第06章合金钢2

1、3 3.2 .2 金属塑性变形理论基础金属塑性变形理论基础3 3.2.1 .2.1 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 1. 1.变形的种类变形的种类 弹性变形：弹性变形： 材料在外力作用下会产生变形；当外力材料在外力作用下会产生变形；当外力消失后，所产生的应力和变形也消失的变形，消失后，所产生的应力和变形也消失的变形，称为弹性变形。称为弹性变形。第三节第三节 金属的塑性变形金属的塑性变形 塑性变形塑性变形 金属在外力作用下，产生永久变形而不金属在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力。破坏的能力。 金属变形过程：金属变形过程： a a）金属材料在外力作用下发生弹性变）金属材料在外力作用下发

2、生弹性变形形 b b）当外力超过一定值后产生塑性变形）当外力超过一定值后产生塑性变形 c c）外力继续加大，发生断裂）外力继续加大，发生断裂 必须注意的是，塑性变形发生时一定伴随有必须注意的是，塑性变形发生时一定伴随有弹性变形的存在。当外力去除后，弹性变形必将弹性变形的存在。当外力去除后，弹性变形必将消失，即发生消失，即发生“弹复弹复”现象现象。弹复对某些压力。弹复对某些压力加工件（如弯曲件）的加工质量有很大影响，必加工件（如弯曲件）的加工质量有很大影响，必须采取适当的工艺措施以保证产品质量。须采取适当的工艺措施以保证产品质量。2 2、 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质1)1)单晶体塑性变

3、形单晶体塑性变形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切应力作用下的变形切应力作用下的变形锌单晶的拉伸照片锌单晶的拉伸照片 在金属塑性变形过程中，金属的晶粒内部产生了滑移，晶粒间也产生了滑移并转动。 单晶体的刚性滑移单晶体的刚性滑移位错运动位错运动 孪生变形孪生变形2) 2) 多晶多晶体塑变体塑变 多晶体是由许多晶格位向不同的晶粒所组成的，其塑性变形可视为各个单晶体塑性变形的综合效应。 晶粒位向的影响晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发

4、生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形这种弹性变形便成为塑性变形晶便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相于晶粒间的这种相互约束，使得多晶互约束，使得多晶体金属的塑性变形体金属的塑性变形抗力提高。抗力提高。 3 3.2.2.2.2塑性变形塑性变形对组织和性能的影响对组织和性能的影响一一.塑性变形塑性变形对金属材料微观组织的影响对金属材料微观组织的影响 纤维组织形成纤维组织形成。（1 1）产生加工硬化现象）产生加工硬化现象 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象

5、称性、韧性下降的现象称加工硬化加工硬化。二二. . 塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响（2 2）使金属的性能产生各向异性）使金属的性能产生各向异性l形变织构使金属呈现各向形变织构使金属呈现各向异性，异性，在深冲零件时，易产在深冲零件时，易产生生“制耳制耳”现象，使零件边缘现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。提高硅钢片的导磁率。(4) (4) 产生残余内应力产生残余内应力使零件尺寸不稳定；残余压应压应力力可提高疲劳强度，残余拉应力拉应力降低腐蚀性能。 内应力是指平衡于金属内部的应力内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力是由于金

6、属受力时时, 内部变形不均匀而引起的。内部变形不均匀而引起的。 内应力分为三类：内应力分为三类：第一类内应力平衡于表面与心部之间第一类内应力平衡于表面与心部之间 (宏观内应力宏观内应力)。第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间, (微观内微观内应力应力)。第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。 (3) (3) 影响金属的物理、化学影响金属的物理、化学 性能性能电阻增加，抗腐蚀性能降低。 加工硬化加工硬化是强是强化金属的重要方化金属的重要方法之一法之一。纯金属及某。纯金属及某些不能通过热处理方法些不能

7、通过热处理方法强化的合金，如低碳钢、强化的合金，如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体纯铜、防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度压等工艺来提高其强度和硬度和硬度加工硬化在生产中加工硬化在生产中的的实用意义实用意义三、三、 冷变形钢在加热过程中组织和性能的变化冷变形钢在加热过程中组织和性能的变化随着加热温度的升高冷变形钢经历三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大。 1 回复阶段：回复阶段：基本上保持加工硬化基本上保持加工硬化效果效果 。（1 1）显微组织形貌保持不变；（2 2）强度硬度略有降低，）强度硬度略有降

