材料的塑性变形与再结晶

1、0.2材料在外力的作用下将发材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为生形状和尺寸变化，称为变变形形。外力去处后能够恢复的变外力去处后能够恢复的变形称为形称为弹性变形弹性变形。外力去处后不能恢复的变外力去处后不能恢复的变形称为形称为塑性变形塑性变形。强度：材料在外力作用下抵抗变形强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。和破坏的能力。屈服强度屈服强度 s：材料发生微量塑性变：材料发生微量塑性变形时的应力值。形时的应力值。l抗拉强度抗拉强度 b：材料断裂前所承受的：材料断裂前所承受的最大应力值。最大应力值。2.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面是指晶体的一部

2、分沿一定的晶面 和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。1）滑移只能在切应力作用下才会发生滑移只能在切应力作用下才会发生2）滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生）滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线滑移线和和滑移滑移带带3）滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面）滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面密排面)和和其上密度最大的晶向其上密度最大的晶向(密排方向密排方向)进行进行,沿其发生滑移的沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向中的密排面和密排方向,一个滑移面和

3、其上的一个滑移一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。方向构成一个滑移系。4）滑移的同时伴随有晶体的转动）滑移的同时伴随有晶体的转动 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。体心立方晶格好于密排六方晶格。（面心立方）（面心立方）（密排六方）（密排六方）孪生孪生是塑性变形的一种机制，孪生是产生孪晶的过程。是塑性变形的一种机制，孪生是产生

4、孪晶的过程。孪晶孪晶是指晶体中原子排列以某一面（孪晶面）成镜面对称的是指晶体中原子排列以某一面（孪晶面）成镜面对称的部分部分。奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响cu-4.5al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积第三节第三节 塑性变形对组织和性能的影响塑性变形对组织和性能的影响 一、塑性变形对组织结构的影响一、塑性变形对组织结构的影响 金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大

5、时，当变形量很大时， 晶粒将被拉长为晶粒将被拉长为纤维状，晶界变纤维状，晶界变得模糊不清得模糊不清.l塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。工业纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化(a) 正火态正火态(c) 变形变形80%(b) 变形变形40%由于晶粒的转动，当塑性变由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度时，会使绝形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象形方向趋于一致，这种现象称称织构织构或择优取向或择优取向。l形变织构使金属呈形变织构使金属呈现各向异性，在深现各向异性，在深冲零件时，易产生冲

6、零件时，易产生“制耳制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。构可提高硅钢片的导磁率。板织构板织构丝织构丝织构形变织构示意图形变织构示意图各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板 “制耳制耳”有有无无二、二、加工硬化加工硬化 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称塑性、韧性下降的现象称加工硬化加工硬化。冷塑性变形量，%屈服强度，mpa1040钢(0.4%c)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%c)黄铜铜产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是:1、随变形量

7、增加、随变形量增加, 位错位错密度增加，由于位错之密度增加，由于位错之间的交互作用间的交互作用(堆积堆积、缠缠结结)，使变形抗力增加，使变形抗力增加. 位错密度与强度关系位错密度与强度关系2. 随变形量增加，亚结构细化随变形量增加，亚结构细化3. 随变形量增加随变形量增加, 空位密度增加空位密度增加4. 几何硬化：由晶粒转动引起几何硬化：由晶粒转动引起由于加工硬化由于加工硬化, 使已变形部分发使已变形部分发生硬化而停止变形生硬化而停止变形, 而未变形部而未变形部分开始变形。分开始变形。没有加工硬化没有加工硬化, 金金属就不会发生均匀塑性变形。属就不会发生均匀塑性变形。加工硬化是强化金属的重要手

8、加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。的金属和合金尤为重要。变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁三、三、残余内应力残余内应力 内应力是指平衡于金属内部内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时，的应力。是由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。内部变形不均匀而引起的。l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).l第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间间 (微观内应力微观内应力)。l第三类内应力是由晶格缺陷

9、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。 金属发生塑性变形时，外力所做的功只有金属发生塑性变形时，外力所做的功只有10%转化转化为内应力残留于金属中。内应力分为三类：为内应力残留于金属中。内应力分为三类：曲轴中内应力的模拟曲轴中内应力的模拟第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。强度降低。l内应力的存在，使金内应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因中的变形和开裂。因此

10、，金属在塑性变形此，金属在塑性变形后，通常要进行退火后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。处理，以消除或降低内应力。晶界位错塞积所晶界位错塞积所引起的应力集中引起的应力集中第四节第四节 回复与再结晶回复与再结晶一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 金属经冷变形后金属经冷变形后, 组织处于不稳定状态组织处于不稳定状态, 有自发恢复有自发恢复到稳定状态的倾向到稳定状态的倾向。但在常温下但在常温下，原子扩散能力小原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。 加热温度加热温度 黄铜黄铜二、二、 回复与再结晶回复与再结晶回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位 与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使缺陷数量减少等。遇合并而使缺陷数量减少等。l