ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶

1、ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 本章主要內(nèi)容： 單晶體與多晶全權(quán)的塑性變形 ； 塑性變形對金屬組織和性能的影響 ； 回復(fù)與再結(jié)晶； 金屬的熱變形。 第四章第四章 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 重點(diǎn)： 金屬塑性變形處理，冷、熱變形對金屬組織和性能的影響。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 單晶體金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形 一一、滑移、滑移 1滑移的顯微觀察 由大量位錯(cuò)移動(dòng)而導(dǎo)致晶體的一部分相對于另一部分，沿著一定晶面和 晶向作相對的移動(dòng)，即晶體塑性變形的滑移機(jī)制。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 單晶體的塑性變形 塑性變形研究思路： 基本單元單晶體變形特性 晶界影響多晶體變形特性 相界合金變形特性 塑

2、性變形方式：滑移；孿生 F ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 1 滑移定義：在外力作用下，晶體相鄰二部分沿一 定晶面、一定晶向彼此產(chǎn)生相對的平行滑動(dòng) 一、滑移現(xiàn)象與滑移特點(diǎn)一、滑移現(xiàn)象與滑移特點(diǎn) ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 滑移帶滑移帶 滑移線滑移線 高錳鋼中的滑移帶，高錳鋼中的滑移帶，500X 滑移線與滑移帶：滑移線與滑移帶： 均為塑變后晶體表面產(chǎn)生的滑均為塑變后晶體表面產(chǎn)生的滑 移臺階，但大小不同移臺階，但大小不同 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 2 滑移特點(diǎn) 發(fā)生在最密排晶面， 滑移方向?yàn)樽蠲芘啪颍?只在切應(yīng)力下發(fā)生，存在臨界分切應(yīng)力 滑移兩部分相對移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍，滑移 后滑移面兩

3、邊的晶體位向仍保持一致 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 滑移面 滑移前 P P 滑移后 力偶 伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，滑移面轉(zhuǎn)向與外力平行方向，滑 移方向旋向最大切應(yīng)力方向 產(chǎn)生 轉(zhuǎn)動(dòng) ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 意義： 實(shí)際金屬由多晶體構(gòu)成，通過晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋 轉(zhuǎn)，原來取向有利的晶粒（單晶體）經(jīng)過一定 量塑性變形后取向不利，停止塑性變形；原來 取向不利的晶粒經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)取向變?yōu)橛欣?開始塑性變形； 循環(huán)往復(fù)后可使塑性變形更均勻。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 隨滑移加劇，存在多滑移和交滑移現(xiàn)象 多滑移： 在兩個(gè)及以上的滑移系上同時(shí)進(jìn)行的滑移。 意義：促進(jìn)加工硬化 滑移的本質(zhì)是借助 位錯(cuò)線的逐步運(yùn)

4、動(dòng)。 多滑移時(shí)不同方向的位 錯(cuò)線相交割，互為阻礙 難滑移 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 三三 孿生孿生 1 定義： 晶體在切應(yīng)力下其一部分沿一定的晶面和晶向相 對于另一部分作均勻切變。 孿晶帶 孿生面 孿生面 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 2、孿生形變的意義 通過單純孿生達(dá)到的變形量是極為有限的，如Zn 單晶，孿生只能獲得7.27.4伸長率，遠(yuǎn)小于 滑移所作的貢獻(xiàn)。但是孿生變形改變了晶體的位 向，從而可使晶體處于更有利于發(fā)生滑移的位置， 激發(fā)進(jìn)一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢 獻(xiàn)卻很大。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 3、孿生特點(diǎn)： n）孿生是均勻切變， n）相對移動(dòng)

