金屬的塑性變形(1)ppt課件

1、第四章第四章 金屬的塑性變形金屬的塑性變形塑性變形及隨后的加熱，對(duì)金屬資料組織和性能有塑性變形及隨后的加熱，對(duì)金屬資料組織和性能有顯著的影響。了解塑性變形的本質(zhì)、塑性變形及加顯著的影響。了解塑性變形的本質(zhì)、塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揚(yáng)金屬的性能潛力，正熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揚(yáng)金屬的性能潛力，正確確定加工工藝確確定加工工藝 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 變形后金屬的回復(fù)與再結(jié)晶變形后金屬的回復(fù)與再結(jié)晶金屬的熱塑性變形金屬的熱塑性變形1第一節(jié)第一節(jié) 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形一、單晶體純金屬的塑性變形一、單晶體純金屬的塑性變形se 在應(yīng)力低于

2、彈性極限在應(yīng)力低于彈性極限ee時(shí)，資料發(fā)生的變形為彈性時(shí)，資料發(fā)生的變形為彈性變形；應(yīng)力在變形；應(yīng)力在ee到到bb之間之間將發(fā)生的變形為均勻塑性變將發(fā)生的變形為均勻塑性變形；在形；在bb之后將發(fā)生頸縮；之后將發(fā)生頸縮；在在K K點(diǎn)發(fā)生斷裂。點(diǎn)發(fā)生斷裂。 彈性變形的本質(zhì)是：在應(yīng)力的作用下，資料內(nèi)部的原子偏離了平衡位彈性變形的本質(zhì)是：在應(yīng)力的作用下，資料內(nèi)部的原子偏離了平衡位置，但未超越其原子間的結(jié)合力。晶格發(fā)生了伸長(zhǎng)置，但未超越其原子間的結(jié)合力。晶格發(fā)生了伸長(zhǎng)( (縮短縮短) )或歪扭。或歪扭。原子的相鄰關(guān)系未發(fā)生改動(dòng)，故外力去除后，原子間結(jié)合力便可原子的相鄰關(guān)系未發(fā)生改動(dòng)，故外力去除后，原子間

3、結(jié)合力便可以使變形完全恢復(fù)。以使變形完全恢復(fù)。 2PPPPP ： 載荷：正應(yīng)力：切應(yīng)力單晶體受力后，外力在任何晶面單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力上都可分解為正應(yīng)力垂直晶垂直晶面和切應(yīng)力面和切應(yīng)力平行晶面平行晶面 。正應(yīng)力只能引起彈性變形正應(yīng)力只能引起彈性變形,當(dāng)超越當(dāng)超越原子間結(jié)合力時(shí)，晶體斷裂。原子間結(jié)合力時(shí)，晶體斷裂。只需在切應(yīng)力的作用下金屬晶體只需在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才干產(chǎn)生塑性變形。才干產(chǎn)生塑性變形。外力在晶面上的外力在晶面上的分解分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片塑性變形的本質(zhì)是：在應(yīng)力的作用塑性變形的本質(zhì)是：在應(yīng)力的作用下，

4、資料內(nèi)部原子相鄰關(guān)系曾經(jīng)下，資料內(nèi)部原子相鄰關(guān)系曾經(jīng)發(fā)生改動(dòng)，故外力去除后，原子發(fā)生改動(dòng)，故外力去除后，原子到了另一平衡位置，物體將留下到了另一平衡位置，物體將留下永久變形。永久變形。 塑性變形塑性變形3滑移是指當(dāng)應(yīng)力超越資料的彈性極限后，晶滑移是指當(dāng)應(yīng)力超越資料的彈性極限后，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的景象。在應(yīng)力去除后，部分發(fā)生滑動(dòng)位移的景象。在應(yīng)力去除后，位移不能恢復(fù)，在金屬外表留下變形的痕跡位移不能恢復(fù)，在金屬外表留下變形的痕跡塑性變形的方式：滑移和孿生塑性變形的方式：滑移和孿生金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形金屬常以滑移

5、方式發(fā)生塑性變形 滑移滑移4 滑移只能在切應(yīng)力的滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。作用下發(fā)生。1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn)5 滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生?；瞥Ｑ鼐w中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。6沿其發(fā)生滑移的晶面叫做滑移面；沿其發(fā)生滑移的晶面叫做滑移面；沿其發(fā)生滑移的晶向叫做滑移方向；沿其發(fā)生滑移的晶向叫做滑移方向；它們通常是晶體中的密排面和密排方向。它們通常是晶體中的密排面和密排方向。一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移

