第四章金屬塑變形和再結晶

1、第一節(jié) 金屬的塑性變形 從拉伸試驗中已知，當應力較小時，金屬只產生彈性變從拉伸試驗中已知，當應力較小時，金屬只產生彈性變 形；應力超過屈服點形；應力超過屈服點s以后，在產生彈性變形的同時，以后，在產生彈性變形的同時， 金屬將產生較大的塑性變形；應力達到金屬將產生較大的塑性變形；應力達到b后，金屬將斷后，金屬將斷 裂。裂。 一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形第一節(jié) 金屬的塑性變形 從拉伸試驗中已知，當應力較小時，金屬只產生彈性變從拉伸試驗中已知，當應力較小時，金屬只產生彈性變 形；應力超過屈服點形；應力超過屈服點s以后，在產生彈性變形的同時，以后，在產生彈性變形的同時， 金屬將產生

2、較大的塑性變形；應力達到金屬將產生較大的塑性變形；應力達到b后，金屬將斷后，金屬將斷 裂。裂。 一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形 1、應力和變形、應力和變形 正應力只能使單晶體產生彈性變形或脆性斷裂；正應力只能使單晶體產生彈性變形或脆性斷裂；切應力當很小時，晶格只產生彈性的剪切變形，切應力當很小時，晶格只產生彈性的剪切變形，切應力增大到一定值后，晶體的一部分將會沿切應力增大到一定值后，晶體的一部分將會沿著某一晶面，相對于另一部分位移一個或若干著某一晶面，相對于另一部分位移一個或若干個原子間距，在外力去除后，原子處于新的平個原子間距，在外力去除后，原子處于新的平衡位置，即晶體產生

3、了永久變形。衡位置，即晶體產生了永久變形。 2、晶體的滑移、晶體的滑移 滑移：在切應力作用下，沿著一定的晶面，晶體的一部分滑移：在切應力作用下，沿著一定的晶面，晶體的一部分 相對于另一部分發(fā)生一定距離位移的塑性變形。相對于另一部分發(fā)生一定距離位移的塑性變形。 研究證明，滑移是金屬在常溫下塑性變形的主要方式。研究證明，滑移是金屬在常溫下塑性變形的主要方式。 晶格中發(fā)生滑移的晶面，稱為滑移面，滑移進行的方向，晶格中發(fā)生滑移的晶面，稱為滑移面，滑移進行的方向， 稱為滑移方向。通?；泼媸窃用芏茸畲蟮木?，渭移稱為滑移方向。通?；泼媸窃用芏茸畲蟮木妫家?方向是原子密度最大的晶向。方向是原子密

4、度最大的晶向。二、多晶體金屬的塑性變形二、多晶體金屬的塑性變形 多晶體金屬的塑性變形，就其每個晶粒來說與單晶體相似，多晶體金屬的塑性變形，就其每個晶粒來說與單晶體相似，但因晶界和各晶粒位向不同的影響，多晶體的塑性變形要但因晶界和各晶粒位向不同的影響，多晶體的塑性變形要比單晶體復雜得多。比單晶體復雜得多。 實驗證明，晶界對常溫塑性變形有顯著的阻礙作用。因為實驗證明，晶界對常溫塑性變形有顯著的阻礙作用。因為晶界是相鄰晶粒的過渡層，原子排列比較紊亂，且雜質往晶界是相鄰晶粒的過渡層，原子排列比較紊亂，且雜質往往較多，因而使滑移阻力增大。金屬的晶粒愈細，則總的往較多，因而使滑移阻力增大。金屬的晶粒愈細，

5、則總的晶界面積愈大，塑性變形的阻力就愈大。晶界面積愈大，塑性變形的阻力就愈大。 在多晶體金屬中，由于各晶粒的晶格位向不同，在受外力在多晶體金屬中，由于各晶粒的晶格位向不同，在受外力作用時，各晶粒的滑移面和滑移方向上的切應力大小不同，作用時，各晶粒的滑移面和滑移方向上的切應力大小不同，因而產生滑移的先后不一致。因而產生滑移的先后不一致。 由以上分析可知，金屬的晶粒愈細小，則單位體積中的晶由以上分析可知，金屬的晶粒愈細小，則單位體積中的晶粒數量愈多，其晶界和各晶粒位向不同對塑性變形的影響粒數量愈多，其晶界和各晶粒位向不同對塑性變形的影響愈大，從而金屬的強度和硬度便愈高。同時，晶粒愈細，愈大，從而金

