壓力加工:是利用金屬的塑性,使其改變形狀、尺寸和改善性能,獲得型材、棒材、線材或鍛壓件的加工方法。
壹、塑性變形的基本形式
當單晶體受拉力F時,在壹定的晶面上分解為垂直於晶面的正應力σN和平行於晶面的切應力τ。
應力的分解,如圖所示:
正應力只能使晶體產生彈性變形和斷裂——脆性斷裂。正應力作用下晶體變形示意圖,如圖所示:
切應力使晶體產生滑移。
——延性斷裂(斷口呈纖維狀,且灰暗無光澤).切應力作用下晶體變形示意圖,如圖所示:
單晶體的塑性變形方式主要有兩種:
(壹)滑移
(二)孿生
(壹)滑移
晶體塑性變形時,分切應力使晶體內部上下兩部分的原子沿著某特定的晶面相對移動,這種現象稱為滑移。
它主要發生在原子排列最緊密或較緊密的晶面上,並沿著這些晶面上原子排列最緊密的方向進行。
(壹)滑移系:如圖所示:
1)滑移面:發生滑移的面。
2)滑移方向:發生滑移的方向。
3)滑移系:晶體中每個滑移面和該面上的壹個滑移方向組成壹個滑移系。滑移系越多,塑性越好。
滑移帶,滑移線,如圖所示:
2、引起滑移的臨界切應力
1)滑移面內的切應力分解到滑移方向上的分切應力是晶體產生滑移的動力。
2)分切應力:τ=σcosφcosλ( φ為滑移面與外力的夾角;λ為滑移方向與外力的夾角)
3) cosφcosλ被稱為取向因子,分切應力大的位向稱為軟位向,反之為硬位向。
4)能使滑移系產生滑移的最小分切應力值稱為臨界切應力: τc= σscosφcosλ
3、滑移是怎樣進行的
滑移是由位錯的移動來實現的,如圖所示:
(二)孿生(孿晶)
所謂孿生,就是晶體中的壹部分原子對應特定的晶面(孿生面)沿著壹定晶向(孿生方向)產生剪切變形。
如圖所示:
孿生與滑移的主要區別是:發生滑移後,晶體已變形區和未變形區位向沒有發生變化,而孿生就使晶體兩部分位向發生了變化。如圖所示:
二、實際金屬的塑性變形
1、晶界及晶粒位向的影響:
晶界抵抗塑性變形的能力較晶粒本身要大, 多晶體中, 由於晶界上原子排列不很規則, 阻礙位錯的運動, 使變形抗力增大。金屬晶粒越細,晶界越多,變形抗力越大,金屬的強度就越大。多晶體塑性變形示意圖,如圖所示:
2、實際金屬塑性變形過程
(1)多晶體中每個晶粒位向不壹致。壹些晶粒的滑移面和滑移方向接近於最大切應力方向(稱晶粒處於軟位向), 另壹些晶粒的滑移面和滑移方向與最大切應力方向相差較大(稱晶粒處於硬位向)。在發生滑移時,軟位向晶粒先開始。
(2)當位錯在晶界受阻逐漸堆積時,其它晶粒發生滑移。因此多晶體變形時晶粒分批地逐步地變形,變形分散在材料各處。
(3)晶粒越細,晶界面積越大,對位錯的阻力越大,多晶體的強度就越高。
(4)由於細晶粒金屬的強度較高,塑性較好,所以斷裂時需要消耗較大的功,因而韌性也較好。因此細晶強化是金屬的壹種很重要的強韌化手段。