6、方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系?；葡翟蕉?，金屬發(fā)生滑移的能夠性越大，塑性也滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的能夠性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘姆瞰I(xiàn)比滑移面更大。越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘姆瞰I(xiàn)比滑移面更大。7FCCFCC6金屬的塑性：金屬的塑性：fccfccbccbccchpchp8哪個(gè)滑移系先滑移？哪個(gè)滑移系先滑移？當(dāng)作用于滑移面上滑移方向的切應(yīng)力分量當(dāng)作用于滑移面上滑移方向的切應(yīng)力分量c分切分切應(yīng)力大于等于一定的臨界值臨界切應(yīng)力，決議于應(yīng)力大于等于一定的臨界值臨界切應(yīng)力，決議于原子間結(jié)合力，才可進(jìn)展。原子間結(jié)合力，才可進(jìn)展。coscos AFc取向因子取

7、向因子最先到達(dá)最先到達(dá) c的滑移系先開場(chǎng)滑移的滑移系先開場(chǎng)滑移滑移時(shí)滑移時(shí)9 滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍。數(shù)倍。 滑移的結(jié)果在晶體外表構(gòu)成臺(tái)階，稱滑移線，假設(shè)滑移的結(jié)果在晶體外表構(gòu)成臺(tái)階，稱滑移線，假設(shè)干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。 銅拉伸試樣外表滑移帶銅拉伸試樣外表滑移帶10 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)?；频耐瑫r(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)的緣由：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力轉(zhuǎn)動(dòng)的緣由：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶分量組成了力偶. .11韌性斷口韌性斷口12把滑移想象為剛性整體滑動(dòng)把滑移想

8、象為剛性整體滑動(dòng)滑移面上每一個(gè)原子都同時(shí)移滑移面上每一個(gè)原子都同時(shí)移到另一個(gè)平衡位置，外加的切應(yīng)力必需同時(shí)抑制滑移面上一切到另一個(gè)平衡位置，外加的切應(yīng)力必需同時(shí)抑制滑移面上一切原子間的結(jié)合力。所需實(shí)際臨界切應(yīng)力值比實(shí)踐丈量值大原子間的結(jié)合力。所需實(shí)際臨界切應(yīng)力值比實(shí)踐丈量值大3-43-4個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)?；剖墙?jīng)過(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；剖墙?jīng)過(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理13刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)滑移過(guò)程中會(huì)生成許多位錯(cuò)：塑性變形量添加，晶體中位錯(cuò)密滑移過(guò)程中會(huì)生成許多位錯(cuò)：塑性變形量添加，晶體中位錯(cuò)密度增大度增大晶體經(jīng)過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只需求在位錯(cuò)中

9、心的少數(shù)原子發(fā)生挪動(dòng)，晶體經(jīng)過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只需求在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生挪動(dòng)，它們挪動(dòng)的間隔遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因此所需臨界切應(yīng)力小，這種景象它們挪動(dòng)的間隔遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因此所需臨界切應(yīng)力小，這種景象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性。稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性。14孿生是指晶體的一部分孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切于另一部分所發(fā)生的切變，發(fā)生在滑移系較少變，發(fā)生在滑移系較少或滑移受限制情況下?；蚧剖芟拗魄闆r下。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。生面。 孿生孿生15孿生的結(jié)果使孿生

10、面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。 孿生表示圖孿生表示圖16孿生使晶格位向發(fā)生改動(dòng)；孿生使晶格位向發(fā)生改動(dòng)；所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近聲速所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近聲速; ;孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距滑移是原子間距的整數(shù)倍。孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距滑移是原子間距的整數(shù)倍。與滑移相比：與滑移相比：密排六方晶格金屬：滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬：滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬：只需在低溫或沖擊作用下才發(fā)生體心立方晶格金屬：只需在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。孿生變形。

