi)金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類(lèi),,,,粗糙界面,第四節(jié) 生長(zhǎng),一、固－液界面結(jié)構(gòu),粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生長(zhǎng)成為光滑的樹(shù)枝；大部分金屬屬于此類(lèi),光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長(zhǎng)成為有棱角的晶體；非金屬、類(lèi)金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類(lèi),,,粗糙界面,第四節(jié) 生長(zhǎng),一、固－液界面結(jié)構(gòu),粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生

24、長(zhǎng)成為光滑的樹(shù)枝；大部分金屬屬于此類(lèi),光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長(zhǎng)成為有棱角的晶體；非金屬、類(lèi)金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類(lèi),,光滑界面,第四節(jié) 生長(zhǎng),一、固－液界面結(jié)構(gòu),粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生長(zhǎng)成為光滑的樹(shù)枝；大部分金屬屬于此類(lèi),光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長(zhǎng)成為有棱角的晶體；非金屬、類(lèi)金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類(lèi),,,光滑界

25、面,第四節(jié) 生長(zhǎng),一、固－液界面結(jié)構(gòu),粗糙界面：微觀粗糙、宏觀光滑； 將生長(zhǎng)成為光滑的樹(shù)枝；大部分金屬屬于此類(lèi),光滑界面：微觀光滑、宏觀粗糙； 將生長(zhǎng)成為有棱角的晶體；非金屬、類(lèi)金屬（Bi、Sb、Si）屬于此類(lèi),,為光滑界面。,界面形態(tài)被稱(chēng)之,自由能均最小，此時(shí)的,這兩種情況下，,的空位均被原子占據(jù)。,，或幾乎所有,很多空位未被原子占據(jù),面上有,的兩端處，這意味著界,和,于,接近,的最小值

26、在,時(shí)，,）當(dāng),1,0,2,2,x,G,S,D,>,a,,簡(jiǎn)單立方晶體的長(zhǎng)大過(guò)程示意,二、生長(zhǎng)方式,,,,三、生長(zhǎng)速度,,一、溶質(zhì)再分配與平衡分配系數(shù) 溶質(zhì)平衡分配系數(shù) 為恒溫下固相溶質(zhì)濃度 與液相溶質(zhì)濃度 達(dá)到平衡時(shí)的比值，二元合金中的 可由平衡狀態(tài)圖的液相線(xiàn)與固相線(xiàn)給出，即：,二、非平衡凝固時(shí)的溶質(zhì)再分配

27、 假定凝固的任意時(shí)刻，固液界面處于局部平衡狀態(tài)，則有：,,,第五節(jié) 溶質(zhì)再分配,第五節(jié) 溶質(zhì)再分配,一、溶質(zhì)再分配與平衡分配系數(shù) 溶質(zhì)平衡分配系數(shù) 為恒溫下固相溶質(zhì)濃度 與液相溶質(zhì)濃度 達(dá)到平衡時(shí)的比值，二元合金中的 可由平衡狀態(tài)圖的液相線(xiàn)與固相線(xiàn)給出，即：,二、非平衡凝固時(shí)的溶質(zhì)再分配

28、 假定凝固的任意時(shí)刻，固液界面處于局部平衡狀態(tài)，則有：,,,三、成份過(guò)冷判據(jù),成分過(guò)冷：由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前沿平衡溫度發(fā)生變化而引起的過(guò)冷,合金凝固時(shí)的成分過(guò)冷a)二元平衡相圖 b)界面前沿液相溶質(zhì)富集帶c)穩(wěn)定界面d)非穩(wěn)定界面,鋁合金隨成分過(guò)冷度的增加，凝固界面形態(tài)的演變過(guò)程a)平界面b)痘點(diǎn)狀界面c)

29、狹長(zhǎng)胞狀界面d)不規(guī)則胞狀界面e)六角形胞晶f)樹(shù)枝晶,在固液界面附近，運(yùn)用Fick擴(kuò)散定律和平衡溫度梯度與液相斜率的關(guān)系，可以推導(dǎo)出成分過(guò)冷判據(jù)：,四、成份過(guò)冷與晶體生長(zhǎng)形態(tài),凝固界面形態(tài)分為：平界面、胞狀界面、和樹(shù)枝界面當(dāng)合金成分一致時(shí)，隨 值的減少，晶體形態(tài)由平面晶向胞狀晶向胞狀樹(shù)枝晶、柱狀樹(shù)枝和等軸樹(shù)枝晶轉(zhuǎn)變。,和 對(duì)晶體形態(tài)的影響,“成分過(guò)冷”與固－液界面形貌,胞狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪顦?shù)枝晶,