6、屬的強度和硬度便愈高。同時，晶粒愈細，處于有利位向的晶粒愈多，滑移在更多的晶粒內開始，各處于有利位向的晶粒愈多，滑移在更多的晶粒內開始，各晶粒的變形比較協(xié)調，內應力較小，金屬在破裂前能產生晶粒的變形比較協(xié)調，內應力較小，金屬在破裂前能產生較大的塑性變形，即塑性較好。因強度和塑性都提高，故較大的塑性變形，即塑性較好。因強度和塑性都提高，故細晶粒金屬的韌性也較好。因此，在生產中，細化晶粒是細晶粒金屬的韌性也較好。因此，在生產中，細化晶粒是提高金屬強韌性的重要手段。提高金屬強韌性的重要手段。第二節(jié)第二節(jié) 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、金屬的加工硬化一、金屬的加工硬

7、化 加工硬化（冷作硬化）：金屬冷加工塑性變形時，隨加工硬化（冷作硬化）：金屬冷加工塑性變形時，隨著塑性變形程度的增加，金屬的強度、硬度提高，而著塑性變形程度的增加，金屬的強度、硬度提高，而塑性、韌性下降的現象。塑性、韌性下降的現象。 除力學性能外，金屬的某些物理、化學性能在冷加工除力學性能外，金屬的某些物理、化學性能在冷加工塑性變形以后也會發(fā)生變化。例如，金屬的電阻增加，塑性變形以后也會發(fā)生變化。例如，金屬的電阻增加，導磁性和耐蝕性降低等。導磁性和耐蝕性降低等。 金屬的加工硬化在生產中是強化金屬的重要手段。特金屬的加工硬化在生產中是強化金屬的重要手段。特別是熱處理無法強化的金屬材料，如純金屬、

8、多數鋼別是熱處理無法強化的金屬材料，如純金屬、多數鋼合金和鎳鉻不銹鋼等。合金和鎳鉻不銹鋼等。 加工硬化由于塑性的降低，可能給金屬材料進一步變加工硬化由于塑性的降低，可能給金屬材料進一步變形加工帶來困難；某些物理、化學性能的變壞，也會形加工帶來困難；某些物理、化學性能的變壞，也會影響一些零件的使用。影響一些零件的使用。二、塑性變形對金屬組織結構的影響二、塑性變形對金屬組織結構的影響 冷加工塑性變形使金屬性能發(fā)生變化，是由于塑性變形冷加工塑性變形使金屬性能發(fā)生變化，是由于塑性變形使金屬的晶粒沿著變形方向伸長，晶粒伸長成纖維狀的使金屬的晶粒沿著變形方向伸長，晶粒伸長成纖維狀的原因原因 纖維組織能使金

9、屬的力學性能具有明顯的方向性，即造纖維組織能使金屬的力學性能具有明顯的方向性，即造成各向異性。成各向異性。 冷加工塑性變形除使金屬晶粒形狀發(fā)生變化外，還會使冷加工塑性變形除使金屬晶粒形狀發(fā)生變化外，還會使晶粒內部的亞晶粒細化，位錯、空位等缺陷增加，晶格晶粒內部的亞晶粒細化，位錯、空位等缺陷增加，晶格略變嚴重，從而使滑移的阻力增大，造成加工硬化。略變嚴重，從而使滑移的阻力增大，造成加工硬化。三、冷變形殘余應力三、冷變形殘余應力 殘余應力（或內應力）：殘存在金屬內部的內應力殘余應力（或內應力）：殘存在金屬內部的內應力 由于金屬各部分變形不均勻造成的由于金屬各部分變形不均勻造成的 冷變形殘余應力在多

10、數情況下是有害的。當金屬表層殘余冷變形殘余應力在多數情況下是有害的。當金屬表層殘余應力為拉應力時將使金屬的力學性能下降；殘余應力還使應力為拉應力時將使金屬的力學性能下降；殘余應力還使金屬易產生腐蝕甚至開裂；還可能使金屬零件的形狀、尺金屬易產生腐蝕甚至開裂；還可能使金屬零件的形狀、尺寸逐漸發(fā)生變化等。所以，在生產中對冷加工后的零件常寸逐漸發(fā)生變化等。所以，在生產中對冷加工后的零件常需采取措施（如進行去應力退火）消除殘余應力。需采取措施（如進行去應力退火）消除殘余應力。 但是，在某些特定條件下，殘余應力的存在也是有利的。但是，在某些特定條件下，殘余應力的存在也是有利的。例如，對在交變應力條件下工作

