學(xué)習(xí)情境三金屬材料塑性變形對組織性能的影響

1、知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1 1了解單晶體金屬塑性變形的主要形式了解單晶體金屬塑性變形的主要形式； 2 2了解冷塑性變形對金屬組織和性能的影響了解冷塑性變形對金屬組織和性能的影響； 3 3了解熱加工與冷加工的區(qū)別；了解熱加工與冷加工的區(qū)別； 4. 了解斷裂的方式及斷裂發(fā)生的原因了解斷裂的方式及斷裂發(fā)生的原因。金屬的塑性變形金屬的塑性變形壓力加工對金屬組織與性能的影響壓力加工對金屬組織與性能的影響金屬的斷裂金屬的斷裂一、金屬材料變形特性一、金屬材料變形特性材料在外力的作用下，變形過程一般可分三個(gè)階段：材料在外力的作用下，變形過程一般可分三個(gè)階段：彈性彈性變形、塑性變形和斷裂變形、塑性變形和斷裂。其中對組

2、織和性能影響最大的是。其中對組織和性能影響最大的是塑性變形塑性變形階段。階段。單晶體的滑移多晶體二、單晶體的塑性變形二、單晶體的塑性變形1 1、滑移定義、滑移定義滑移滑移：指晶體在切應(yīng)力的作用下，指晶體在切應(yīng)力的作用下， 晶體的一部分沿一定的晶面晶體的一部分沿一定的晶面 (滑移面滑移面)上的一定方向上的一定方向(滑移方向滑移方向)相對于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。相對于另一部分發(fā)生滑動(dòng)?；茙В夯茙В寒?dāng)試樣經(jīng)過塑性變形后，在顯微鏡下觀察，可在表面當(dāng)試樣經(jīng)過塑性變形后，在顯微鏡下觀察，可在表面看到許多相互平行的線條，稱之為看到許多相互平行的線條，稱之為滑移帶滑移帶。若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。若干條滑移

3、線組成一個(gè)滑移帶。（一）滑移（一）滑移 正應(yīng)力正應(yīng)力只能引起彈性只能引起彈性變形及斷裂。變形及斷裂。 只有在只有在切應(yīng)力切應(yīng)力的作用下的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。形。外力在晶面外力在晶面上的分解上的分解切應(yīng)力作切應(yīng)力作用下的變用下的變形形鋅單晶拉鋅單晶拉伸照片伸照片(1)(1)滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生?；浦荒茉谇袘?yīng)力的作用下發(fā)生。正應(yīng)力正應(yīng)力：僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當(dāng)超過原子間結(jié)合力時(shí)，使僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當(dāng)超過原子間結(jié)合力時(shí)，使將晶體拉斷；將晶體拉斷；切應(yīng)力切應(yīng)力 ：使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過滑移抗力時(shí)引起滑移使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過滑移抗力時(shí)引起滑移

4、面兩側(cè)的晶體發(fā)生相對滑動(dòng)。面兩側(cè)的晶體發(fā)生相對滑動(dòng)。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力。 原子密度最大的晶面和晶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，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。產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。 沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移方向滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。 2、滑移的特點(diǎn)：、滑移的特點(diǎn)：(2) (2) 滑移常沿晶體中原子密度最大滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生的晶面和晶向發(fā)生 一個(gè)滑移面和其一個(gè)滑移面和

5、其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)成一個(gè)滑移系滑移系。X62、滑移的特點(diǎn)：、滑移的特點(diǎn)：滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大?；品较?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。2、滑移的特點(diǎn)：、滑移的特點(diǎn)：2、滑移的特點(diǎn)：、滑移的特點(diǎn)：切應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，滑移面兩原子對間發(fā)生切變，發(fā)生分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，滑移面兩原子對間發(fā)生切變，發(fā)生分離，并使其在相鄰位置上形成新的原子對，這一過程不斷重離，并使其在相鄰位置上形成新的原子對，這一過程不斷重復(fù)，使兩部分晶體發(fā)生相互移動(dòng)。過程結(jié)束后，晶體恢復(fù)原復(fù)，使

