第三節(jié)+金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、n金屬的一項(xiàng)重要特性就是具有金屬的一項(xiàng)重要特性就是具有塑性塑性，能夠，能夠在外力作用下進(jìn)行在外力作用下進(jìn)行塑性變形塑性變形。n利用其塑性，可對金屬材料進(jìn)行各種利用其塑性，可對金屬材料進(jìn)行各種壓力壓力加工加工（如軋制、鍛造、擠壓、拉絲、沖壓（如軋制、鍛造、擠壓、拉絲、沖壓等等），為金屬件的成形提供經(jīng)濟(jì)而有效等等），為金屬件的成形提供經(jīng)濟(jì)而有效的途徑。的途徑。n金屬經(jīng)壓力加工變形后，不僅改變了其外金屬經(jīng)壓力加工變形后，不僅改變了其外形和尺寸，還使其內(nèi)部組織和有關(guān)性能發(fā)形和尺寸，還使其內(nèi)部組織和有關(guān)性能發(fā)生變化。生變化。 第三節(jié)第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶韌性斷口韌性斷口脆性

2、解理斷口脆性解理斷口n 滑移滑移n滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象。位移的現(xiàn)象。l塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移滑移和和孿生。孿生。一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形n單晶體受力后，外力單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分在任何晶面上都可分解為解為正應(yīng)力正應(yīng)力和和切應(yīng)力切應(yīng)力。正應(yīng)力正應(yīng)力只能引起彈性只能引起彈性變形及解理斷裂。變形及解理斷裂。只只有在有在切應(yīng)力切應(yīng)力的作用下的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。性變形。外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作

3、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n1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn) ：n 滑移只能在切應(yīng)力的作滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力. n 滑移常沿晶體中原滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。晶向發(fā)生。因原子密因原子密度最大的晶面和晶向度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。移所需切應(yīng)力最小。l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滑移方向方向。通常是晶體中的密

4、排面和密排方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。 n一個滑移一個滑移面和其上面和其上的一個滑的一個滑移方向構(gòu)移方向構(gòu)成一個成一個滑滑移系。移系。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系n滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，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)比滑移面更大越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。n因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶

5、格, 體心立方晶格好于密排六方晶格。體心立方晶格好于密排六方晶格。n滑移時(shí)，晶體兩部分的相滑移時(shí)，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)對位移量是原子間距的整數(shù)倍倍.n滑移的結(jié)果在晶體表面形成滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱臺階，稱滑移線滑移線，若干條滑，若干條滑移線組成一個移線組成一個滑移帶滑移帶。 銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶n 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動n轉(zhuǎn)動有兩種：轉(zhuǎn)動有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動?；品较蛳蜃畲笄袘?yīng)力方向轉(zhuǎn)動。切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動切應(yīng)力作

6、用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動韌性斷口韌性斷口多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行 把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論把滑移設(shè)想為剛性整體滑動所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測量臨界切應(yīng)力值臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測量臨界切應(yīng)力值大大3-4個數(shù)量級個數(shù)量級?；剖峭ㄟ^滑移面上位滑移是通過滑移面上位錯的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。錯的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的?；频臋C(jī)理滑移的機(jī)理l晶體通過位錯運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，晶體通過位錯運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移只在位錯中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作小，這種現(xiàn)象

7、稱作位錯的易動性位錯的易動性。刃位錯的運(yùn)動刃位錯的運(yùn)動n 孿生孿生n孿生孿生是指晶體的一是指晶體的一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相對于另一部晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。分所發(fā)生的切變。n發(fā)生切變的部分稱發(fā)生切變的部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿其發(fā)生孿生的，沿其發(fā)生孿生的晶面稱晶面稱孿生面孿生面。n孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。 孿晶組織孿晶組織孿生示意圖孿生示意圖n與滑移相比：與滑移相比：n孿生使晶格位向發(fā)生改變；孿生使晶格位向發(fā)生改變；n所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快變形速度極快, 接近聲速接近聲速