30、五、微觀偏析,偏析：金屬凝固過(guò)程中發(fā)生化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象偏析程度用偏析比來(lái)表示：,微觀偏析可造成材料本身的沖擊韌性、塑性繼耐腐蝕性降低,有兩種情況：,晶界與晶體生長(zhǎng)方向平行，晶界出現(xiàn)凹槽，溶質(zhì)富集程度高，如圖a；兩個(gè)晶粒相對(duì)生長(zhǎng)，相遇前將溶質(zhì)排出到剩余液相中，使最后凝固部分富含溶質(zhì)，如圖b。,六、宏觀偏析,宏觀偏析通常指整個(gè)鑄錠或鑄件在大于晶粒尺度的大范圍內(nèi)產(chǎn)生的成分不均勻的現(xiàn)象1、正常偏析：對(duì)于 1的合金，外層的一

31、定范圍內(nèi)溶質(zhì)含量分布由外向內(nèi)逐漸降低3、密度偏析：由于重力作用產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。,第六節(jié) 共晶合金的凝固,共晶型合金分為規(guī)則共晶和非規(guī)則共晶。 規(guī)則共晶由金屬－金屬組成，屬小平面共晶； 非規(guī)則共晶由金屬－非金屬組成，屬非小平面－小平面共晶。,不同的合金系中，共晶結(jié)晶的方式可分為共生生長(zhǎng)和離異生長(zhǎng)兩種。,對(duì)共生生長(zhǎng)，結(jié)晶時(shí)后析出相依附于領(lǐng)先相表面析出，形成具有兩相共生界面的雙相核心，隨后由

32、界面前沿兩相間的橫向擴(kuò)散作用，互相為對(duì)方提供生長(zhǎng)所需組元，以此協(xié)同生長(zhǎng)。,這一點(diǎn)從共晶系平衡相圖中也可看出。,a）為共晶系平衡組織相圖b）c）d)為吉布斯自由能隨溫度變化示意圖,共生生長(zhǎng)需要兩個(gè)基本條件：,兩相生長(zhǎng)能力接近，且析出相要容易在先析出相上形核和長(zhǎng)大。兩組元在界面前沿的橫向傳輸要能保證兩相等速生長(zhǎng)的需要。,由于實(shí)際凝固過(guò)程中動(dòng)力學(xué)條件的限制，實(shí)際共生區(qū)與前示平衡相圖上的共生區(qū)會(huì)有一定差異。通常要小一些，或是不對(duì)稱(chēng)。,對(duì)稱(chēng)形

33、 非對(duì)稱(chēng)形,離異生長(zhǎng)是指共晶合金兩相生長(zhǎng)時(shí)，沒(méi)有共同的生長(zhǎng)界面，兩相分離并以不同生長(zhǎng)速率而結(jié)晶。 離異共晶體可分為晶間偏析型和領(lǐng)先相呈球團(tuán)型兩類(lèi)。,晶間偏析型合金成分偏離共晶點(diǎn)很遠(yuǎn)，初生相長(zhǎng)得很大且很多時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)，而另一相在初生相上繼續(xù)長(zhǎng)出，最終所得組織如圖示。,領(lǐng)先相呈球團(tuán)型是由于領(lǐng)先相為熔點(diǎn)高的金屬，且生長(zhǎng)界面為各向異性，此時(shí)

34、領(lǐng)先相成球團(tuán)形態(tài)，其他相圍繞其表面生長(zhǎng)，形成“暈圈”。,不完整暈圈的共生生長(zhǎng) 封閉暈圈的離異生長(zhǎng),第七節(jié) 金屬及合金的凝固方式一、凝固方式與質(zhì)量的關(guān)系：,金屬或合金在鑄型中凝固時(shí),可以分為液相區(qū)、固相區(qū)和固液兩相區(qū)。,金屬或合金凝固分區(qū)示意圖,固液兩相區(qū)較窄時(shí)，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的得逐層凝固特點(diǎn)；固液兩相區(qū)較寬時(shí)，液相補(bǔ)縮困難，逐層凝固特征不明顯。,固液兩相區(qū)寬度對(duì)液相補(bǔ)縮的影響a)固液兩相區(qū)

