工程材料-第五章_金属的塑性变形与再结晶

1、主要内容：主要内容：l金属的塑性变形l塑性变形对金属组织和性能的影响l回复与再结晶l金属的热加工第五章 金属的塑性变形与再结晶两个方面的问题：两个方面的问题：l 塑性变形塑性变形（Plastic Deformation）各种压力加工，如轧制、挤压、拉拔、锻压、冲压等，均能使金属发各种压力加工，如轧制、挤压、拉拔、锻压、冲压等，均能使金属发生塑性变形。生塑性变形。一般来说，金属在常温下发生的塑性变形是一般来说，金属在常温下发生的塑性变形是冷塑性变形冷塑性变形。金属发生冷塑性变形后，其内部组织、结构和性能均将发生变化，宏金属发生冷塑性变形后，其内部组织、结构和性能均将发生变化，宏观性能表现为强度和

2、硬度、电阻率升高，塑性和韧性、耐腐蚀性降低。观性能表现为强度和硬度、电阻率升高，塑性和韧性、耐腐蚀性降低。l 回复与再结晶回复与再结晶（Recovery and Recrystallization） 经过冷塑性变形的金属被重新加热后，其内部组织、结构和性能又将经过冷塑性变形的金属被重新加热后，其内部组织、结构和性能又将发生变化，宏观性能表现为强度和硬度降低，塑性和韧性升高。发生变化，宏观性能表现为强度和硬度降低，塑性和韧性升高。第五章 金属的塑性变形与再结晶轧制轧制（Rolling） 挤压挤压（Extruding） 拉拔拉拔（Drawing） 锻压锻压（Forging） 冲压冲压（Pressi

3、ng） 压力加工方法示意图压力加工方法示意图 未变形未变形滑移滑移 孪生孪生 第一节金属的塑性变形第一节金属的塑性变形一、单晶体金属的塑性变形一、单晶体金属的塑性变形变形方式：变形方式：滑移滑移（Slip） ：在切应力作用下，晶体的在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶一部分沿一定的晶面和晶向，相对于另一部分发生向，相对于另一部分发生相对滑动位移的现象。相对滑动位移的现象。孪生孪生（Twinning） ：在切应力作用下，晶体的在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶一部分沿一定的晶面和晶向，相对于另一部分发生向，相对于另一部分发生对称切变的现象。对称切变的现象。第五章 金属的塑性变形

4、与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形1.1.滑移变形的特点滑移变形的特点l 滑移只能在切应力的作用下发生滑移只能在切应力的作用下发生 产生滑移所需的最小切应力称为临界切应力产生滑移所需的最小切应力称为临界切应力（Critical Shear Stress）。重要现象：重要现象：当外力与滑移所发生当外力与滑移所发生的晶面之间呈的晶面之间呈4545 时时, , 临临界切应力最小界切应力最小, ,即当单晶即当单晶体在外力作用下体在外力作用下, ,首先开首先开始滑移所在的晶面总是始滑移所在的晶面总是与该外力呈与该外力呈4545 角的面。角的面。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.

5、1 金属的塑性变形金属的塑性变形锌单晶体拉伸试验示意图锌单晶体拉伸试验示意图铝单晶的拉伸铝单晶的拉伸变形照片变形照片 滑移面滑移面（Slip Plane）滑移方向滑移方向（Sip Direction）滑移系滑移系（Sip System）体心立方晶格体心立方晶格(bcc)面心立方晶格面心立方晶格(fcc)密排六方晶格密排六方晶格(hcp)110111第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形l 滑移沿原子密度最大的晶面和原子密度最大的晶向发生滑移沿原子密度最大的晶面和原子密度最大的晶向发生重要结论：重要结论： 滑移系越多，则金属发生滑移的可能性越大，该金属的塑性也

