ch4金屬塑性變形與再結晶

1、ch4金屬塑性變形與再結晶 本章主要內容： 單晶體與多晶全權的塑性變形 ； 塑性變形對金屬組織和性能的影響 ； 回復與再結晶； 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： 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 由大量位錯移動而導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，即晶體塑性變形的滑移機制。 ch4金屬塑性變形與再結晶 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、一定晶向彼此產生相對的平行滑動 一、滑移現象與滑移特點一、滑移現象與滑移特點 ch4金屬塑性變形與再結晶 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生的滑均為塑變后晶體表面產生的滑 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晶 2 滑移特點 發(fā)生在最密排晶面， 滑移方向為最密排晶向； 只在切應力下發(fā)生，存在臨界分切應力 滑移兩部分相對移動的距離是原子間距的整數倍，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晶 滑移面 滑移前 P P 滑移后 力偶 伴隨晶體的轉動和旋轉，滑移面轉向與外力平行方向，滑 移方向旋向最大切應力方向 產生 轉動 ch4金屬塑性變形與再結晶 意義： 實際金屬由多晶體構成，通過晶體的轉動和旋 轉，原來取向有利的晶粒（單晶體）經過一定 量塑性變形后取向不利，停止塑性變形；原來 取向不利的晶粒經過旋轉、轉動取向變?yōu)橛欣?開始塑性變形； 循環(huán)往復后可使塑性變形更均勻。 ch4金屬塑性變形與再結晶 隨滑移加劇，存在多滑移和交滑移現象 多滑移： 在兩個及以上的滑移系上同時進行的滑移。 意義：促進加工硬化 滑移的本質是借助 位錯線的逐步運

4、動。 多滑移時不同方向的位 錯線相交割，互為阻礙 難滑移 ch4金屬塑性變形與再結晶 三三 孿生孿生 1 定義： 晶體在切應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晶 ch4金屬塑性變形與再結晶 2、孿生形變的意義 通過單純孿生達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，遠小于 滑移所作的貢獻。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)進一步的滑移，獲得很大變形量，故間接貢 獻卻很大。 ch4金屬塑性變形與再結晶 3、孿生特點： n）孿生是均勻切變， n）相對移動

5、距離不是孿生方向的原子間距的整數 n 倍，孿生面兩邊晶體位向不同成鏡面對稱； n）切變區(qū)內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，因此出現孿晶的試樣經 n 重新拋光，腐蝕后仍能顯現出來。 n）在切應力作用下，且t tc但tc(孿生) tc(滑移) n）實質借助一個不全位錯運動而成，存在形核與 n 長大過程。 ch4金屬塑性變形與再結晶 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晶 一 多晶體塑性變形特點 單個晶粒與單晶體一致； 各晶

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

7、應力集 中 開裂 、ak甚 至 第二相強化，彌散強化 連續(xù)網狀 塑性相 脆性相 ch4金屬塑性變形與再結晶 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 塑性變形對組織結構影響塑性變形對組織結構影響 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晶 原因：位錯受阻后塞積、纏結亞晶界 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 嚴重畸變區(qū) 2 亞結構的細化 鑄態(tài)位錯密度 d = 10-2 cm； 塑變后位錯密度d = 10-410-6 cm ch4金屬塑性變形與再結晶 3 產生形變織構 定義

8、： 金屬塑性變形到很大程度(70%)時，晶 粒發(fā)生轉動，各晶粒的位向趨于一致，這 種有序化的結構。 ch4金屬塑性變形與再結晶 意義：性能各向異性 不利：變形不均勻，“制耳”現象 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 產生加工硬化 定義： 隨變形度增大，金屬的強硬度顯著增高而塑 韌性明顯下降的現象。 ch4金屬塑性變形與再結晶 原因：位錯增殖 意義： 強化手段形變強化； 有利于塑性變形均勻進行 有利于金屬構件的工作安全 性 不利：再變形難； - 解決辦法：冷加工之間的再結晶退火 ch4金屬

9、塑性變形與再結晶 2 產生殘余應力 第一類內應力宏觀內應力 工件不同部位1%；造成變形 第二類內應力微觀內應力 晶粒之間或內部不同區(qū)域 910%；應力集中，造成裂紋 第三類內應力點陣畸變(位錯、 空位) - 90%；強度、塑性原因 n消除方法： n去應力退火 n殘余應力的應 用： n噴丸處理 提高強度 ch4金屬塑性變形與再結晶 3 性能出現方向性 形變織構，70% 4 其它性能的影響 物理：電阻，導電、導磁性 化學：化學活性，耐蝕性 消除： 去應力退火 ch4金屬塑性變形與再結晶 回復與再結晶回復與再結晶 儲能是促使冷變形金屬發(fā)生變化的驅動力。觀 察冷變形金屬加熱時的變化，從儲能釋放及組 織