5、距離不是孿生方向的原子間距的整數(shù) n 倍，孿生面兩邊晶體位向不同成鏡面對稱； n）切變區(qū)內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對 n 其鄰面沿孿生方向位移了一定距離，且每一層 n 原子相對于孿生面的切變量和它與孿生面的距 n 離成正比； n）孿生改變了晶體取向，因此出現(xiàn)孿晶的試樣經(jīng) n 重新拋光，腐蝕后仍能顯現(xiàn)出來。 n）在切應(yīng)力作用下，且t tc但tc(孿生) tc(滑移) n）實(shí)質(zhì)借助一個(gè)不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而成，存在形核與 n 長大過程。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 多晶體與合金的塑性變形多晶體與合金的塑性變形 晶界晶界 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 一 多晶體塑性變形特點(diǎn) 單個(gè)晶粒與單晶體一致； 各晶

6、粒的變形具不同時(shí)性：分批、逐次。 原因：取向不同 變形具不均勻性，晶粒內(nèi)部與邊界、 晶粒之間（取向） 多晶體變形抗(阻)力 單晶體 原因：晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 多晶體變形要受到晶界和相鄰不同位向晶粒的約束。 周圍晶粒同時(shí)發(fā)生相適應(yīng)的變形來配合。一般多晶體為多系 滑移，高的加工硬化率，變形抗力增大，強(qiáng)度顯著提高，應(yīng) 力-應(yīng)變曲線無只出現(xiàn)、階段。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 二二 合金塑性變形特點(diǎn)合金塑性變形特點(diǎn) n 溶質(zhì)原子阻礙變形： 固溶強(qiáng)化 n 第二相： n 與第二相的強(qiáng)塑性、大 小、形態(tài)、分布等有關(guān)。 第二相塑性優(yōu)于基體，則： 而； 硬脆相： 分布合理，則 阻礙位 錯(cuò) 不合理 ，則 不能塑變

7、應(yīng)力集 中 開裂 、ak甚 至 第二相強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化 連續(xù)網(wǎng)狀 塑性相 脆性相 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響 一一 塑性變形對組織結(jié)構(gòu)影響塑性變形對組織結(jié)構(gòu)影響 1 晶粒變形：等軸狀拉長 形成纖維組織、帶狀組織。 - 性能各向異性 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 原因：位錯(cuò)受阻后塞積、纏結(jié)亞晶界 晶粒分 化為許多位向略有差異的小晶塊 -變形中的晶粒碎化 晶格較完整 的亞晶塊 嚴(yán)重畸變區(qū) 2 亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化 鑄態(tài)位錯(cuò)密度 d = 10-2 cm； 塑變后位錯(cuò)密度d = 10-410-6 cm ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 3 產(chǎn)生形變織構(gòu) 定義

8、： 金屬塑性變形到很大程度(70%)時(shí)，晶 粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，各晶粒的位向趨于一致，這 種有序化的結(jié)構(gòu)。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 意義：性能各向異性 不利：變形不均勻，“制耳”現(xiàn)象 獲特異性能：變壓器鐵芯硅鋼片100 難消除須控制變形量 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 二二 塑性變形對金屬性能的影響塑性變形對金屬性能的影響 1 產(chǎn)生加工硬化 定義： 隨變形度增大，金屬的強(qiáng)硬度顯著增高而塑 韌性明顯下降的現(xiàn)象。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 原因：位錯(cuò)增殖 意義： 強(qiáng)化手段形變強(qiáng)化； 有利于塑性變形均勻進(jìn)行 有利于金屬構(gòu)件的工作安全 性 不利：再變形難； - 解決辦法：冷加工之間的再結(jié)晶退火 ch4金屬