8、;n孿生時(shí)相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距孿生時(shí)相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距.n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有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生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。孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原形，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)生錯排而產(chǎn)生的，稱子重新排列時(shí)發(fā)生錯排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶退火孿晶。奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合

9、金六方相中的形變孿晶三、多晶體金屬的塑性變形三、多晶體金屬的塑性變形n單個晶粒變形與單晶體相似單個晶粒變形與單晶體相似,多多晶體變形比單晶體復(fù)雜。晶體變形比單晶體復(fù)雜。n(一一)晶界及晶粒位向差的影響晶界及晶粒位向差的影響n1、晶界的影響、晶界的影響n當(dāng)位錯運(yùn)動到晶界附近時(shí)，受當(dāng)位錯運(yùn)動到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來到晶界的阻礙而堆積起來,稱稱位位錯的塞積錯的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行。要使變形繼續(xù)進(jìn)行, 則必須增加外力則必須增加外力, 從而使金屬的從而使金屬的變形抗力提高。變形抗力提高。 圖圖2-7 由兩個晶粒所做成的試樣由兩個晶粒所做成的試樣 圖圖2-8 鋅的拉伸曲線鋅的拉伸曲線 在拉

10、伸時(shí)的變形在拉伸時(shí)的變形 1-多晶試樣多晶試樣 2-單晶體單晶體晶界處的原子晶界處的原子：雜亂；晶格嚴(yán)重畸變；雜質(zhì)原子比較集中：雜亂；晶格嚴(yán)重畸變；雜質(zhì)原子比較集中增大了晶增大了晶格畸變格畸變滑移時(shí)位錯運(yùn)動的阻力滑移時(shí)位錯運(yùn)動的阻力(即塑性變形抗力即塑性變形抗力)增大增大變形難。變形難。圖圖5-9，拉伸時(shí)：拉伸時(shí)：晶界處塑性變形抗力大、變形小晶界處塑性變形抗力大、變形小形成了形成了“竹節(jié)竹節(jié)現(xiàn)象現(xiàn)象晶界對塑性變形的影響晶界對塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯塞積界的位錯塞積l當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈45角時(shí)，滑移角時(shí)，滑移 方向上切應(yīng)力最

11、方向上切應(yīng)力最大，因而最容易大，因而最容易發(fā)生滑移發(fā)生滑移.l滑移后滑移后, 滑移面兩滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。系未發(fā)生變化。 A0A1FFA0n2、晶粒位向的影響、晶粒位向的影響n拉伸時(shí)，在與外力成拉伸時(shí)，在與外力成45方向上的切應(yīng)方向上的切應(yīng)力最大，偏移該方向越遠(yuǎn)，則切應(yīng)力越力最大，偏移該方向越遠(yuǎn)，則切應(yīng)力越小小(與外力平行或垂直方向的切應(yīng)力等與外力平行或垂直方向的切應(yīng)力等于零于零)。n各個晶粒的位向是無序的，有的晶粒的各個晶粒的位向是無序的，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能接近滑移面和滑移方向可能接近45方向方向(稱稱為軟位向?yàn)檐浳幌?，有的晶粒的滑移面和滑移有的晶

12、粒的滑移面和滑移方向可能偏離方向可能偏離45方向方向(稱為硬位向稱為硬位向)。n處于軟位向的晶粒先發(fā)生滑移變形，處于軟位向的晶粒先發(fā)生滑移變形，而而處于硬位向的晶?？赡苓€只有彈性變形。處于硬位向的晶?？赡苓€只有彈性變形。 圖圖2-10 多晶體金屬不均勻塑性變多晶體金屬不均勻塑性變形過程的示意圖形過程的示意圖n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于45的晶粒。的晶粒。當(dāng)塞積位錯前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加當(dāng)塞積位錯前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位

13、向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批一批晶粒傳遞到另一批晶粒，晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。出明顯的塑性變形。 多晶體中各晶多晶體中各晶粒位向的不同粒位向的不同其中任一晶粒的滑移都會受其中任一晶粒的滑移都會受到周圍不同位向晶粒的約束和限制到周圍不同位向晶粒的約束和限制滑移抗力滑移抗力 多晶體多晶體的塑性變形抗力總是高于單晶體。的塑性變形抗力總是高于單晶體。由于各相鄰晶粒位向不同，由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一當(dāng)一個晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，個晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的