35、寬度較窄b)固液兩相區(qū)寬度較寬,二、凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)與凝固方式,在凝固件橫斷面處設(shè)置溫度傳感器測(cè)定冷卻曲線(xiàn)，即溫度-時(shí)間曲線(xiàn)。據(jù)不同斷面的冷卻曲線(xiàn)，結(jié)合該合金的相圖，便可以繪出凝固件斷面液相線(xiàn)-固相線(xiàn)與凝固時(shí)間的關(guān)系----凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)。 由凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)可以看出合金在凝固件中的凝固方式。,鑄件凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)的繪制a)鑄件斷面的溫度-時(shí)間曲線(xiàn)b)凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)c)某時(shí)刻的凝固狀,工業(yè)純鋁鑄件斷面的凝固動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)a)砂型鑄造b)金

36、屬型鑄造,三、凝固方式的影響因素：,凝固方式一般由合金固液相線(xiàn)溫度間隔和凝固件斷面溫度梯度兩個(gè)因素決定。 凝固溫度間隔大的合金傾向于糊狀凝固；反之傾向于逐層凝固,逐層凝固,糊狀凝固,第八節(jié) 凝固成形的應(yīng)用一、鑄造生產(chǎn)過(guò)程中的凝固控制,1、充型能力控制充型能力：液態(tài)金屬充滿(mǎn)型腔，獲得形完 整、輪廓清晰鑄件的能力。影響因素：金屬金屬性質(zhì)方面、鑄型性質(zhì) 方面、澆鑄條件方面和鑄件結(jié)

37、 構(gòu)方面。,螺旋形流動(dòng)性試樣結(jié)構(gòu)示意圖,1-澆口杯；2-低壩；3-直澆道；4-螺旋試樣；5-高壩；6-溢流道；7-全壓井,衡量金屬或合金的流動(dòng)性，常用螺旋形式樣澆鑄后得到的長(zhǎng)度制來(lái)衡量。,2、收縮控制：,鑄件在冷卻過(guò)程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。收縮可分成三個(gè)階段：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮。液態(tài)收縮：從澆注溫度降低到凝固開(kāi)始的溫度時(shí)，發(fā)生的體積收縮；凝固收縮：合金再凝固階段的體積收縮；固態(tài)收縮：固態(tài)合金因溫度降低發(fā)生的體積

38、收縮。液態(tài)收縮、凝固收縮是引起縮孔、縮松的主要原因，而固態(tài)收縮是產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和裂紋的主要原因。,合金的收縮量用體收縮率和線(xiàn)收縮率來(lái)表示，其定義為：,V0，V1－合金在溫度為T(mén)0，T1時(shí)的體積；l0，l1－合金在溫度為T(mén)0，T1時(shí)的長(zhǎng)度；av，al－合金在T0～T1溫度范圍的體膨脹系數(shù)和線(xiàn)膨脹系數(shù)。,鑄件凝固后，由于合金的收縮，在最后凝固部位會(huì)出現(xiàn)孔洞。,體積大而集中的孔洞稱(chēng)為縮孔；細(xì)小而分散的空洞稱(chēng)為縮松。,以逐層凝固的圓

39、柱體鑄件為例，縮孔的形成過(guò)程如圖：,生產(chǎn)中常用畫(huà)“凝固等溫線(xiàn)”和畫(huà)“內(nèi)切圓”的方法來(lái)近似確定縮孔位置。,其中前一種方法一般用于形狀較簡(jiǎn)單的鑄件，而對(duì)于稍復(fù)雜的鑄件，則用后一種方法。,將鑄件斷面上溫度相同的點(diǎn)連接而成的曲線(xiàn)，就是凝固等溫線(xiàn)。圖中涂黑的部分就是縮孔出現(xiàn)的實(shí)際位置。,內(nèi)切圓法：鑄件壁交接處的內(nèi)切圓直徑大于鑄件壁厚，這些地方凝固較晚，縮孔可能在那里生成。,鑄件的縮松：,縮松是鑄件以糊狀凝固方式凝固時(shí)，最后凝固的區(qū)域沒(méi)能得到液態(tài)合

40、金的補(bǔ)充造成的分散、細(xì)小的顯微縮孔根據(jù)分布形態(tài)，縮松分為宏觀縮松和微觀縮松兩類(lèi)宏觀縮松：指用肉眼或放大鏡可以看到的細(xì)小孔洞，通常出現(xiàn)在縮孔的下方微縮縮松：是指分布在枝晶間的微小孔洞，在顯微鏡下才能看到。,縮孔、縮松的存在都會(huì)使鑄件受力的有效截面積減小，使鑄件強(qiáng)度降低。在生產(chǎn)中應(yīng)盡量防止或減少縮孔、縮松。 可以利用冒口、冷鐵和補(bǔ)貼等工藝措施，并結(jié)合運(yùn)用順序凝固或同時(shí)凝固的工藝原則來(lái)實(shí)現(xiàn)。,,3、應(yīng)力控制,鑄件冷卻時(shí)因