9、塑性變形與再結(jié)晶 2 產(chǎn)生殘余應(yīng)力 第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力 工件不同部位1%；造成變形 第二類內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力 晶粒之間或內(nèi)部不同區(qū)域 910%；應(yīng)力集中，造成裂紋 第三類內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)陣畸變(位錯(cuò)、 空位) - 90%；強(qiáng)度、塑性原因 n消除方法： n去應(yīng)力退火 n殘余應(yīng)力的應(yīng) 用： n噴丸處理 提高強(qiáng)度 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 3 性能出現(xiàn)方向性 形變織構(gòu)，70% 4 其它性能的影響 物理：電阻，導(dǎo)電、導(dǎo)磁性 化學(xué)：化學(xué)活性，耐蝕性 消除： 去應(yīng)力退火 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶 儲能是促使冷變形金屬發(fā)生變化的驅(qū)動(dòng)力。觀 察冷變形金屬加熱時(shí)的變化，從儲能釋放及組 織

10、結(jié)構(gòu)和性能的變化來分析，可分為回復(fù)、再 結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段。 變形金屬加熱時(shí)組織性能變化的特點(diǎn) ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 形變金屬在退火過程中的變化 根據(jù)組織變化不同，分為三個(gè)階段： 回復(fù) 再結(jié)晶 晶粒長大 組織 變化 回復(fù)：在較低溫度下變形材料的顯微組織基本上未發(fā)生變 化，多邊化。 再結(jié)晶：新的無畸變等軸小晶粒代替變形組織。 晶粒長大：細(xì)小新晶粒通過互相吞并長大而形成穩(wěn)定的尺 寸。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 電阻電阻 性能變化性能變化 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 回復(fù)回復(fù) 一 回復(fù)的定義及特點(diǎn) 1 定義：冷變形后的金屬在加熱溫度不高時(shí)， 其光學(xué)組織未發(fā)生明

11、顯改變時(shí)所產(chǎn)生的某些亞 結(jié)構(gòu)和性能的變化過程。 2 特點(diǎn)： 加熱T低：T回 = (0.250.3)T熔； 顯微組織無明顯變化： 仍保留拉長、畸變的晶粒 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化： 點(diǎn)缺陷 ； 位錯(cuò)密度 異號位錯(cuò)的合并； 同號位錯(cuò)的規(guī)整化：形成回復(fù)亞晶， “多邊形化” -仍保留高位錯(cuò)密度 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 性能變化： HB、略 ，、略； R；耐腐蝕性提高 原因：晶格畸變 內(nèi)應(yīng)力 力性變化不大，加工硬化基本保持； 理、化性能變化較大。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 二 回復(fù)的應(yīng)用（去應(yīng)力退火） 目的：保持強(qiáng)硬度水平; 消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形、開裂; 恢復(fù)物理、化學(xué)性

12、能。 冷成形、焊接、鑄造鋼件：250650 例如：一戰(zhàn)中黃銅子彈的季裂現(xiàn)象等 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 1 再結(jié)晶定義: t，在變形組織的基體上就會(huì)產(chǎn) 生新的無畸變再結(jié)晶晶核，并逐漸長大形成等軸 晶粒，從而取代變形組織，該過程就成為再結(jié)晶 過程。 一 再結(jié)晶定義 再結(jié)晶及晶粒長大 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 重結(jié)晶：由一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型 的過程。 如： 鋼在1000熱軋，及軋后冷卻到室溫發(fā)生鐵 素體 奧氏體和奧氏體 鐵素體 ，均為重結(jié) 晶 再結(jié)晶：無晶格類型轉(zhuǎn)變 。 冷變形后再結(jié)晶退火中： 畸變鐵素體無畸變鐵素體 又如鋼在1000熱軋過程中： 畸變奧氏體 無畸變奧氏體 再結(jié)晶與

13、重結(jié)晶的差別： ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 加熱溫度較高：TT再 T再0.4T熔；實(shí)際: +100200 顯微組織顯著變化 ： 轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S無畸變新晶粒 亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)密度大大降低； 性能顯著變化： HB、；、 內(nèi)應(yīng)力完全消除。 2 特點(diǎn)： ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 3 影響T再的因素 T再：指開始出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象時(shí)的最低溫度 T熔 ： T熔， T再 原因：原子間結(jié)合力強(qiáng)，難擴(kuò)散 純度： 純度，雜質(zhì)% ，T再 如：高純鋁(99.999%)： T再80 ； 工業(yè)純鋁(99.9%)： T再 290 原因：阻礙原子擴(kuò)散與晶界遷移 又： 純鐵： T再 450； 碳鋼： T再 500650 ch4金屬塑性變