6、越好。滑移系越多，则金属发生滑移的可能性越大，该金属的塑性也越好。 如果滑移系数目相同，则滑移方向越多，塑性越好。如果滑移系数目相同，则滑移方向越多，塑性越好。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形体心立方晶格体心立方晶格(bcc)110面心立方晶格面心立方晶格(fcc)111密排六方晶格密排六方晶格(hcp)滑移系：滑移系：1212（62）有有6 6个个110110面，每个面，每个110110面上有面上有2 2个个方向。方向。 - -Fe,Cr,W,Mo,V,NbFe,Cr,W,Mo,V,Nb。滑移系：滑移系：1212（43）有有4 4个个111111面，

7、每个面，每个111111面上有面上有3 3个个方向。方向。 - -Fe,Cu,Al,Ni,Au,AgFe,Cu,Al,Ni,Au,Ag。滑移系：滑移系：3 3（31）有有1 1个底面，每个底面上个底面，每个底面上有有3 3个滑移方向。个滑移方向。Mg,Zn,Cd,Be,Mg,Zn,Cd,Be, - -TiTi。 滑移的结果会在金属表面造成台阶。滑移的结果会在金属表面造成台阶。l 滑移时两部分晶体的相对位移是原子间距的整数倍滑移时两部分晶体的相对位移是原子间距的整数倍第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形滑移带滑移带（Slip Band）和滑移线和滑移线（Sl

8、ip Line）滑移带滑移带滑移线滑移线210-8ml 滑移的同时伴随着晶体的转动滑移的同时伴随着晶体的转动单晶体拉伸变形过程单晶体拉伸变形过程a)原试样；原试样；b)自由滑移变形；自由滑移变形；c)受夹头限制时的变形受夹头限制时的变形第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形2 2、滑移的机理、滑移的机理历史回顾：历史回顾：19261926年，物理学家年，物理学家FrankFrank将滑移设想为晶体中相邻上、下两列原子将滑移设想为晶体中相邻上、下两列原子的刚性移动，并据此估算出晶体的理论剪切强度。的刚性移动，并据此估算出晶体的理论剪切强度。第五章 金属的塑性变

9、形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形FrankFrank计算出的晶体的理论剪切强度：计算出的晶体的理论剪切强度：比较：比较：CuCu的理论剪切强度的理论剪切强度 m m1500MPa1500MPaCuCu的实际剪切强度的实际剪切强度 m m0.98MPa0.98MPa 两者相差两者相差15001500多倍。多倍。结论：结论： FrankFrank的滑移理论不正确，即滑移不是晶体原子作整体刚性滑动。的滑移理论不正确，即滑移不是晶体原子作整体刚性滑动。2Gm 19341934年，物理学家年，物理学家G.I.TaylorG.I.Taylor、M.PolanyiM.Polanyi和和

10、E.OrowanE.Orowan几乎同时提出几乎同时提出了晶体中位错的概念，了晶体中位错的概念，TaylorTaylor还将位错与滑移变形联系了起来，最终圆还将位错与滑移变形联系了起来，最终圆满解释了晶体的滑移机理。满解释了晶体的滑移机理。 滑移的机制：滑移的机制： 滑移是通过位错在滑移面上的运动实现的。滑移是通过位错在滑移面上的运动实现的。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形晶体通过位错运动而发生滑移晶体通过位错运动而发生滑移位错运动导致滑移的特点：位错运动导致滑移的特点：当晶体通过位错运动产生滑移时，只当晶体通过位错运动产生滑移时，只 在位错中心的少数

11、原子发生移动，而且在位错中心的少数原子发生移动，而且它们移动的距离远小于一个原子间距，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小。因而所需临界切应力小。当位错线扫过滑移面到达金属表面 时，便产生一个原子间距的滑移量，同一滑移面上若有大量位错移出，则会在金属表面形成一条滑移线。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 位错运动越困难，则金属的强度越高；反之则强度越低，塑性越好。位错运动越困难，则金属的强度越高；反之则强度越低，塑性越好。位错运动时的原子位移位错运动时的原子位移 二、多晶体金属的塑性变形二、多晶体金属的塑性变形多晶体金属发生塑性变形的方