41、各部分冷卻速度不同，造成在同一時(shí)刻各部分的收縮量不同，彼此相互制約的結(jié)果就產(chǎn)生了應(yīng)力。,按應(yīng)力形成原因分類(lèi)：熱應(yīng)力 – 鑄件在冷卻過(guò)程中，由于各部分冷卻速度不一致，造成收縮量不一致，彼此制約的結(jié)果，所形成的應(yīng)力；相變應(yīng)力 – 鑄件冷卻過(guò)程中發(fā)生固態(tài)相變的時(shí)間不一致，體積和長(zhǎng)度變化的時(shí)間也不一致，彼此制約，形成的應(yīng)力；機(jī)械應(yīng)力 – 鑄件冷卻收縮過(guò)程中，線(xiàn)收縮受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。,框形鑄件熱應(yīng)力形成過(guò)程,第一階段（t0～t

42、1）：在高于彈塑性轉(zhuǎn)變階段，兩桿均處于塑性狀態(tài)，瞬時(shí)的應(yīng)力均可通過(guò)塑性變形釋放；第二階段（t1～t2）：冷卻較快的桿II已進(jìn)入彈性狀態(tài)，而粗桿I仍處于塑性狀態(tài)，所以桿II收縮大于桿I，細(xì)桿II受拉伸，粗桿I受壓縮，形成臨時(shí)內(nèi)應(yīng)力；第三階段（t2～t3）：粗桿I溫度較高，還會(huì)有較大的收縮，細(xì)桿II溫度較低，收縮較小，所以粗桿I的收縮會(huì)受到桿II的強(qiáng)烈阻礙，桿II受壓縮，桿I受拉伸，直到室溫，形成殘余應(yīng)力。,當(dāng)鑄造應(yīng)力超過(guò)金屬的屈服點(diǎn)后

43、，鑄件就會(huì)發(fā)生變形，以釋放應(yīng)力。 當(dāng)鑄造應(yīng)力超過(guò)金屬的抗拉強(qiáng)度時(shí)，鑄件就會(huì)產(chǎn)生裂紋。按裂紋形成的溫度范圍，可分為冷裂和熱裂兩種類(lèi)型。,要避免鑄件發(fā)生變形和裂紋，最根本的辦法是減小殘余應(yīng)力。,4、 凝固組織控制,鑄件宏觀組織一般可能存在三個(gè)不同的晶區(qū)：,表面細(xì)晶粒區(qū)：靠近型壁的外殼層，有紊亂排列的細(xì)小等軸晶組成；柱狀晶區(qū)：由自外向內(nèi)沿著熱流方向彼此排列的柱狀晶所組成；內(nèi)部等軸晶區(qū)：由紊亂排列的粗大等軸晶組成。,鑄件典

44、型的幾種組織,三個(gè)晶區(qū)形成的簡(jiǎn)單過(guò)程是： 金屬液澆入鑄型后，先在溫度低的型壁上形核與生長(zhǎng)，同時(shí)又從其上脫落與游移，從而在型壁附近沉積成細(xì)小晶粒，構(gòu)成表面細(xì)晶粒區(qū)； 表層細(xì)晶層形成后，液體對(duì)流強(qiáng)度大大減弱，固液界面前沿晶體在與型壁垂直的單向熱流作用下，向中心延伸，形成柱狀晶區(qū)； 在柱狀晶生長(zhǎng)過(guò)程中，液體內(nèi)部也將可能出現(xiàn)過(guò)冷，形成新的等軸晶，或從別處遷移過(guò)來(lái)的游離晶生長(zhǎng)成新的等軸晶，最終形成內(nèi)部

45、等軸晶區(qū)。,由于等軸晶性能均勻穩(wěn)定，沒(méi)有方向性，故其是生產(chǎn)中優(yōu)先選擇的宏觀組織形態(tài)。 工藝上常采取的工藝措施有以下4條：（1）適當(dāng)降低澆注溫度；（2）合理運(yùn)用鑄型的激冷作用；（3）孕育處理；（4）動(dòng)態(tài)晶粒細(xì)化。,（1）適當(dāng)降低澆注溫度,一方面防止柱狀晶生長(zhǎng)和晶粒粗化，另一方面又可以使游離晶在過(guò)熱較小的液相中保留下來(lái)。,（2）合理運(yùn)用鑄型的激冷作用,對(duì)薄壁件，采用激冷能力強(qiáng)的鑄型對(duì)厚壁件，采用激冷能力較弱的鑄型,（