14、晶粒若持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變以彈性變形來與之協(xié)調(diào)形來與之協(xié)調(diào)。n晶粒間的位向不同晶粒間的位向不同塑性變形產(chǎn)生不均勻性。塑性變形產(chǎn)生不均勻性。（三）（三） 晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響n1. 金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。n因?yàn)橐驗(yàn)榻饘俳饘倬ЯＴ骄ЯＴ郊?xì)，晶界總面積細(xì)，晶界總面積越大，位錯障礙越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的具有不同位向的晶粒越多，的晶粒越多，使使金屬塑性變形的金屬塑性變形的抗力越高。抗力越高。晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)系晶粒大小與金屬強(qiáng)度關(guān)

15、系n2.金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。n因?yàn)橐驗(yàn)榫ЯＴ郊?xì)，晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變參與變形的晶粒數(shù)目也越形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。大的塑性變形。強(qiáng)強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加度和塑性同時(shí)增加,金屬在斷裂前消耗金屬在斷裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韌性也比較好。韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料通過通過壓力加工和熱處理壓力加工和熱處理細(xì)細(xì)化晶粒來同時(shí)提高金屬的化晶粒來同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性強(qiáng)度、硬度、塑性和

16、韌性的方法稱的方法稱細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化。 第二節(jié)第二節(jié) 塑性變形對組織和性能的影響塑性變形對組織和性能的影響 n一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響 n金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。n(一一)晶粒形狀的變化。晶粒形狀的變化。塑性變形后晶粒的外形沿著變形方向塑性變形后晶粒的外形沿著變形方向被壓扁或拉長，形成細(xì)條狀或纖維狀，晶界變得模糊不清，被壓扁或拉長，形成細(xì)條狀或纖維狀，晶界變得模糊不清，且隨變形量增大而加劇。且隨變形量增大而加劇。 (a)30壓下量壓下

17、量 (b)55壓下量壓下量 (c)75壓下量壓下量 圖圖5-12 純鐵經(jīng)不同程度冷軋變形后的顯微組織純鐵經(jīng)不同程度冷軋變形后的顯微組織(250)(二二)亞結(jié)構(gòu)的形成。亞結(jié)構(gòu)的形成。在未變形的晶粒內(nèi)部存在著大量的在未變形的晶粒內(nèi)部存在著大量的位錯壁位錯壁(亞晶亞晶界界)和位錯網(wǎng)，和位錯網(wǎng)，隨著塑性變形的發(fā)生，即位錯運(yùn)動，在位錯之間產(chǎn)隨著塑性變形的發(fā)生，即位錯運(yùn)動，在位錯之間產(chǎn)生一系列復(fù)雜的交互作用，使大量的位錯在位錯壁和位錯網(wǎng)旁邊造生一系列復(fù)雜的交互作用，使大量的位錯在位錯壁和位錯網(wǎng)旁邊造成堆積和相互糾纏，產(chǎn)生了成堆積和相互糾纏，產(chǎn)生了位錯纏結(jié)現(xiàn)象。位錯纏結(jié)現(xiàn)象。隨著變形的增加，位錯隨著變形的增

18、加，位錯纏結(jié)現(xiàn)象的進(jìn)一步發(fā)展，便會把各晶粒破碎成為細(xì)碎的纏結(jié)現(xiàn)象的進(jìn)一步發(fā)展，便會把各晶粒破碎成為細(xì)碎的亞晶粒。亞晶粒。變變形愈大，晶粒的碎細(xì)程度便愈大，亞晶界也愈多，位錯密度顯著增形愈大，晶粒的碎細(xì)程度便愈大，亞晶界也愈多，位錯密度顯著增加。同時(shí)，加。同時(shí)，細(xì)碎的亞晶粒也隨著變形的方向被拉長。細(xì)碎的亞晶粒也隨著變形的方向被拉長。 工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯網(wǎng)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%(三三)形變織構(gòu)的產(chǎn)生。形變織構(gòu)的產(chǎn)生。在在定向變形定向變形情況下，金屬中的情況下，金屬中的晶