12、式仍然是滑移多晶体金属发生塑性变形的方式仍然是滑移或孪生。或孪生。1.1.晶界和晶粒位向对多晶体塑性变形晶界和晶粒位向对多晶体塑性变形的影响的影响l 晶界的影响晶界的影响晶界阻碍位错运动提高塑性变形抗力。晶界阻碍位错运动提高塑性变形抗力。当位错运动到晶界附近时，晶界成为位错当位错运动到晶界附近时，晶界成为位错运动的障碍，于是位错在晶界处堆积起来，运动的障碍，于是位错在晶界处堆积起来，形成位错塞积。如果要使变形继续进行，必形成位错塞积。如果要使变形继续进行，必须增加外力。须增加外力。 第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形位错的塞积位错的塞积（Piling o

13、f Dislocation）晶界晶界位位错错塞塞积积群群l 晶粒位向的影响晶粒位向的影响 晶粒间的相互约束提高塑性变形抗力。晶粒间的相互约束提高塑性变形抗力。 因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变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。 多晶体中的晶界和晶粒间存在的位向差多晶体中的晶界和晶粒间存在的位向差提高多晶体金属的提高多晶体金属的塑性塑性变形抗力，将导致变形抗力，将导致多晶体金属的强度和硬度增大。多晶体金属的强度和硬度增大。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形双

14、晶粒试样拉伸时双晶粒试样拉伸时变形示意图变形示意图 多晶体金属的塑性变形过程：多晶体金属的塑性变形过程：多晶体中首先发生滑移的是那些滑移系与外力多晶体中首先发生滑移的是那些滑移系与外力夹角等于或接近于夹角等于或接近于 4545 的晶粒，使位错在晶界附的晶粒，使位错在晶界附近塞积，当塞积位错前端的应力达到一定程度，近塞积，当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒发生滑移晶粒传递到另一批晶粒，当有大量晶粒

15、发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。后，金属便显示出明显的塑性变形。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形多晶体拉伸多晶体拉伸变形示意图变形示意图2.2.晶粒大小对多晶体金属力学性能的影响晶粒大小对多晶体金属力学性能的影响l 对硬度和强度的影响对硬度和强度的影响晶粒越细小，强度和硬度越高。晶粒越细小，强度和硬度越高。 原理：原理：晶粒越细小，晶界总面积越大，位错障碍越多，同时需要协晶粒越细小，晶界总面积越大，位错障碍越多，同时需要协调的具有不同位向的晶粒越多，因此金属的强度和硬度越高。调的具有不同位向的晶粒越多，因此金属的强度和硬度越高。l 对塑性和韧性

16、的影响对塑性和韧性的影响晶粒越细小，塑性和韧性越高。晶粒越细小，塑性和韧性越高。原理：原理：晶粒越细小，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶晶粒越细小，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使在断裂粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使在断裂前发生较大的塑性变形。在强度和塑性同时增加的情况下，金属在前发生较大的塑性变形。在强度和塑性同时增加的情况下，金属在断裂前消耗的功也越大，因此其韧性也越好。断裂前消耗的功也越大，因此其韧性也越好。 细晶强化细晶强化（Grain Refining Strengthening）： 通过细化晶

17、粒同时提高金属的强度和硬度、塑性和韧性的方法。通过细化晶粒同时提高金属的强度和硬度、塑性和韧性的方法。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形三、合金的塑性变形三、合金的塑性变形1.1.单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的塑性变形固溶体中存在溶质原子，造成晶格畸变，从而对位错的运动有阻碍固溶体中存在溶质原子，造成晶格畸变，从而对位错的运动有阻碍作用，使合金的强度和硬度升高。作用，使合金的强度和硬度升高。溶质原子在位错线上的偏聚，会对位错起溶质原子在位错线上的偏聚，会对位错起“钉扎钉扎”作用，使位错运作用，使位错运动困难，也使合金的强度和硬度升高。动困难，也