46、3）孕育處理孕育處理的目的是造成大量晶核、細(xì)化晶粒。,合理選擇孕育劑合理確定孕育工藝,（4）動(dòng)態(tài)晶粒細(xì)化,振動(dòng)：振動(dòng)鑄型、澆注槽和澆口杯。振動(dòng)源有電磁、機(jī)械和超聲振動(dòng)攪拌：機(jī)械、電磁攪拌旋轉(zhuǎn)震蕩：變速旋轉(zhuǎn),二、焊接生產(chǎn)中的凝固過(guò)程控制,焊接熔池的凝固過(guò)程與一般鑄造時(shí)液態(tài)金屬凝固沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，服從凝固理論的一般規(guī)律。但焊接熔池的凝固過(guò)程還有其獨(dú)有的一些特點(diǎn)。,1、焊接熔池特征,過(guò)熱溫度高動(dòng)態(tài)下凝固對(duì)流強(qiáng)烈,焊接熔池凝固及焊

47、縫的形成,2、焊縫凝固特點(diǎn)1）外延生長(zhǎng),熔池中柱狀晶的形成,典型熔池形狀,2）彎曲柱狀晶,熔池的液相等溫線(xiàn)及晶體生長(zhǎng)線(xiàn)示意圖,焊接速度對(duì)結(jié)晶形態(tài)的影響a)焊接速度大 b)焊接速度小,焊縫凝固時(shí)晶區(qū)劃分示意圖,3）凝固界面生長(zhǎng)形式多樣性 焊接熔池中的溫度梯度與凝固速度比值G/R，在不同凝固階段是不同的，其凝固生長(zhǎng)界面亦可以從平界面生長(zhǎng)過(guò)渡到枝晶生長(zhǎng)形式。,3、熔池凝固組織控制,焊縫晶粒粗細(xì)與沖擊韌性間的關(guān)系1-細(xì)

48、晶組織 2-粗晶組織 3-粗大柱狀晶,焊接過(guò)程中改善凝固組織，防止粗晶產(chǎn)生的主要措施：,1）變質(zhì)處理2）振動(dòng)結(jié)晶3）優(yōu)化焊接工藝參數(shù),三、陶瓷與粉末合金制備過(guò)程中的凝固現(xiàn)象,1、硅酸鹽熔體的特點(diǎn) 高溫下硅酸鹽熔體顯著傾向于形成相對(duì)大的、形狀不規(guī)則的短程有序結(jié)構(gòu)。,2、硅酸鹽熔體的凝固,凝固的壓力-溫度平衡圖,新穩(wěn)定相形核率、生長(zhǎng)速率和溫度之間的關(guān)系,硅酸鹽熔體形成晶體需要一定的條件，即需要?jiǎng)?chuàng)造非均勻形核的條件，如下圖

49、所示。,具有液相偏析的二元相圖a)兩個(gè)不互溶液相區(qū) b)兩個(gè)亞穩(wěn)態(tài)過(guò)冷液相區(qū),其他的一些方法有：使用固體顆粒形核劑，或通過(guò)特殊的化學(xué)反應(yīng)，如光化學(xué)反應(yīng)獲得。,第三章 材料成形熱過(guò)程,,材料成形技術(shù)基礎(chǔ),第一節(jié) 焊接成形熱過(guò)程,一 焊接熱過(guò)程特點(diǎn)1.焊接熱過(guò)程的局部集中性2.焊接熱過(guò)程的瞬時(shí)性3.焊接熱源的移動(dòng)性,二 焊接過(guò)程熱效率熱效率 ?=Q’/QQ:焊接熱源提供的熱量;Q’:用于加熱焊件的有效熱量;,真正用

50、于焊接的有效功率P為 P= ?UI P:電弧功率; U:焊接電壓; I:焊接電流；,第二節(jié) 焊接溫度場(chǎng) 所謂焊接溫度場(chǎng)是指在焊接集中熱源的作用下，被焊工件上（包括內(nèi)部）各點(diǎn)在某一瞬時(shí)的溫度分布。,一、焊接傳熱形式及熱傳導(dǎo)方程,1.焊接傳熱的基本形式,焊接過(guò)程主要研究的是焊件溫度變化（相當(dāng)于冷卻為主）因此主要以熱傳導(dǎo)為主，適當(dāng)考慮輻射和對(duì)流的作用。,2.焊接熱傳導(dǎo)的基本方程