8、低， 内应力明显下降；内应力明显下降；（3 3）原子排列畸变程度减轻，空位剧烈减少，电阻明显降低电阻明显降低。（4)此阶段称为“去应力退火去应力退火”组织随加热组织随加热温度的变化温度的变化T回=（0.250.3）T熔 2 2 再结晶：再结晶：温度较高，加工硬化效果消除，恢复温度较高，加工硬化效果消除，恢复材料的塑性变形能力。材料的塑性变形能力。 （1 1）组织：碎的，拉长的晶粒）组织：碎的，拉长的晶粒转变细小的等轴晶粒。转变细小的等轴晶粒。 （2 2）内应力：完全消失）内应力：完全消失 （3 3）性能：恢复塑性韧性，）性能：恢复塑性韧性，s sb、HB, HB, d d 、 （4 4）此阶段

9、又称再结晶退火。）此阶段又称再结晶退火。组织随加热组织随加热温度的变化温度的变化T再再=（0.4-0.5）T熔熔3.3.晶粒长大晶粒长大 再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续升升高加热温度或延长保温时高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，间，将发生晶粒长大，这是这是一个自发的过程。一个自发的过程。黄铜再结晶后晶粒的长大黄铜再结晶后晶粒的长大580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织4.4.影响再结晶后晶粒大小的因素：影响再结晶后晶粒大小的因素： a a）变形程度）变形程度 很小时不发

10、生再结晶 2-8%晶粒特别粗大临界变形程度 大于临界变形程度，随变形程度增加，晶粒显著细化 b b）再结晶后状态）再结晶后状态 金属在高温下停留，晶粒长大，力学性能变差四、冷变形、热变形四、冷变形、热变形 1 1、冷变形、冷变形 在再结晶温度以下的变形。 对金属冷变形将产生加工硬化现象。（1）生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等（2）特点： a）位错密度上升显著加工硬化 强度、硬度上升，韧、塑性下降 b）尺寸精度高、表面质量好2 2、热变形、热变形 变形温度高于再结晶温度变形温度高于再结晶温度 （1 1）生产方式）生产方式：热锻、热轧、热挤压 （2 2）坯料原始组织特征：）坯料原始组织特征：

11、晶粒粗大、组织不均匀、有气孔、缩松、微裂纹、非金属夹杂物等缺陷。（3 3）热变形后的组织特征）热变形后的组织特征： a）加工硬化和再结晶同时发生 b）冶金缺陷得到改善或消除 c）最终得到细小的等轴晶 d）组织致密，力学性能显著提高 热轧对晶粒组织的影响热轧对晶粒组织的影响 举例：铅、锡在室温下的加工属于热变形；钨的再结晶温度为1210，即使在1000的高温下进行的加工也属于冷变形。五、锻造流线与锻造比五、锻造流线与锻造比 金属的变形程度越大，纤维组织越明显。变形程度用锻造比Y锻来表示。拔长时的锻造比：镦粗时的锻造比：FF0Y拔HH0Y镦 当锻造比为25时，纤维组织愈来愈明显，金属呈现各向异性。锻造流线：锻造流线：铸锭中分布在晶粒边界上的杂质，随晶粒的变形被拉长，而再结晶时金属晶粒形状改变，但杂质依然沿着被拉长的方向保留下来纤维组织（热加工流线）。沿纤维方向强度、塑性、冲击韧性高沿纤维方向强度、塑性、冲击韧性高垂直纤维方向强度、塑性、冲击韧性低。垂直纤维方向强度、塑性、冲击韧性低。 热轧对晶粒组织的影响热轧对晶粒组织的影响设计时要注意：设计时要注意：零件工作时：零件工作时： 最大拉应力方向与流线方向重合最大拉应力方向与流线方向重合 最大剪应力或冲击应力方向与流线垂最大剪应力或冲击应力方向与流线垂直直 流线能沿零件外形轮廓连续分布，不流线能沿零件外形