6、兩部分晶體發(fā)生相互移動(dòng)。過程結(jié)束后，晶體恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)，整個(gè)滑移的間距為原子的整數(shù)倍，并在晶體表面來的結(jié)構(gòu)，整個(gè)滑移的間距為原子的整數(shù)倍，并在晶體表面留下臺(tái)階。留下臺(tái)階。(3)(3)滑移的結(jié)果產(chǎn)生滑移帶，滑移的距離是原子間距的整數(shù)倍滑移的結(jié)果產(chǎn)生滑移帶，滑移的距離是原子間距的整數(shù)倍轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移使試樣兩端的拉力不再處晶體滑移使試樣兩端的拉力不再處于統(tǒng)一軸線，產(chǎn)生一個(gè)力矩使滑移面轉(zhuǎn)動(dòng)于統(tǒng)一軸線，產(chǎn)生一個(gè)力矩使滑移面轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果：轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果：滑移面趨向與拉伸軸平行，使外力作滑移面趨向與拉伸軸平行，使外力作用在同一直線，使切應(yīng)力分量大，更易于變形。用在同一直線，使切應(yīng)力分量大，更易于

7、變形。2、滑移的特點(diǎn)：、滑移的特點(diǎn)：滑移后滑移后, , 滑移面兩側(cè)晶體的滑移面兩側(cè)晶體的結(jié)構(gòu)、位向關(guān)系未發(fā)生結(jié)構(gòu)、位向關(guān)系未發(fā)生變化。變化。(4) 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行3、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理 滑移是通過滑移面上位錯(cuò)（一排原子）的運(yùn)動(dòng)來實(shí)滑移是通過滑移面上位錯(cuò)（一排原子）的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)的。（二）孿生（二）孿生孿生：孿生：切應(yīng)力作用下晶體的一部分切應(yīng)力作用下晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部沿一定晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生均勻的移動(dòng)。分發(fā)生均勻的移動(dòng)。發(fā)生切變的發(fā)生切變的部分稱部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿其發(fā)生

8、沿其發(fā)生孿生的晶面孿生的晶面稱稱孿生面孿生面，孿生的結(jié)，孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。稱。 密排六方密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。稱退火孿晶。奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼

9、中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶（1） 滑移滑移和和孿生孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。孿生使一部分晶體發(fā)生均勻移動(dòng)，進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。孿生使一部分晶體發(fā)生均勻移動(dòng)，滑移時(shí)伴隨的移動(dòng)只集中在滑移面上?；茣r(shí)伴隨的移動(dòng)只集中在滑移面上。 （2）孿生孿生所需要的臨界切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快所需要的臨界切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速。，接近于聲速。在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生孿生。孿生。（3）滑移滑移位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)原子移動(dòng)的相對位移是原子間距的整原子移動(dòng)的相對位移是原子

10、間距的整數(shù)值數(shù)值不引起晶格位向的變化；不引起晶格位向的變化； 孿生孿生晶格切變晶格切變原子移動(dòng)的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)原子移動(dòng)的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值值孿晶晶格位向改變孿晶晶格位向改變促進(jìn)滑移。促進(jìn)滑移。（4）孿生孿生產(chǎn)生的塑性變形量小，產(chǎn)生的塑性變形量小， 但引起的晶格畸變大。但引起的晶格畸變大?；坪蛯\生滑移和孿生:（一）晶界及晶粒位向差的影響（一）晶界及晶粒位向差的影響 1. 1. 晶界的影響晶界的影響 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)，由于由于晶界處的原子排列紊亂，缺陷和晶界處的原子排列紊亂，缺陷和雜質(zhì)多，能量高，對位錯(cuò)的滑移雜質(zhì)多，能量高，對位錯(cuò)的滑移起阻礙作用起

11、阻礙作用，位錯(cuò)位錯(cuò)受到晶界的阻受到晶界的阻礙而堆積起來礙而堆積起來, ,稱稱位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積。使。使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，從而使金屬位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，從而使金屬的變形抗力提高。的變形抗力提高。三、三、 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形單個(gè)晶粒變形與單晶體相似。單個(gè)晶粒變形與單晶體相似。而多晶體變形是一個(gè)不均勻的塑性變而多晶體變形是一個(gè)不均勻的塑性變形過程。形過程。2. 2. 晶粒位向的影響晶粒位向的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一處利于滑移方向晶粒發(fā)生滑由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一處利于滑移方向晶粒發(fā)生滑移時(shí)，必然受到周圍位向不同的其他晶粒的約束，使滑移受移時(shí)，必然受到周圍位向不同的其他晶粒