51、 熱總是從物體的高溫部位向低溫部位流動(dòng)，它的流動(dòng)規(guī)律服從傅立葉定律。 根據(jù)傅立葉定律及能量守恒定律，可以導(dǎo)出任一無(wú)限大物體內(nèi)部的熱傳導(dǎo)基本方程。,傅立葉定律： q=?dT/dnq—電流密度，即沿法線(xiàn)方向單位面積、單 位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的熱量；?—熱導(dǎo)率（J/cm?s?ºc),表示導(dǎo)熱能力,焊接熱傳導(dǎo)方程 ?T/?t=a?²T a：

52、熱擴(kuò)散率(cm²/s) ▽:拉普拉斯符號(hào)(?/?x+ ?/?y+ ?/?z) 表示某時(shí)刻，物體上給定點(diǎn)附近溫度分布越不均勻，則該點(diǎn)溫度變化越快。二、焊接溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)表述法及數(shù)學(xué)解析的假定條件 焊接溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 T = f( x, y, z, t ）,式中，T —工件上某一瞬時(shí)某點(diǎn)的溫度 x,y,z —工件上某點(diǎn)的空間坐標(biāo) t —時(shí)間數(shù)學(xué)解析的基本假定：

53、 ●物理系數(shù)=常數(shù) ●初始溫度均勻?yàn)榱?●不考慮相變、散熱和結(jié)晶潛熱 ●焊件幾何尺寸是無(wú)限的 ●熱源作用于焊件形式為點(diǎn)、線(xiàn)和面狀。,根據(jù)焊件的厚度和尺寸形狀，傳熱的方式可以簡(jiǎn)化為：1 厚大焊件—點(diǎn)狀熱源—三維溫度場(chǎng)2 薄板焊件—線(xiàn)狀熱源—二維溫度場(chǎng)3 細(xì)棒對(duì)接—面狀熱源—一維溫度場(chǎng),三、瞬時(shí)熱源的傳導(dǎo)過(guò)程,假定焊件的初始溫度t=0，利用瞬時(shí)熱源法比較容

54、易求得熱傳導(dǎo)基本方程的特解。其特解為： T(r,t)=r ——給定點(diǎn)到熱源點(diǎn)的坐標(biāo)n ——與熱源有關(guān)的常數(shù)Q——焊件瞬時(shí)獲得的熱能,,點(diǎn) n=3線(xiàn) n=2面 n=1,四、影響焊接溫度場(chǎng)的因素,1 熱源的性質(zhì)（熱源能量的集中性）2 焊接規(guī)范（焊速與能量，即焊接熱輸入）,3 被焊金屬的熱物理性質(zhì)（熱導(dǎo)率，體積熱容，熱擴(kuò)散率，比焓，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等）,4.焊件的板厚及形狀,薄板焊接的溫度場(chǎng)分布,表面堆焊和丁字接頭形式溫

55、度場(chǎng)分布,第三節(jié) 焊接熱循環(huán),焊接時(shí)焊件在加熱和冷卻過(guò)程中溫度隨時(shí)間的變化。即焊件上某點(diǎn)的溫度是隨時(shí)間由低到高達(dá)到最大值后又由高到低的變化。稱(chēng)為焊接熱循環(huán)。,一、焊接熱循環(huán)的主要參數(shù),1 加熱速度 ωH,2 峰值溫度 Tmax3 高溫停留時(shí)間 tH4 冷卻速度ω（或冷卻時(shí)間t8/5;t8/3;t100）,二、多層焊接熱循環(huán),1.長(zhǎng)段多層焊接熱循環(huán) 長(zhǎng)段焊道差不多在1m以上，這樣焊完第一層再焊第二層時(shí)，第一層焊縫基本上冷卻到1

56、00-200℃以下,2.短段多層焊接熱循環(huán),三、影響焊接熱循環(huán)的因素,1.焊件尺寸形狀的影響,2.接頭形式的影響,3.焊道長(zhǎng)度的影響,4.預(yù)熱溫度的影響,5.焊接線(xiàn)能量的影響6.焊接時(shí)冷卻條件的影響,第四節(jié) 凝固成形熱過(guò)程,一、凝固成形熱過(guò)程特點(diǎn)及效率1.凝固成形熱過(guò)程特點(diǎn) 凝固成形的基本熱過(guò)程包括加熱熔化和冷卻凝固兩個(gè)部分。以沖天爐為例，其熱交換區(qū)可分為預(yù)熱區(qū)、熔化區(qū)、過(guò)熱區(qū)和爐缸區(qū)4個(gè)部分。（1）預(yù)熱區(qū)的熱交換特點(diǎn)