11、面心立方晶格金屬：普通不發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬：普通不發(fā)生孿生變形。17單個(gè)晶粒變形與單晶體類似，多晶體變形更復(fù)雜。單個(gè)晶粒變形與單晶體類似，多晶體變形更復(fù)雜。二、多晶體純金屬的塑性變形二、多晶體純金屬的塑性變形多晶體是由眾多取向不一的單晶體組成。在多晶體是由眾多取向不一的單晶體組成。在某一單向外力作用下各晶體的滑移面上的某一單向外力作用下各晶體的滑移面上的分切應(yīng)力不同，只需一些到達(dá)臨界切應(yīng)力分切應(yīng)力不同，只需一些到達(dá)臨界切應(yīng)力的滑移系才發(fā)生滑移。由于晶體之間的相的滑移系才發(fā)生滑移。由于晶體之間的相互制約，首先滑移的晶領(lǐng)會(huì)引起本身或相互制約，首先滑移的晶領(lǐng)會(huì)引起本身或相鄰晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，從

12、而使原來(lái)啟動(dòng)的滑移系鄰晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使原來(lái)啟動(dòng)的滑移系偏離最大切應(yīng)力方向，而停頓滑移。另一偏離最大切應(yīng)力方向，而停頓滑移。另一些原來(lái)不能啟動(dòng)的滑移系開動(dòng)，進(jìn)而使整些原來(lái)不能啟動(dòng)的滑移系開動(dòng)，進(jìn)而使整個(gè)晶體的塑性變形協(xié)調(diào)開展。個(gè)晶體的塑性變形協(xié)調(diào)開展。 軟位向硬位向18由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了堅(jiān)持金屬的延續(xù)性，周圍的晶粒假設(shè)不形時(shí)，為了堅(jiān)持金屬的延續(xù)性，周圍的晶粒假設(shè)不發(fā)生塑性變形，那么必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。發(fā)生塑性變形，那么必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的為塑性變形晶粒的變形阻

13、力。變形阻力。由于晶粒間的這種由于晶粒間的這種相互約束，使得多相互約束，使得多晶體金屬的塑性變晶體金屬的塑性變形抗力提高。形抗力提高。 2、晶粒位向差妨礙滑移、晶粒位向差妨礙滑移19當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，遭到晶界的妨礙而堆積起遭到晶界的妨礙而堆積起來(lái)，稱位錯(cuò)的塞積。要使來(lái)，稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)展，那么必需變形繼續(xù)進(jìn)展，那么必需添加外力，從而使金屬的添加外力，從而使金屬的變形抗力提高。變形抗力提高。3、晶界的影響、晶界的影響20晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯(cuò)塞積界的位錯(cuò)塞積21晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)妨礙越多；

14、需求晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)妨礙越多；需求協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高，另外，一定的變形量由更多晶粒分散的抗力越高，另外，一定的變形量由更多晶粒分散承當(dāng)，不會(huì)呵斥部分的應(yīng)力集中，使在斷裂前發(fā)生承當(dāng)，不會(huì)呵斥部分的應(yīng)力集中，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形，強(qiáng)度和塑性同時(shí)添加，金屬在斷較大的塑性變形，強(qiáng)度和塑性同時(shí)添加，金屬在斷裂前耗費(fèi)的功也大，因此其韌性也較好。裂前耗費(fèi)的功也大，因此其韌性也較好。晶粒大小對(duì)塑性變形的影響晶粒大小對(duì)塑性變形的影響22三、塑性變形對(duì)組織、性能的影響三、塑性變形對(duì)組織、性能的影響1 1、對(duì)組織構(gòu)

15、造的影響、對(duì)組織構(gòu)造的影響 1 1、組織纖維化晶粒變形：隨著塑性變形量增大，原來(lái)、組織纖維化晶粒變形：隨著塑性變形量增大，原來(lái)的等軸晶相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁，形生長(zhǎng)條狀或纖維狀，使的等軸晶相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁，形生長(zhǎng)條狀或纖維狀，使資料產(chǎn)生各向異性。資料產(chǎn)生各向異性。 232 2、亞晶粒的增多：變形前，位錯(cuò)分布均勻。塑性變形伴隨著大量位錯(cuò)產(chǎn)、亞晶粒的增多：變形前，位錯(cuò)分布均勻。塑性變形伴隨著大量位錯(cuò)產(chǎn)生，由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和相互間交互作用，并使晶粒生，由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和相互間交互作用，并使晶?！八榛稍S多位向略碎化成許多位向略有差別的亞晶塊或稱亞晶粒。亞晶粒間界是由位錯(cuò)堆積而成的。有差別的亞晶塊或稱亞晶粒。亞