18、使合金的强度和硬度升高。 固溶强化固溶强化（Solution Strengthening）：通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属的强度和硬度提高、塑性和通过溶入溶质元素形成固溶体，使金属的强度和硬度提高、塑性和韧性降低，这种金属强化方式称为固溶强化。韧性降低，这种金属强化方式称为固溶强化。 第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形2.2.多相合金的塑性变形多相合金的塑性变形多相合金的组织中通常有两类不同的相，一是连续分布的基体相，多相合金的组织中通常有两类不同的相，一是连续分布的基体相，二是以一定的形状和数量分布在基体相中的分散相（又称第二相）。二是以一定的形状

19、和数量分布在基体相中的分散相（又称第二相）。在工业合金中，基体相一般是固溶体，第二相多数是金属化合物。在工业合金中，基体相一般是固溶体，第二相多数是金属化合物。多相合金的塑性变形和力学性能除与基体相的性质有关外，还与第多相合金的塑性变形和力学性能除与基体相的性质有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数量及分布有关。二相的性质、形态、大小、数量及分布有关。多相合金组织中两类相的常见组合形式：多相合金组织中两类相的常见组合形式：固溶体为基体相，金属化合物呈层片状与固溶体相间分布；固溶体为基体相，金属化合物呈层片状与固溶体相间分布；固溶体为基体相，金属化合物呈网状分布在固溶体的晶界上；固溶体为基体相

20、，金属化合物呈网状分布在固溶体的晶界上；固溶体为基体相，金属化合物以颗粒状均匀分布在固溶体中。固溶体为基体相，金属化合物以颗粒状均匀分布在固溶体中。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形l 第二相以层片状分布在基体相中第二相以层片状分布在基体相中 当第二相以层片状相间地分布在基体相中时，合金的强度和硬度提当第二相以层片状相间地分布在基体相中时，合金的强度和硬度提 高，塑性和韧性降低。高，塑性和韧性降低。 如共析钢平衡组织中的Fe3C。 具有层片状组织的合金，其力学具有层片状组织的合金，其力学 性能决定于层片的粗细程度，如果性能决定于层片的粗细程度，如果 层片

21、越细，则强度和硬度越高，同层片越细，则强度和硬度越高，同 时塑性和韧性也越好。时塑性和韧性也越好。 一般来说，组织越细密，总是可一般来说，组织越细密，总是可 以同时提高强度、硬度、塑性、韧以同时提高强度、硬度、塑性、韧 性，这类强化方式可以统称为性，这类强化方式可以统称为细化细化 组织强化组织强化。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形共析钢平衡组织，共析钢平衡组织，Pl 第二相以网状分布在晶界上第二相以网状分布在晶界上 当第二相以网状分布在基体相的晶界上时，合金的强度和韧性同时当第二相以网状分布在基体相的晶界上时，合金的强度和韧性同时 降低。降低。 如过共

22、析钢平衡组织中的Fe3C。 原理：原理：FeFe3 3C C硬度高，硬度高，P P硬度低，当硬度低，当 受到外力作用时，受到外力作用时，P P部分容易变形，部分容易变形， 但但FeFe3 3C C部分却变形困难，因此在晶部分却变形困难，因此在晶 界处因应力集中而易萌生裂纹，使界处因应力集中而易萌生裂纹，使 强度降低，同时也使韧性下降。强度降低，同时也使韧性下降。 一般来说，在一般来说，在“软软”基体的晶界上基体的晶界上 分布着连续的分布着连续的“硬硬”相，均严重降低相，均严重降低 强度和韧性。强度和韧性。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形过共析钢的平衡组