10、結構和性能的變化來分析，可分為回復、再 結晶和晶粒長大三個階段。 變形金屬加熱時組織性能變化的特點 ch4金屬塑性變形與再結晶 形變金屬在退火過程中的變化 根據組織變化不同，分為三個階段： 回復 再結晶 晶粒長大 組織 變化 回復：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。 再結晶：新的無畸變等軸小晶粒代替變形組織。 晶粒長大：細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晶 ch4金屬塑性變形與再結晶 電阻電阻 性能變化性能變化 ch4金屬塑性變形與再結晶 回復回復 一 回復的定義及特點 1 定義：冷變形后的金屬在加熱溫度不高時， 其光學組織未發(fā)生明

11、顯改變時所產生的某些亞 結構和性能的變化過程。 2 特點： 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晶 晶粒內部亞結構發(fā)生變化： 點缺陷 ； 位錯密度 異號位錯的合并； 同號位錯的規(guī)整化：形成回復亞晶， “多邊形化” -仍保留高位錯密度 ch4金屬塑性變形與再結晶 性能變化： HB、略 ，、略； R；耐腐蝕性提高 原因：晶格畸變 內應力 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晶 二 回復的應用（去應力退火） 目的：保持強硬度水平; 消除內應力，防止變形、開裂; 恢復物理、化學性

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象等 ch4金屬塑性變形與再結晶 1 再結晶定義: t，在變形組織的基體上就會產 生新的無畸變再結晶晶核，并逐漸長大形成等軸 晶粒，從而取代變形組織，該過程就成為再結晶 過程。 一 再結晶定義 再結晶及晶粒長大 ch4金屬塑性變形與再結晶 重結晶：由一種晶格類型轉變?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 晶 再結晶：無晶格類型轉變 。 冷變形后再結晶退火中： 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 再結晶與

13、重結晶的差別： ch4金屬塑性變形與再結晶 加熱溫度較高：TT再 T再0.4T熔；實際: +100200 顯微組織顯著變化 ： 轉變?yōu)榈容S無畸變新晶粒 亞結構：位錯密度大大降低； 性能顯著變化： HB、；、 內應力完全消除。 2 特點： ch4金屬塑性變形與再結晶 3 影響T再的因素 T再：指開始出現再結晶現象時的最低溫度 T熔 ： T熔， T再 原因：原子間結合力強，難擴散 純度： 純度，雜質% ，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、形與再結晶 變形程度： 變形程度，T再 原因： 儲存能，驅動力 當60%, 趨于穩(wěn)定； 當，T再； 無再結晶過程 最低再結晶 溫度 生產上通常規(guī)定經過大變形量(70%)后的金屬在保溫時間 1h內完成再結晶(轉變量95)的溫度為(最低)再結晶溫 度。 ch4金屬塑性變形與再結晶 三 影響再結晶晶粒度的因素 d = K (G/N)1/4； （1）再結晶加熱溫度 T，d 原因： 原子擴散能力強、 晶界易遷移 ch4金屬塑性變形與再結晶 （2）預先變形量： = 1090%：, d = 210%：異常長大 90%：異常長大 原因： 驅動力因素 形核因素 形變織構因素 關鍵形變均勻度 ch4金屬塑性變形與

15、再結晶 （3）合金元素、雜質及第二相質點 均阻礙晶界運動細化； 第二相愈彌散、細小、量愈多 細化效果愈明顯 注意： 分布須均勻，否則可能引起二次再結晶 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晶 二次再結晶： 形變量很大時(9095%)或在較高溫度下某些晶 粒的異常長大過程。 實質并非再結晶過程，而為再結晶后的晶 粒長大: “大吃小” = 210%：再結晶晶粒少、細小、被吃 90%：含織構且較多的雜質時 避開過大、過小的臨界變形量 210%、 90% ch4金屬塑性變形與再結晶 ch4金屬塑性變形與再結晶 金屬的熱加工金屬的熱加工 主要內容： （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晶 ch4金屬塑性變形與再結晶 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； 再結晶過程 晶粒、組織的細化； （3）減輕枝晶偏析 實際熱加工溫度遠高于再結晶溫度 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晶 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織：復相合金中各個相沿熱加工方向交替呈帶或 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晶 熱加工優(yōu)點：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 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，精度與表面質量要求高； 三、熱加工與冷加工的應用 ch4金屬塑性變形與再結晶 課后習題 n 1、試述金屬經冷塑性變