16、晶粒間界是由位錯(cuò)堆積而成的。 3 3、產(chǎn)生織構(gòu)：金屬中的晶粒的取向普通是無(wú)規(guī)那么的隨機(jī)陳列，雖然每、產(chǎn)生織構(gòu)：金屬中的晶粒的取向普通是無(wú)規(guī)那么的隨機(jī)陳列，雖然每個(gè)晶粒是各向異性的，宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。當(dāng)金屬經(jīng)受大量個(gè)晶粒是各向異性的，宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。當(dāng)金屬經(jīng)受大量(70%(70%以上以上) )的一定方向的變形之后的一定方向的變形之后, ,由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)呵斥晶粒取向趨于由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)呵斥晶粒取向趨于一致，構(gòu)成了一致，構(gòu)成了“擇優(yōu)取向，即某一晶面擇優(yōu)取向，即某一晶面 晶向在某個(gè)方向出現(xiàn)的晶向在某個(gè)方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其他方向。金屬大變形后構(gòu)成的這種有序化構(gòu)造叫做變幾率明顯高于其他方向

17、。金屬大變形后構(gòu)成的這種有序化構(gòu)造叫做變形織構(gòu)，它使金屬資料表現(xiàn)出明顯的各向異性。形織構(gòu)，它使金屬資料表現(xiàn)出明顯的各向異性。 24由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形到達(dá)一定程塑性變形到達(dá)一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這形方向趨于一致，這種景象稱織構(gòu)或擇優(yōu)種景象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。取向。形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生產(chǎn)生“制耳景象，使零制耳景象，使零件邊緣不齊、厚薄不勻。件邊緣不齊、厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。磁率。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織

18、構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)表示圖形變織構(gòu)表示圖各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳有有無(wú)無(wú)25Small angle grain boundary261 1加工硬化加工硬化 隨冷塑性變形量添加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性隨冷塑性變形量添加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的景象稱加工硬化。下降的景象稱加工硬化。2.2.對(duì)力學(xué)性能的影響對(duì)力學(xué)性能的影響 271 1、隨變形量添加、隨變形量添加, , 位錯(cuò)密度添加位錯(cuò)密度添加. . 變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵產(chǎn)生加工硬化的緣由產(chǎn)生加工硬化的緣由28位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系由于位錯(cuò)之間的交互作用

19、由于位錯(cuò)之間的交互作用( (堆積、纏結(jié)堆積、纏結(jié)) )，使變形抗力添加，塑，使變形抗力添加，塑性降，強(qiáng)度、硬度升高性降，強(qiáng)度、硬度升高. . 292. 2. 隨變形量添加，亞構(gòu)造細(xì)化；隨變形量添加，亞構(gòu)造細(xì)化；3. 3. 隨變形量添加，空位密度添加；隨變形量添加，空位密度添加；4. 4. 幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起。幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起。l加工硬化使已變形部分發(fā)生硬化而停頓變形，而未加工硬化使已變形部分發(fā)生硬化而停頓變形，而未變形部分開場(chǎng)變形。沒(méi)有加工硬化，金屬就不會(huì)發(fā)變形部分開場(chǎng)變形。沒(méi)有加工硬化，金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。生均勻塑性變形。l加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)于不能熱加

20、工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)于不能熱處置強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。處置強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。303 3、剩余內(nèi)應(yīng)力、剩余內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí)時(shí), , 內(nèi)部變形不均勻而引起的。內(nèi)部變形不均勻而引起的。晶界位錯(cuò)塞積所晶界位錯(cuò)塞積所引起的應(yīng)力集中引起的應(yīng)力集中金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只需金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只需10%轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。 31第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主要緣由。而第一、二

21、類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度強(qiáng)化的主要緣由。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。降低。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降；引起零件加工、內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降；引起零件加工、淬火過(guò)程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，淬火過(guò)程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)展退火處置，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。通常要進(jìn)展退火處置，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于外表與心部之間第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于外表與心部之間( (宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力) )。第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間 ( (微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力) )。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起