19、粒晶粒不僅被破碎拉長，不僅被破碎拉長，而且各而且各晶粒的位向晶粒的位向也會朝著變形的方向也會朝著變形的方向逐步發(fā)生轉(zhuǎn)動。當(dāng)變形量達(dá)到一定值逐步發(fā)生轉(zhuǎn)動。當(dāng)變形量達(dá)到一定值(7090以上以上)時(shí)，時(shí)，金屬中的每個晶粒的位向都趨于大體一致，這種現(xiàn)象稱為金屬中的每個晶粒的位向都趨于大體一致，這種現(xiàn)象稱為“織構(gòu)織構(gòu)”現(xiàn)象，或稱現(xiàn)象，或稱“擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向”。n由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會使絕大部分晶由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。織構(gòu)或擇優(yōu)取向。這種有序化的結(jié)構(gòu)叫

20、做這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。形變織構(gòu)。n形變織構(gòu)形變織構(gòu)一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向，稱為稱為絲織構(gòu)，絲織構(gòu)，例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后，其（例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后，其（110）平行于拔絲方）平行于拔絲方向另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向，稱為向另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向，稱為板織板織構(gòu)，構(gòu)，低碳鋼的板織構(gòu)為低碳鋼的板織構(gòu)為001110見下圖；見下圖；l形變織構(gòu)使金屬呈形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性現(xiàn)各向異性，在深，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織

21、構(gòu)現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。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)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無軋制鋁板的軋制鋁板的“制耳制耳”現(xiàn)象現(xiàn)象二、加工硬化二、加工硬化 n隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑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)象稱性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化加工硬化。冷塑性變形量，冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅冷塑性變形量，冷塑性變形量，%伸長率，伸長率，%1040鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅冷塑性變形與

22、性能關(guān)系冷塑性變形與性能關(guān)系n產(chǎn)生加工硬化的原因是產(chǎn)生加工硬化的原因是:n1、隨變形量增加、隨變形量增加, 位錯密度增加，位錯密度增加，由于位錯之間的交互作用由于位錯之間的交互作用(堆積堆積、纏結(jié)纏結(jié))，使變形抗力增加。使變形抗力增加。 n2. 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化n3. 隨變形量增加隨變形量增加, 空位密度增加空位密度增加位錯密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯密度與強(qiáng)度關(guān)系n4. 幾何硬化：幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動引起由晶粒轉(zhuǎn)動引起n由于加工硬化由于加工硬化, 使已變形部分發(fā)生硬使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形化而停止變形, 而未變形部分開始變而未變形部分開始變形。形。沒有加工硬化，金

23、屬就不會發(fā)沒有加工硬化，金屬就不會發(fā)生均勻生均勻塑性變形。塑性變形。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，手段之一，對于不能熱處理強(qiáng)化的對于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。金屬和合金尤為重要。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電阻率增加；耐蝕性下降電阻率增加；耐蝕性下降變形變形20%純鐵中的位錯純鐵中的位錯未變形純鐵未變形純鐵三、殘余內(nèi)應(yīng)力三、殘余內(nèi)應(yīng)力 n內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí)是由于金屬受力時(shí), 內(nèi)部內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí),外力所做的功只外力所做的功只有有10%

24、轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中. n內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：n第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力金屬表層和心部或這一部分和那一部分變形不金屬表層和心部或這一部分和那一部分變形不均造成的、均造成的、平衡于表面與心部之間平衡于表面與心部之間 （宏觀內(nèi)應(yīng)力）。（宏觀內(nèi)應(yīng)力）。n第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力相鄰晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均造成的相鄰晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均造成的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力，平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間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)（微觀內(nèi)應(yīng)力）。力）。n第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力位錯、空位等晶體缺陷的增多所造成的晶格畸位錯、空位等晶體缺陷的