23、织过共析钢的平衡组织P Fe3Cl 第二相以颗粒状分布在基体相中第二相以颗粒状分布在基体相中 当第二相颗粒状均匀弥散地分布在基体中时，合金的强度和硬度显当第二相颗粒状均匀弥散地分布在基体中时，合金的强度和硬度显 著提高，而塑性和韧性略有降低。著提高，而塑性和韧性略有降低。 如钢中的颗粒状合金碳化物。 原理：原理：基体中均匀弥散分布的第基体中均匀弥散分布的第 二相对位错的运动会产生很大的阻二相对位错的运动会产生很大的阻 力，从而提高合金的变形抗力。力，从而提高合金的变形抗力。 一般来说，第二相颗粒越细小，一般来说，第二相颗粒越细小， 数量越多，分布越均匀，则合金的数量越多，分布越均匀，则合金的

24、强度、硬度越高。强度、硬度越高。 第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形钢中的颗粒状合金碳化物钢中的颗粒状合金碳化物 黄铜中围绕着黄铜中围绕着Al2O3颗粒的位错环颗粒的位错环Al2O3位位错错环环位位错错线线位错线切过留下的痕迹位错线切过留下的痕迹Ni3Al粒子粒子在在Ni-Cr-Al合金中位错切过合金中位错切过Ni3Al粒子粒子第五章 金属的塑性变形与再结晶5.1 5.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 弥散强化弥散强化（Dispersion Strengthening）：通过第二相以颗粒状细小、均匀、弥散地分布在基体相中，以通过第二相以颗粒状细小、均匀、

25、弥散地分布在基体相中，以显著提显著提高合金强度和硬度的高合金强度和硬度的方法。又称为分散强化、第二相强化、沉淀强化方法。又称为分散强化、第二相强化、沉淀强化（Precipitation Strengthening）。第二节塑性变形对金属组织和性能的影响第二节塑性变形对金属组织和性能的影响一、塑性变形对金属组织和结构的影响一、塑性变形对金属组织和结构的影响 1.1.晶粒形状发生变化晶粒形状发生变化 晶粒被拉长或压扁，直至纤维状，晶界模糊不清。晶粒被拉长或压扁，直至纤维状，晶界模糊不清。等轴状等轴状晶粒伸长晶粒伸长纤维状纤维状第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的

26、影响塑性变形对金属组织和性能的影响第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响2.2.晶粒破碎成亚晶粒晶粒破碎成亚晶粒 随着变形量的增加，位错密度不断增大，晶粒内形成许多亚晶粒。随着变形量的增加，位错密度不断增大，晶粒内形成许多亚晶粒。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响变形变形1%变形变形3.5%变形变形9%变形变形20%3.3.产生形变织构产生形变织构 形变织构形变织构（Deformation Texture）：在塑性变形过程中，当变形达到一定程度（在塑性变形

27、过程中，当变形达到一定程度（70%70%以上）时，会使绝以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称为大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称为形变织构形变织构或或择优取向择优取向（Preferred Orientation）。形变织构使金属呈现各向异性，有利也有弊。形变织构使金属呈现各向异性，有利也有弊。利：利：可提高硅钢片的导磁率。可提高硅钢片的导磁率。弊：弊：在深冲零件时，使厚薄不匀，边缘不齐，即产生在深冲零件时，使厚薄不匀，边缘不齐，即产生“制耳制耳”现象。现象。 第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属

28、组织和性能的影响丝织构示意图丝织构示意图板织构示意图板织构示意图深冲件的制耳深冲件的制耳第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响1.1.产生加工硬化产生加工硬化 加工硬化加工硬化（Work Hardening）：金属在冷变形过程中，随变形量增加，强度和硬度升高，塑性和韧性金属在冷变形过程中，随变形量增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象称为下降的现象称为加工硬化加工硬化或或形变强化形变强化（Deformation Strengthening）。原理：原理：冷变形使位错密