22、的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 32四、變形后金屬的加熱變化四、變形后金屬的加熱變化(回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶 )引言引言 金屬塑性變形后，出現(xiàn)晶粒拉長(zhǎng)，金屬塑性變形后，出現(xiàn)晶粒拉長(zhǎng)，位錯(cuò)增多，內(nèi)應(yīng)力升高等景象，他們位錯(cuò)增多，內(nèi)應(yīng)力升高等景象，他們會(huì)引起資料體系能量提高，處于一個(gè)會(huì)引起資料體系能量提高，處于一個(gè)高能亞穩(wěn)態(tài)，有向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向。高能亞穩(wěn)態(tài)，有向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向。 在加熱過(guò)程中，形變了的資料會(huì)發(fā)生在加熱過(guò)程中，形變了的資料會(huì)發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程，回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程，如右圖所示如右圖所示 ?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒的長(zhǎng)大，他們都是減少或消除

23、構(gòu)造缺陷的過(guò)程。相應(yīng)回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒的長(zhǎng)大，他們都是減少或消除構(gòu)造缺陷的過(guò)程。相應(yīng)地地, ,資料的構(gòu)造和性能也發(fā)生對(duì)應(yīng)變化。資料的構(gòu)造和性能也發(fā)生對(duì)應(yīng)變化。加熱促使轉(zhuǎn)變進(jìn)展加熱促使轉(zhuǎn)變進(jìn)展331、回復(fù)、回復(fù) 1、回復(fù)概念、回復(fù)概念經(jīng)冷加工的資料在較低的溫度保溫，經(jīng)冷加工的資料在較低的溫度保溫， 這時(shí)資料發(fā)生點(diǎn)缺這時(shí)資料發(fā)生點(diǎn)缺陷消逝，位錯(cuò)重排，應(yīng)力下降的過(guò)程為回復(fù)。陷消逝，位錯(cuò)重排，應(yīng)力下降的過(guò)程為回復(fù)。利用回復(fù)景象將冷變形金屬進(jìn)展低溫加熱，既可穩(wěn)定組織又保利用回復(fù)景象將冷變形金屬進(jìn)展低溫加熱，既可穩(wěn)定組織又保管了加工硬化效果的方法為去應(yīng)力退火管了加工硬化效果的方法為去應(yīng)力退火 2、回復(fù)引起

24、資料組織和性能變化、回復(fù)引起資料組織和性能變化 l l 宏觀應(yīng)力第一類應(yīng)力宏觀應(yīng)力第一類應(yīng)力根本消除，但微觀應(yīng)力第二、根本消除，但微觀應(yīng)力第二、第三類依然殘存。第三類依然殘存。l l 力學(xué)性質(zhì)，如強(qiáng)度、硬力學(xué)性質(zhì)，如強(qiáng)度、硬度略下降和塑性略升高度略下降和塑性略升高沒(méi)有明顯變化。沒(méi)有明顯變化。34當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)才干增大，晶粒的由于原子活動(dòng)才干增大，晶粒的外形開場(chǎng)發(fā)生變化，在亞晶界或外形開場(chǎng)發(fā)生變化，在亞晶界或晶界處構(gòu)成了新的結(jié)晶中心，并晶界處構(gòu)成了新的結(jié)晶中心，并不斷以等軸晶方式生長(zhǎng)，取代被不斷以等軸晶方式生長(zhǎng)，取代被拉長(zhǎng)及破碎的舊晶粒，

25、這一過(guò)程拉長(zhǎng)及破碎的舊晶粒，這一過(guò)程稱為再結(jié)晶。稱為再結(jié)晶。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過(guò)程稱再結(jié)晶。底改組的過(guò)程稱再結(jié)晶。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱2. 再結(jié)晶再結(jié)晶35再結(jié)晶也是一個(gè)晶核構(gòu)成和長(zhǎng)大的再結(jié)晶也是一個(gè)晶核構(gòu)成和長(zhǎng)大的過(guò)程，但不是相變過(guò)程，再結(jié)晶前過(guò)程，但不是相變過(guò)程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全后新舊晶粒的晶格類型和成分完全一樣。中心出如今位錯(cuò)聚集的地方，一樣。中心出如今位錯(cuò)聚集的地方，原子能量最高，最不穩(wěn)定。它只是原子能量最高，最不穩(wěn)定。它只是一個(gè)形狀上的變化。新晶粒中缺陷一個(gè)形狀上的變化。新晶粒中缺陷