57、1）爐氣給熱以對(duì)流方式為主。2）傳遞熱量大3）溫度變化大,（2）熔化區(qū)的熱交換特點(diǎn)1）爐氣給熱以對(duì)流傳熱為主。2）呈凹形分布。3）高度波動(dòng)大。（3）過(guò)熱區(qū)熱交換的特點(diǎn)1）鐵水的受熱以與焦炭接觸傳導(dǎo)導(dǎo)熱為主。2）傳熱強(qiáng)度大。3）爐氣最高溫度與區(qū)域高度起決定作用。（4）爐缸區(qū)的熱交換特點(diǎn) 與過(guò)熱區(qū)相仿,2.凝固成形加熱過(guò)程熱效率 凝固成形加熱過(guò)程的熱效率與冶煉方式、熱源種類(lèi)及冶煉材料的性能等因素有關(guān)。二

58、、凝固成形熱溫度場(chǎng) 根據(jù)鑄件溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化，能夠預(yù)測(cè)鑄件凝固過(guò)程中其斷面上各時(shí)刻的凝固區(qū)域大小及變化，凝固前沿向中心推進(jìn)的速度、縮孔和縮松的位置，凝固時(shí)間等重要問(wèn)題。,四種情況下，鑄件和鑄型的溫度分布特點(diǎn)1.鑄件在絕熱鑄型中凝固溫度分布特點(diǎn),2.以金屬-鑄型界面熱阻為主的金屬型中凝固溫度分布特點(diǎn),3.厚壁金屬型中凝固溫度的分布特點(diǎn),4.水冷金屬型中凝固溫度分布特點(diǎn),第五節(jié) 塑性成形熱過(guò)程特點(diǎn)及溫度場(chǎng)一、塑性成形熱過(guò)程

59、的基本特點(diǎn) 固體金屬材料的加熱過(guò)程，主要是熱源通過(guò)對(duì)流和輻射的形式對(duì)金屬加熱，在金屬內(nèi)部主要通過(guò)熱傳導(dǎo)的形式傳遞熱量，使金屬材料的溫度逐步均勻化。1.金屬材料的熱擴(kuò)散率是溫度的函數(shù) 材料的熱擴(kuò)散性好，即表明加熱時(shí)溫度在金屬內(nèi)部傳播的速度快，因而在材料斷面上的溫差就 小，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就小；同時(shí)，由于加熱時(shí)，溫度均勻化的速度快，因而可以采用快速加熱的方法提高生產(chǎn)率。,2.鋼在加熱過(guò)程中的氧化及脫碳,二、塑性成

60、形加熱過(guò)程的熱效率 金屬坯料的加熱方法，按所采用熱源種類(lèi)分為火焰加熱和電加熱兩大類(lèi)。 各種加熱方法的熱效率都不相同。三、塑性成形的溫度場(chǎng) 塑性成形在鋼錠或鋼材加熱過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)總是表面溫度高于中心溫度，出現(xiàn)斷面溫差，溫差 大小取決于鋼材熱擴(kuò)散性能、斷面尺寸、加熱速度以及爐溫與料溫的溫度差。鍛件在冷卻過(guò)程中，初期表面冷卻速度快，同樣也會(huì)出現(xiàn)斷面溫度差，只是此時(shí)是表面溫度低于中心部。,第四章 塑性成形理論基礎(chǔ)

61、,材料成形技術(shù)基礎(chǔ),,材料成形技術(shù)基礎(chǔ),4.1.1冷塑性變形機(jī)理,多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶界變形（晶間變形）兩種。在冷態(tài)條件下，由于晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi)，多晶體的塑性變形主要是晶內(nèi)變形，晶間變形只起次要作用，而且需要有其它變形機(jī)制相協(xié)調(diào)。,§4-1金屬冷態(tài)下的塑性變形,晶內(nèi)變形方式有滑移和孿生。由于滑移所需臨界切應(yīng)力小于孿生所需臨界切應(yīng)力，故多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形，孿生變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。

62、對(duì)于密排六方金屬，孿生變形起著重要作用。,,圖4-1 晶體滑移時(shí)的應(yīng)力分析,晶體的滑移過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)的移動(dòng)和增殖的過(guò)程。由于在這個(gè)過(guò)程中位錯(cuò)的交互作用，位錯(cuò)反應(yīng)和相互交割加劇，產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)難以越過(guò)這些障礙。要使金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，便產(chǎn)生了加工硬化。,圖4-2 刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成晶體滑移變形的示意,圖4-3 螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)造成晶體滑移變形的示意,圖4-4 面心立方晶體孿生變形示意,冷塑