29、度增大，甚至形成位错缠结，同时，亚晶粒越冷变形使位错密度增大，甚至形成位错缠结，同时，亚晶粒越 加细小，对位错运动产生阻碍，从而使变形抗力增大，塑性降低。加细小，对位错运动产生阻碍，从而使变形抗力增大，塑性降低。 由于加工硬化的存在，使已变形部由于加工硬化的存在，使已变形部 分发生硬化而停止变形，而未变形部分发生硬化而停止变形，而未变形部 分开始变形，因此，没有加工硬化，分开始变形，因此，没有加工硬化， 金属就不会发生均匀塑性变形。金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段之加工硬化是强化金属的重要手段之 一，尤其对于那些不能通过热处理强一，尤其对于那些不能通过热处理强 化的金

30、属和合金更为重要。化的金属和合金更为重要。 第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响金属拉拔示意图金属拉拔示意图2.2.产生残余内应力产生残余内应力残余内应力残余内应力（Residual Inner Stress）：存在于材料内部、不依赖于外加载荷的应力。存在于材料内部、不依赖于外加载荷的应力。 残余内应力通常是由于材料在外力作用下内部变形不均匀而引起的。残余内应力通常是由于材料在外力作用下内部变形不均匀而引起的。 残余内应力的类别：残余内应力的类别：l 第一类内应力第一类内应力 存在于金属表层与心部之间的内应力，又称为存在于金

31、属表层与心部之间的内应力，又称为宏观内应力宏观内应力。 产生原因：产生原因：表层与心部变形不一致。表层与心部变形不一致。l 第二类内应力第二类内应力 存在于晶粒之间或晶粒内部的内应力，又称为存在于晶粒之间或晶粒内部的内应力，又称为微观内应力微观内应力。 产生原因：产生原因：晶粒之间的变形不均匀。晶粒之间的变形不均匀。l 第三类内应力第三类内应力 存在于晶体缺陷中的内应力，又称为存在于晶体缺陷中的内应力，又称为点阵畸变点阵畸变。 产生原因：产生原因：晶体缺陷增加引起畸变增大。晶体缺陷增加引起畸变增大。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和

32、性能的影响第三类内应力，即点阵畸变是冷变形金属中的主要内应力。金属在冷第三类内应力，即点阵畸变是冷变形金属中的主要内应力。金属在冷变形过程中吸收的能量，约变形过程中吸收的能量，约80%80%90%90%消耗于点阵畸变。消耗于点阵畸变。点阵畸变不仅是金属强化的主要原因，同时还是冷变形金属在重新加点阵畸变不仅是金属强化的主要原因，同时还是冷变形金属在重新加热时发生回复和再结晶的驱动力。热时发生回复和再结晶的驱动力。残余内应力的危害：残余内应力的危害：引起压力加工、热处理过程中零件的变形和开裂。引起压力加工、热处理过程中零件的变形和开裂。降低金属的强度（第一、二类内应力）。降低金属的强度（第一、二类

33、内应力）。降低金属的耐腐蚀性。降低金属的耐腐蚀性。残余内应力的消除：残余内应力的消除：去应力退火或低温回火。去应力退火或低温回火。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.2 5.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响冷变形金属在不同加热温度时冷变形金属在不同加热温度时组织和性能的变化组织和性能的变化第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶第三节回复与再结晶第三节回复与再结晶 一、冷变形金属在加热时一、冷变形金属在加热时 的组织和性能变化的组织和性能变化金属经冷变形后，组织处于亚金属经冷变形后，组织处于亚稳定状态，有自发恢复到变形前稳定状态，有自

34、发恢复到变形前状态的倾向。但在常温下，原子状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小，亚稳定状态可以维扩散能力小，亚稳定状态可以维持相当长时间。加热可以增加原持相当长时间。加热可以增加原子扩散能力，金属将依次发生回子扩散能力，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。与此同复、再结晶和晶粒长大。与此同时，变形金属的组织与性能也发时，变形金属的组织与性能也发生相应的变化。生相应的变化。一、回复一、回复（Recovery）冷变形金属在较低温度加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的冷变形金属在较低温度加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化过程称为回复。某些亚结构和性能的变化过程称为