12、的約束，使滑移受到阻礙，從而提高金屬塑性變形抗力。到阻礙，從而提高金屬塑性變形抗力。（二）（二） 晶粒大小的影響晶粒大小的影響細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)晶界越晶界越 ，不同位向的晶粒也越，不同位向的晶粒也越 滑滑移抗力移抗力 強(qiáng)度強(qiáng)度 晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)晶粒數(shù)目越晶粒數(shù)目越 變形均勻性變形均勻性 應(yīng)力集應(yīng)力集中中 ，裂紋過早產(chǎn)生、擴(kuò)展，裂紋過早產(chǎn)生、擴(kuò)展 塑性、韌性塑性、韌性 晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化： 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化是是唯一唯一的使材料的的使材料的強(qiáng)度和塑性同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性同時(shí)提高的的強(qiáng)化方法。強(qiáng)化方法。對鑄態(tài)使用的合金，可控制鑄造工

13、藝來細(xì)化晶粒；對鑄態(tài)使用的合金，可控制鑄造工藝來細(xì)化晶粒；對熱軋或冷變形后退火態(tài)使用的合金，可調(diào)整變形對熱軋或冷變形后退火態(tài)使用的合金，可調(diào)整變形度和再結(jié)晶退火溫度來細(xì)化晶粒；度和再結(jié)晶退火溫度來細(xì)化晶粒；對熱處理強(qiáng)化態(tài)使用的合金可控制奧氏體化溫度，對熱處理強(qiáng)化態(tài)使用的合金可控制奧氏體化溫度，利用相變重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。利用相變重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。 注意注意: :（三）（三） 多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程 多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于4545的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上的晶粒。當(dāng)塞積位

14、錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。顯的塑性變形。 （一）（一） 單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬

15、度提高，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降塑性、韌性下降，稱，稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化四、四、 合金的塑性變形合金的塑性變形（二元）（二元） 固溶強(qiáng)化的固溶強(qiáng)化的原因原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，溶，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而且易被吸附在，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而且易被吸附在位錯(cuò)附近，位錯(cuò)附近，使位錯(cuò)被釘扎住使位錯(cuò)被釘扎住，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。從而使變形抗力提高。 （二）（二） 多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化 合金的塑性變

16、形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相合金的塑性變形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相 的性的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。 1 1、 第二相在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)第二相在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)，對合金的強(qiáng)度和塑性不利；，對合金的強(qiáng)度和塑性不利；2 2、 第二相在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)第二相在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降低塑性和韌性；低塑性和韌性；珠光體珠光體3 3、第二相在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)、第二相在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí) 不可變形顆粒（硬）不可變形顆粒（硬）不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，

17、形成位錯(cuò)環(huán)，提高了變形抗力。形成位錯(cuò)環(huán)，提高了變形抗力。顆粒釘扎作用的電鏡照片顆粒釘扎作用的電鏡照片位錯(cuò)切割第二相粒子位錯(cuò)切割第二相粒子電鏡觀察電鏡觀察可變形顆粒（軟顆粒）可變形顆粒（軟顆粒）將被位錯(cuò)切開，對位錯(cuò)有一定的將被位錯(cuò)切開，對位錯(cuò)有一定的阻滯阻滯作用。作用。第二相在晶內(nèi)呈彌散質(zhì)點(diǎn)分布時(shí)，可顯著提高材料的第二相在晶內(nèi)呈彌散質(zhì)點(diǎn)分布時(shí)，可顯著提高材料的強(qiáng)度和硬度，且分散的質(zhì)點(diǎn)越多、越細(xì)，這種對材料強(qiáng)度和硬度，且分散的質(zhì)點(diǎn)越多、越細(xì)，這種對材料的強(qiáng)化作用越強(qiáng)。的強(qiáng)化作用越強(qiáng)。 這種強(qiáng)化方法稱這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化或或沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化1.1.金屬組織的變化金屬組織的

18、變化1 1）晶粒被拉長成纖維狀）晶粒被拉長成纖維狀 金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí)，由于位錯(cuò)的密度增大和發(fā)生交互金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí)，由于位錯(cuò)的密度增大和發(fā)生交互作用，大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū)，并相互纏結(jié)，作用，大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū)，并相互纏結(jié)， 形成不均形成不均勻的分布，使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊，而勻的分布，使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊，而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞晶粒。 5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)金屬變形后的亞結(jié)構(gòu)金屬變形后的亞結(jié)構(gòu)2 2）亞結(jié)構(gòu)細(xì)化）亞結(jié)構(gòu)細(xì)化 金屬塑性變形到很大程度金屬塑性變形到很大程度(70%以上以上)時(shí)，由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)，由于