11、的零件，當表面預先存在例如，對在交變應力條件下工作的零件，當表面預先存在殘余壓應力時，能使其疲勞壽命成倍提高。因此，生產中殘余壓應力時，能使其疲勞壽命成倍提高。因此，生產中常采用表面滾壓或噴丸處理使零件表層強化并產生殘余壓常采用表面滾壓或噴丸處理使零件表層強化并產生殘余壓應力，以提高零件的使用壽命。應力，以提高零件的使用壽命。第三節(jié)第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時組織和性能冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化的變化一、回復和再結晶一、回復和再結晶 1、回復、回復 當加熱溫度不高時，冷變當加熱溫度不高時，冷變形金屬的顯微組織無變化，形金屬的顯微組織無變化，加工硬化仍基本保留，但加工硬化仍基本保留，但內應

12、力大為減小，導電性內應力大為減小，導電性和耐蝕性顯著提高。和耐蝕性顯著提高。 2、再結晶、再結晶 將冷變形金屬繼續(xù)加熱至較高溫度時，在變形的組織內，將冷變形金屬繼續(xù)加熱至較高溫度時，在變形的組織內，逐漸形成一些內部缺陷較少、晶格比較規(guī)則的等軸小晶粒，逐漸形成一些內部缺陷較少、晶格比較規(guī)則的等軸小晶粒，它們不斷向周圍的變形晶粒中長大，直到冷變形組織完全它們不斷向周圍的變形晶粒中長大，直到冷變形組織完全消失為止，這種通過成核和長大使變形晶粒完全轉變?yōu)榈认橹?，這種通過成核和長大使變形晶粒完全轉變?yōu)榈容S晶粒的過程稱為再結晶。軸晶粒的過程稱為再結晶。 再結晶后內應力完全消除，強度、硬度顯著下降，塑性

13、和再結晶后內應力完全消除，強度、硬度顯著下降，塑性和韌性大為提高，即加工硬化現象消除韌性大為提高，即加工硬化現象消除3、晶粒長大、晶粒長大隨著加熱溫度的升高，金屬的晶粒會長大。若隨著加熱溫度的升高，金屬的晶粒會長大。若加熱溫度過高或保溫時間過長，晶粒將顯著粗加熱溫度過高或保溫時間過長，晶粒將顯著粗化?；６?、冷變形金屬的退火二、冷變形金屬的退火 1、再結晶溫度、再結晶溫度 再結晶沒有一個隨成分而固定的臨界點，而是在加熱再結晶沒有一個隨成分而固定的臨界點，而是在加熱過程中，從某一溫度開始，隨著溫度的升高或時間的過程中，從某一溫度開始，隨著溫度的升高或時間的延長，進行生核及長大的過程。延長，進行生

14、核及長大的過程。 通過大量的實驗，發(fā)現工業(yè)純金屬的最低再結晶溫度：通過大量的實驗，發(fā)現工業(yè)純金屬的最低再結晶溫度： T再再（0.350.4）T熔熔 T熔：工業(yè)純金屬熔點熔：工業(yè)純金屬熔點2、去應力退火和再結晶退、去應力退火和再結晶退 去應力退火：將冷變形金屬加熱到再結晶溫度以去應力退火：將冷變形金屬加熱到再結晶溫度以下的回復階段，基本上消除內應力而保留加工硬下的回復階段，基本上消除內應力而保留加工硬化的熱處理方法?；臒崽幚矸椒ā?再結晶退火：將冷變形金屬加熱到再結晶溫度以再結晶退火：將冷變形金屬加熱到再結晶溫度以上，完成再結晶的過程，完全消除加工硬化的熱上，完成再結晶的過程，完全消除加工硬化的熱處理方法。處理方法。三、金屬熱加工與冷加工的區(qū)別三、金屬熱加工與冷加工的區(qū)別 把金屬加熱到再結晶溫度以上，進行塑性變形加工時，把金屬加熱到再結晶溫度以上，進行塑性變形加工時，發(fā)生兩個過程。由于塑性變形，使金屬產生加工硬化；發(fā)生兩個過程。由于塑性變形，使金屬產生加工硬化；另一方面進行再結晶，而消除加工硬化。另一方面進行再結晶，而消除加工硬化。 熱加工（熱塑性變形）：如果后