26、減少，內(nèi)應(yīng)力消逝了減少，內(nèi)應(yīng)力消逝了 。冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-SEM-再結(jié)晶晶粒在原變?cè)俳Y(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核形組織晶界上形核TEM-TEM-再結(jié)晶晶粒形核于再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上高密度位錯(cuò)基體上36由于再結(jié)晶后組織的復(fù)由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因此金屬的強(qiáng)度、原，因此金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消逝。提高，加工硬化消逝。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織

27、37再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過(guò)程，它是自某一溫度開場(chǎng)，再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過(guò)程，它是自某一溫度開場(chǎng)，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)延續(xù)進(jìn)展的過(guò)程，發(fā)生再結(jié)晶的在一個(gè)溫度范圍內(nèi)延續(xù)進(jìn)展的過(guò)程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織冷變形冷變形( (變形量為變形量為38%)38%)黃銅的再結(jié)晶黃銅的再結(jié)晶38T再與再與的關(guān)系的關(guān)系金屬預(yù)先變形程度越大金屬預(yù)先變形程度越大, , 再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度到達(dá)一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低

28、到達(dá)一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶溫度。純金屬的最低再結(jié)晶溫度純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系: : T T再再0.4T0.4T熔熔其中其中T T再、再、T T熔為絕對(duì)溫度熔為絕對(duì)溫度. .如如FeFe：T T再再=(1538+273)=(1538+273)0.4273=4510.4273=451影響再結(jié)晶溫度的要素影響再結(jié)晶溫度的要素1、金屬的預(yù)先變形程度、金屬的預(yù)先變形程度39金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素，金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素，起妨礙分散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著起妨礙分散和晶界遷移作

29、用，使再結(jié)晶溫度顯著提高。提高。2、金屬的純度、金屬的純度403 3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生；提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生；延伸加熱時(shí)間，使原子分散充分，再結(jié)晶溫度降低。延伸加熱時(shí)間，使原子分散充分，再結(jié)晶溫度降低。消費(fèi)中把消除加工硬化的熱處置稱為再結(jié)晶退火。再消費(fèi)中把消除加工硬化的熱處置稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織41再結(jié)晶完成后，假設(shè)繼續(xù)升再結(jié)晶完成

30、后，假設(shè)繼續(xù)升高溫度或延伸保溫時(shí)間，將高溫度或延伸保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。發(fā)的過(guò)程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織3. 晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大421長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力 再結(jié)晶完成后，金屬獲得均再結(jié)晶完成后，金屬獲得均勻細(xì)小的晶粒，但有長(zhǎng)大的趨勢(shì)，由勻細(xì)小的晶粒，但有長(zhǎng)大的趨勢(shì)，由于長(zhǎng)大有利于減少界面，降低界面能。于長(zhǎng)大有利于減少界面，降低界面能。這種自在能的降低即為晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)這種自在能的降低即為晶

31、粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力。動(dòng)力。 2正常長(zhǎng)大和非正常長(zhǎng)大正常長(zhǎng)大和非正常長(zhǎng)大 正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶晶粒均勻長(zhǎng)大。正常長(zhǎng)大：再結(jié)晶晶粒均勻長(zhǎng)大。方式：相互兼并，組織均勻。方式：相互兼并，組織均勻。 非正常長(zhǎng)大：一些晶粒迅速長(zhǎng)大，并非正常長(zhǎng)大：一些晶粒迅速長(zhǎng)大，并吞并臨近小晶粒，呵斥組織不均勻。吞并臨近小晶粒，呵斥組織不均勻。 晶粒的長(zhǎng)大是經(jīng)過(guò)晶界遷移進(jìn)展的，是大晶粒吞并小晶粒晶粒的長(zhǎng)大是經(jīng)過(guò)晶界遷移進(jìn)展的，是大晶粒吞并小晶粒的過(guò)程。的過(guò)程。43加熱溫度越高，保溫時(shí)加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響