19、晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使各晶粒的位向趨近于一致，形成特殊的擇優(yōu)取向，這種有使各晶粒的位向趨近于一致，形成特殊的擇優(yōu)取向，這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的各向異性導(dǎo)致的“制耳制耳”變形前變形前變形后變形后絲織構(gòu)絲織構(gòu)各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向板織構(gòu)板織構(gòu)各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向3 3）變形織構(gòu)）變形織構(gòu)隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化

20、加工硬化。加工硬化加工硬化原因：原因：塑性變形塑性變形位錯(cuò)移動(dòng)位錯(cuò)移動(dòng)位錯(cuò)大量增殖位錯(cuò)大量增殖相互作用相互作用運(yùn)動(dòng)阻力運(yùn)動(dòng)阻力加大加大變形抗力變形抗力強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度、硬度、塑性、韌性、塑性、韌性2 2. .金屬性能的變化金屬性能的變化1 1）性能影響）性能影響使金屬的性能產(chǎn)生各向異性使金屬的性能產(chǎn)生各向異性。影響金屬的物理、化學(xué)性能影響金屬的物理、化學(xué)性能 金屬經(jīng)塑性變形后，使電阻金屬經(jīng)塑性變形后，使電阻增大，耐蝕性降低。增大，耐蝕性降低。加工硬化意義：加工硬化意義： 1）一種有效的強(qiáng)化手段，對不能用熱處理方法強(qiáng)化的合金）一種有效的強(qiáng)化手段，對不能用熱處理方法強(qiáng)化的合金尤其重要；尤其重要；2）

21、均勻塑性變形和壓力加工的保證；）均勻塑性變形和壓力加工的保證；3）金屬具有較好的變形強(qiáng)化能力，具有防止短時(shí)超載斷裂）金屬具有較好的變形強(qiáng)化能力，具有防止短時(shí)超載斷裂能力，保證構(gòu)件安全性；能力，保證構(gòu)件安全性；4）塑性，塑性，切削性能切削性能不利：塑性變形困難，給進(jìn)一步變形帶來困難不利：塑性變形困難，給進(jìn)一步變形帶來困難 中間退火中間退火消除消除wC=0.27%的碳鋼的碳鋼冷拔時(shí)力學(xué)性能冷拔時(shí)力學(xué)性能的變化的變化（去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力）。（去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力）。第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成

22、；第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力超微觀，晶格畸變（超微觀，晶格畸變（90%）。）。內(nèi)應(yīng)力（特別是第一、二類）的存在，使內(nèi)應(yīng)力（特別是第一、二類）的存在，使金屬強(qiáng)度降低，易產(chǎn)金屬強(qiáng)度降低，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕生應(yīng)力腐蝕，引起零件加工、淬火過程中的，引起零件加工、淬火過程中的變形變形和和開裂開裂。因此，。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力力3 3. .產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力 金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, , 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)

23、組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), , 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小在常溫下，原子擴(kuò)散能力小, ,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間維持維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再回復(fù)、再結(jié)晶結(jié)晶和和晶粒長大晶粒長大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅冷變冷變形金形金屬在屬在加熱加熱時(shí)的時(shí)的組織組織性能性能變化變化 回復(fù)、再結(jié)晶和晶回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒的長大都是粒的長大都是減少或消除減少或消除結(jié)構(gòu)缺陷結(jié)構(gòu)缺陷的過程。相應(yīng)材的過程。相應(yīng)材料的內(nèi)應(yīng)力、晶粒尺寸、料的內(nèi)應(yīng)力、晶粒尺寸、強(qiáng)度、塑性等性能也發(fā)生強(qiáng)度、

24、塑性等性能也發(fā)生對應(yīng)變化。對應(yīng)變化。 一、一、 回復(fù)回復(fù)回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇 合并而使缺陷數(shù)量減少等，但合并而使缺陷數(shù)量減少等，但 仍保持高密度位錯(cuò)。仍保持高密度位錯(cuò)。l位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞晶界，這一過程稱多邊形化。晶界，這一過程稱多邊形化。（1 1） 宏觀應(yīng)力基本去