14、形與再結(jié)晶 變形程度： 變形程度，T再 原因： 儲存能，驅(qū)動(dòng)力 當(dāng)60%, 趨于穩(wěn)定； 當(dāng)，T再； 無再結(jié)晶過程 最低再結(jié)晶 溫度 生產(chǎn)上通常規(guī)定經(jīng)過大變形量(70%)后的金屬在保溫時(shí)間 1h內(nèi)完成再結(jié)晶(轉(zhuǎn)變量95)的溫度為(最低)再結(jié)晶溫 度。 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 三 影響再結(jié)晶晶粒度的因素 d = K (G/N)1/4； （1）再結(jié)晶加熱溫度 T，d 原因： 原子擴(kuò)散能力強(qiáng)、 晶界易遷移 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 （2）預(yù)先變形量： = 1090%：, d = 210%：異常長大 90%：異常長大 原因： 驅(qū)動(dòng)力因素 形核因素 形變織構(gòu)因素 關(guān)鍵形變均勻度 ch4金屬塑性變形與

15、再結(jié)晶 （3）合金元素、雜質(zhì)及第二相質(zhì)點(diǎn) 均阻礙晶界運(yùn)動(dòng)細(xì)化； 第二相愈彌散、細(xì)小、量愈多 細(xì)化效果愈明顯 注意： 分布須均勻，否則可能引起二次再結(jié)晶 其它因素： 原始晶粒尺寸、變形溫度等 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 二次再結(jié)晶： 形變量很大時(shí)(9095%)或在較高溫度下某些晶 粒的異常長大過程。 實(shí)質(zhì)并非再結(jié)晶過程，而為再結(jié)晶后的晶 粒長大: “大吃小” = 210%：再結(jié)晶晶粒少、細(xì)小、被吃 90%：含織構(gòu)且較多的雜質(zhì)時(shí) 避開過大、過小的臨界變形量 210%、 90% ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 金屬的熱加工金屬的熱加工 主要內(nèi)容： （1）熱加工與冷加工區(qū)別 （

16、2）熱加工對組織與性能影響 熱加工：T T再； 冷加工： T T再； 一 金屬熱加工與冷加工的概念 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 二 熱加工對組織、性能的影響 熱加工：鋼材的熱鍛與熱軋 1 消除鑄態(tài)組織缺陷： （1）氣孔、疏松、微裂紋的焊合； （2）破碎粗大的鑄態(tài)晶粒； 再結(jié)晶過程 晶粒、組織的細(xì)化； （3）減輕枝晶偏析 實(shí)際熱加工溫度遠(yuǎn)高于再結(jié)晶溫度 成分均勻化 塑韌性，熱加工組織優(yōu)于鑄態(tài) ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織：復(fù)相合金中各個(gè)相沿?zé)峒庸し较蚪惶娉蕩Щ?層狀組織。 纖維組織：晶粒、區(qū)域偏析(成分偏析、夾雜物分布)沿加 工方向延伸形成的組織。 力性的各向異性 鐵素體 珠光體 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 熱加工優(yōu)點(diǎn)：改善組織 塑性好，變形抗力?。?缺 陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低、 應(yīng) 用: （1）室溫下硬度、脆性較大的金屬； （2）截面尺寸大、精度低、變形量大； 冷加工：（1）用于塑性好的金屬； （2）截面小，精度與表面質(zhì)量要求高； 三、熱加工與冷加工的應(yīng)用 ch4金屬塑性變形與再結(jié)晶 課后習(xí)題 n 1、試述金屬經(jīng)冷塑性變