25、增多所造成的晶格畸變應(yīng)力（變應(yīng)力（是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力）。是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力）。 n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，也是金屬強(qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬屬強(qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強(qiáng)度降低。強(qiáng)度降低。l內(nèi)應(yīng)力的存在，內(nèi)應(yīng)力的存在，使金使金屬耐蝕性下降，屬耐蝕性下降，引起引起零件加工、淬火過程零件加工、淬火過程中的變形和開裂。中的變形和開裂。因因此，金屬在塑性變形此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。晶界位錯塞積所晶界位錯塞積所引起的應(yīng)

26、力集中引起的應(yīng)力集中第三節(jié)第三節(jié) 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶n一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 n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)組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向狀態(tài)的傾向。但在常溫下但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間維持。長時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生生回復(fù)、再結(jié)晶回復(fù)、再結(jié)晶和和晶粒長大。晶粒長大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅n 回復(fù)回復(fù)n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)缺陷是指在加熱溫度較

27、低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如如空位空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并并而使缺陷數(shù)量減少等。而使缺陷數(shù)量減少等。l由于位錯運(yùn)動使其由冷塑由于位錯運(yùn)動使其由冷塑性變形時(shí)的無序狀態(tài)變?yōu)樾宰冃螘r(shí)的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植迹纬蓙喚Ы?，垂直分布，形成亞晶界，這一過程稱這一過程稱多邊形化。多邊形化。n在回復(fù)階段，在回復(fù)階段，金屬組織金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略硬度略有下降，塑性略有提高，但有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。阻率

28、等顯著下降。n工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象象將冷變形金屬低溫加將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理加工硬化，這種熱處理方法稱方法稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。圖圖2-16 變形金屬在不同加熱溫度時(shí)晶粒大小和變形金屬在不同加熱溫度時(shí)晶粒大小和性能變化的示意圖性能變化的示意圖n 再結(jié)晶再結(jié)晶n當(dāng)變形金屬被加熱到當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原較高溫度時(shí)，由于原子活動能力增大，晶子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變粒的形狀開始發(fā)生變化，化，由破碎拉長的晶由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。粒。n這種這種冷變形組織在加冷變形組織在

29、加熱時(shí)重新徹底改組的熱時(shí)重新徹底改組的過程稱過程稱再結(jié)晶再結(jié)晶。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱n再結(jié)晶也是一個晶核形成再結(jié)晶也是一個晶核形成和長大的過程，但不是相和長大的過程，但不是相變過程，變過程，再結(jié)晶前后新舊再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完晶粒的晶格類型和成分完全相同。全相同。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-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯基體上于高密度位錯基體上n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，因而原，因而金屬的強(qiáng)度、金

30、屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。提高，加工硬化消失。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n 再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶后的晶粒長大n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升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大，大，這是一個自發(fā)的過這是一個自發(fā)的過程。程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大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7

31、00C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織n晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。并小晶粒的過程。晶粒粗大會使金屬的強(qiáng)度，尤晶粒粗大會使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低其是塑性和韌性降低 。圖圖2-18 晶粒長大示意圖晶粒長大示意圖黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個階段的金相照片冷變形量為冷變形量為38的組織的組織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

32、分后的組織二、再結(jié)晶溫度二、再結(jié)晶溫度n再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。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%)黃銅的再結(jié)晶黃銅的再結(jié)晶T再再與與的關(guān)系的關(guān)系n影響再結(jié)晶溫度的因素為：影響再結(jié)晶溫度的因素為：n1、金屬的預(yù)先變形程度：、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大金屬預(yù)先變形程度越大,

33、再結(jié)再結(jié)晶溫度越低。晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。最低再結(jié)晶溫度。l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再再0.4T熔熔 其中其中T再再、T熔熔為絕對溫度為絕對溫度.l金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T再再也越高也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451n2、金屬的純度、金屬的純度n金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙

34、擴(kuò)散和晶界遷移作用阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高使再結(jié)晶溫度顯著提高.n3、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l提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長延長加熱時(shí)間加熱時(shí)間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。l生產(chǎn)中，把生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200。 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第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 n一、冷加工與熱加工的區(qū)別一、冷加工與熱加工的區(qū)別