25、除，微觀應(yīng)宏觀應(yīng)力基本去除，微觀應(yīng)力仍然殘存；力仍然殘存；（2 2）力學(xué)性能，如硬度和強(qiáng)度稍）力學(xué)性能，如硬度和強(qiáng)度稍有降低，塑性稍有提高；有降低，塑性稍有提高； （3 3）光學(xué)金相組織看不出任何變）光學(xué)金相組織看不出任何變化?；?。回復(fù)帶來的組織性能變化回復(fù)帶來的組織性能變化工業(yè)上常利用回復(fù)過程對變形工業(yè)上常利用回復(fù)過程對變形金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火、以降低金屬進(jìn)行去應(yīng)力退火、以降低殘余內(nèi)應(yīng)力，殘余內(nèi)應(yīng)力， 保留加工硬化效果。保留加工硬化效果。再結(jié)晶再結(jié)晶：被拉長（或壓扁）、被拉長（或壓扁）、破碎的晶粒沿著高密度位錯(cuò)的破碎的晶粒沿著高密度位錯(cuò)的原晶粒邊界，通過重新生核、原晶粒邊界，通過重新生核、長大

26、變成新的均勻、細(xì)小的等長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶，位錯(cuò)數(shù)目大大減少，基軸晶，位錯(cuò)數(shù)目大大減少，基本消失。本消失。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱再結(jié)晶的特點(diǎn)再結(jié)晶的特點(diǎn) 不是相變，再結(jié)晶前后新舊晶不是相變，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同；粒的晶格類型和成分完全相同； 是形核與長大的過程；是形核與長大的過程； 再結(jié)晶沒有確定的轉(zhuǎn)變溫度再結(jié)晶沒有確定的轉(zhuǎn)變溫度。純金屬：純金屬：TR=0.4-0.35Tm(K)合金：合金：TR=0.5-0.7Tm(K)再結(jié)晶帶來的組織、性能變化再結(jié)晶帶來的組織、性能變化（1）變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，）變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)

27、度和硬度明顯金屬的強(qiáng)度和硬度明顯 ，而塑，而塑性和韌性性和韌性，加工硬化現(xiàn)象被加工硬化現(xiàn)象被消除消除， 此時(shí)此時(shí)內(nèi)應(yīng)力全部消失內(nèi)應(yīng)力全部消失，（2）物理、化學(xué)性能基本上恢）物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。復(fù)到變形以前的水平。（3）再結(jié)晶生成的新的晶粒的）再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。晶格類型均一樣。 消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度常比再結(jié)晶溫度高度常比再結(jié)晶溫度高100 200。 影響再結(jié)晶溫度的因素影響再結(jié)晶溫度的因素（1）預(yù)先變形度）預(yù)先變形度 預(yù)先變形

28、度越大，晶粒破碎越嚴(yán)重，缺陷越多，組織預(yù)先變形度越大，晶粒破碎越嚴(yán)重，缺陷越多，組織越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度越低。但變形量達(dá)一定值后，再越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度越低。但變形量達(dá)一定值后，再結(jié)晶溫度變化很小。結(jié)晶溫度變化很小。純金屬純金屬 TR 0.4Tm(K)；（2）金屬的純度）金屬的純度 雜質(zhì)或合金元素，特別是高熔點(diǎn)元素，會(huì)阻礙原子的雜質(zhì)或合金元素，特別是高熔點(diǎn)元素，會(huì)阻礙原子的擴(kuò)散或晶界的遷移，提高再結(jié)晶溫度。擴(kuò)散或晶界的遷移，提高再結(jié)晶溫度。合金：合金：TR=0.50.7Tm(K)（3）退火加熱速度）退火加熱速度 加熱速度越快，再結(jié)晶溫度越低。加熱速度越快，再結(jié)晶溫度越低。三、三、 再結(jié)晶后的晶

29、粒長大再結(jié)晶后的晶粒長大 再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。晶粒的長大是通過這是一個(gè)自發(fā)的過程。晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低 。580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織700C保溫保溫10分后的組織分后的組織黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素三、影

30、響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素（1）加熱溫度）加熱溫度加熱溫度越加熱溫度越 ，原子擴(kuò)散能力越，原子擴(kuò)散能力越 ，則晶界越易遷移，晶粒長大，則晶界越易遷移，晶粒長大也越也越 。再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對晶粒度的影響（2）預(yù)先變形程度的影響）預(yù)先變形程度的影響 臨界變形度：變形度越臨界變形度：變形度越 ，再結(jié)晶，再結(jié)晶核心越核心越 ，再結(jié)晶，再結(jié)晶 后的晶粒越后的晶粒越 變形度過大（約變形度過大（約90%)：再次出現(xiàn)：再次出現(xiàn)異常長大異常長大 （由形變織構(gòu)造成（由形變織構(gòu)造成 ）熱加工再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度冷加工熱加工時(shí)熱加工時(shí):熱加工時(shí)產(chǎn)生的加熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