63、性變形時(shí)，多晶體主要是晶內(nèi)滑移變形;實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)的移動(dòng)和增殖的過(guò)程;由于位錯(cuò)的交互作用,塑性變形時(shí) 產(chǎn)生了加工硬化。,4.1.2 冷塑性變形特點(diǎn),（1）各晶粒變形的不同時(shí)性 塑性變形首先在位向有利的晶粒內(nèi)發(fā)生,位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng),但其中的位錯(cuò)卻無(wú)法移出此晶粒,而是在晶界處塞積。位錯(cuò)塞積產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)越過(guò)晶界作用到相鄰晶粒上,使其得到附加應(yīng)力。隨外加應(yīng)力的增大,最終使相鄰位向不利的晶粒中滑移系的剪應(yīng)力分量達(dá)到臨界值而開(kāi)動(dòng)起來(lái)

64、,同時(shí)也使原來(lái)的位錯(cuò)塞積得到釋放,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)移出晶粒。如此持續(xù)運(yùn)作,使更多晶粒參與變形。,（2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性,晶粒的變形需要相互協(xié)調(diào)配合，如此才能保持晶粒之間的連續(xù)性，即變形不是孤立和任意的。（3）變形的不均勻性 軟位向的晶粒先變形，硬位向的晶粒后變形，其結(jié)果必然是各晶粒變形量的差異，這是由多晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。,4.1.3 冷塑性變形對(duì)組織與性能的影響1）對(duì)金屬組織的

65、影響（1）在晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶等組織（2）形成了纖維組織,冷加工變形后，金屬晶粒形狀發(fā)生了變化，變化趨勢(shì)大體與金屬宏觀變形一致。軋制變形時(shí)，原等軸晶粒沿變形方向伸長(zhǎng)。變形程度大時(shí)，晶粒呈現(xiàn)為一片如纖維狀的條紋，稱(chēng)為纖維組織。當(dāng)有夾雜或第二相質(zhì)點(diǎn)時(shí)，則它們會(huì)沿變形方向拉長(zhǎng)成細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀。,（3）變形織構(gòu) 多晶體塑性變形時(shí)伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)變形量很大時(shí)，多晶體中原為任意取向的各個(gè)晶粒，會(huì)逐漸調(diào)整其取向

66、而彼此趨于一致，這種由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱(chēng)為“變形織構(gòu)”。,圖4-5 絲織 構(gòu)示意圖a）拉拔前 b）拉拔后,圖4-6 板織構(gòu)示意a) 軋制前 b）軋制后,圖4-7 因板織構(gòu)所造成的“制耳”a) 無(wú)制耳 b) 有制耳,（4）晶粒內(nèi)產(chǎn)生胞狀亞結(jié)構(gòu) 塑性變形主要是借位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的。經(jīng)大變形后，位錯(cuò)密度可從退火狀態(tài)的106～107cm-2增加到1011～1012cm-2。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及

67、交互作用結(jié)果，其分布是不均勻的。它們先是比較紛亂地糾纏成群，形成“位錯(cuò)纏結(jié)”。如果變形量增大，就形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。,2）對(duì)金屬性能的影響 隨著變形程度的增加，金屬?gòu)?qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性降低。 金屬的性能將顯示各向異性 。,圖4-8 45號(hào)鋼力學(xué)性能與變形程度的關(guān)系曲線(xiàn),§4-2金屬熱態(tài)下的塑性變形4.2.1熱塑性變形時(shí)軟化過(guò)程,（1）動(dòng)態(tài)回復(fù) 動(dòng)態(tài)回復(fù)是在熱變

68、形過(guò)程中發(fā)生的回復(fù)，金屬即使在遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下塑性變形時(shí)一般也只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。（2）動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶，與靜態(tài)再結(jié)晶一樣，也是通過(guò)形核和生長(zhǎng)來(lái)完成的。它容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低且有較大熱變形程度的金屬上。,（3）靜態(tài)回復(fù) 在較低的溫度下、或在較早階段發(fā)生轉(zhuǎn)變的過(guò)程成為靜態(tài)回復(fù)。它是變形后的金屬自發(fā)地向自由能降低的方向轉(zhuǎn)變的過(guò)程。,（4）靜態(tài)再結(jié)晶 在再