32、再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響1 1、加熱溫度和保溫時(shí)間、加熱溫度和保溫時(shí)間影響要素影響要素44預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響2 2、預(yù)先變形量、預(yù)先變形量當(dāng)變形量到達(dá)當(dāng)變形量到達(dá)210%時(shí)，只需部分晶粒變時(shí)，只需部分晶粒變形，變形極不均勻，形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易相互吞并和懸殊，易相互吞并和長(zhǎng)大，再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大，再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形特別粗大，這個(gè)變形量稱臨界變形量。量稱臨界變形量。預(yù)先變形量的影響，本質(zhì)是變形均勻程度的影響。預(yù)先變形量的影響，本質(zhì)是變形均勻程度的影響。當(dāng)變形量很小時(shí)，晶格畸變小，缺乏以引起再結(jié)晶。當(dāng)

33、變形量很小時(shí)，晶格畸變小，缺乏以引起再結(jié)晶。45當(dāng)超越臨界變形量后，隨變形程度添加，變形越來(lái)越當(dāng)超越臨界變形量后，隨變形程度添加，變形越來(lái)越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，到達(dá)一定變形量之后，晶粒度根本不變。而均勻，到達(dá)一定變形量之后，晶粒度根本不變。 對(duì)某些金屬，當(dāng)變形對(duì)某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大量相當(dāng)大( (90%)90%)時(shí)，時(shí)，再結(jié)晶后晶粒又重新再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化景象，普通出現(xiàn)粗化景象，普通以為這與構(gòu)成織構(gòu)有以為這與構(gòu)成織構(gòu)有關(guān)。關(guān)。46五、五、 金屬的熱加工金屬的熱加工 1、冷加工與熱加工的區(qū)別、冷加工與熱加工

34、的區(qū)別軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來(lái)劃在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來(lái)劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。47熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因此熱加工不會(huì)帶來(lái)加工硬化效果。因此熱加工不會(huì)帶來(lái)加工硬化效果。巨型自在鍛件巨型自在鍛件區(qū)別區(qū)別 冷加工：加工硬化，晶粒變形冷加工：加工硬化，晶粒變形 熱加工：加工硬化和再結(jié)晶過(guò)程同時(shí)發(fā)生，加工硬熱加工：加工硬化和再結(jié)晶過(guò)程同時(shí)發(fā)

35、生，加工硬化消逝化消逝 為什么進(jìn)展熱加工為什么進(jìn)展熱加工 金屬資料的強(qiáng)度和硬度會(huì)隨溫度的上升而下降，金屬資料的強(qiáng)度和硬度會(huì)隨溫度的上升而下降，塑性會(huì)隨溫度的升高而升高，因此在較高的溫度下進(jìn)塑性會(huì)隨溫度的升高而升高，因此在較高的溫度下進(jìn)展塑性變形，資料的抗力小，易成型。展塑性變形，資料的抗力小，易成型。482.熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響 1 1 熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性

36、能提高。 鍛壓鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶表示圖結(jié)晶表示圖49它使鋼產(chǎn)生各向異性，它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時(shí)，應(yīng)在制定加工工藝時(shí)，應(yīng)使流線分布合理，盡量使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。與拉應(yīng)力方向一致。 滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織2 2構(gòu)成熱加工流線。熱加工構(gòu)成熱加工流線。熱加工過(guò)程中，各種可變形的夾雜過(guò)程中，各種可變形的夾雜物會(huì)沿形變方向拉長(zhǎng)，呈流物會(huì)沿形變方向拉長(zhǎng)，呈流線分布，從而呵斥各向異性。線分布，從而呵斥各向異性。在流線方向，性能較好，而在流線方向，性能較好，而在垂直于流線方向上性能相在垂直于流線方向上性能相對(duì)較差。有這種流線體型的對(duì)較差。有這種流線體型的組織稱纖維組織。組織稱纖維組織。50熱加工能量耗費(fèi)小，但熱加工能量耗費(fèi)小，但鋼材外表易氧化。普通鋼材外表易氧化。普通用于截面尺寸大、變形用于截面尺寸大、變形量大、在室溫下加工困量大、在室溫下加工困難的工件。難的工件。冷加工普通用于截面尺冷加工普通用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精寸小、塑性好、尺寸精度及外表光潔度要求高度及外表光潔度要求高的工件。的工件。蒸汽蒸汽- -空氣錘空氣錘513、金屬的強(qiáng)化、金屬的強(qiáng)化一、根本原理一、根本原理由于塑性變形的本質(zhì)是位錯(cuò)的滑移。因此，提高強(qiáng)度由于塑性變形