35、回复。1.1.组织、结构方面组织、结构方面显微组织没有明显变化。显微组织没有明显变化。亚结构发生一定的变化，表现为晶体缺陷数量减少。亚结构发生一定的变化，表现为晶体缺陷数量减少。空位与间隙原子的合并、同一滑移面上的异号位错相互抵消。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶空位与间隙原子的合并空位与间隙原子的合并同一滑移面上的异号位错相互抵消同一滑移面上的异号位错相互抵消2.2.性能方面性能方面力学性能没有明显变化。力学性能没有明显变化。强度和硬度略有下降，塑性和韧性略有升高。内应力和电阻率明显降低。内应力和电阻率明显降低。3.3.工业应用工业应用 去应力退火去应力

36、退火（Stress-relief Annealing）： 将已经加工硬化的金属在较低的温度下加热，使其内应力基本消将已经加工硬化的金属在较低的温度下加热，使其内应力基本消 除，同时保持加工硬化的工艺方法。除，同时保持加工硬化的工艺方法。 冷卷弹簧制品，在成型后进行一次冷卷弹簧制品，在成型后进行一次250250300300 C C的低温加热，充分消的低温加热，充分消 除残余内应力，稳定尺寸，改善性能。除残余内应力，稳定尺寸，改善性能。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶二、再结晶二、再结晶（Recrystallization）冷变形金属在加热到一定温度后，在已变

37、形组织中重新产生无畸变冷变形金属在加热到一定温度后，在已变形组织中重新产生无畸变的新晶粒，性能发生明显的变化，并恢复到完全软化状态的过程称为的新晶粒，性能发生明显的变化，并恢复到完全软化状态的过程称为再结晶。再结晶。1.1.组织、结构方面组织、结构方面变形的晶粒完全恢复为等轴状晶粒。变形的晶粒完全恢复为等轴状晶粒。晶体缺陷数量明显减少。晶体缺陷数量明显减少。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶加热前加热前 625加热加热（不完全再结晶）（不完全再结晶） 670加热加热（完全再结晶）（完全再结晶） 2.2.性能方面性能方面强度和硬度显著下降，塑性和韧性显著升高。

38、强度和硬度显著下降，塑性和韧性显著升高。冷变形时的加工硬化完全消失，金属恢复到变形前的性能。冷变形时的加工硬化完全消失，金属恢复到变形前的性能。内应力基本被消除。内应力基本被消除。 3.3.工业应用工业应用 再结晶退火再结晶退火（Recrystallization Annealing）：将已经加工硬化的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶，以将已经加工硬化的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶，以消除加工硬化的工艺方法。消除加工硬化的工艺方法。 冷拉钢丝时，每拉拔一次，中间均进行再结晶退火，消除加工硬化，冷拉钢丝时，每拉拔一次，中间均进行再结晶退火，消除加工硬化，以便于下一次拉拔。以便

39、于下一次拉拔。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶4.4.再结晶的驱动力再结晶的驱动力 再结晶的驱动力来自冷变形所产生的储存能，即点阵畸变能。再结晶的驱动力来自冷变形所产生的储存能，即点阵畸变能。再结晶过程也是一个形核和长大的过程。在温度作用下，再结晶的核心(晶核)在变形造成的最大畸变处形成，随后进一步长大，最终全面替换畸变的晶粒，金属组织重新恢复成无畸变的等轴晶。5.5.再结晶温度再结晶温度冷变形金属发生再结晶的最低温度。冷变形金属发生再结晶的最低温度。再结晶不是一个恒温过程，没有恒定的转变温度。因此，再结晶温度的意义是开始发生再结晶的温度，即在畸变的晶粒中

40、产生无畸变等轴晶粒的最低温度。再结晶温度可定义为：再结晶温度可定义为：经过严重冷变形经过严重冷变形( (变形度变形度70%70%以上以上) )的金属，保温的金属，保温1h1h能够完成再结晶能够完成再结晶( (转变量转变量95%)95%)的温度。的温度。纯金属的再结晶温度：纯金属的再结晶温度：T T再再0.40.4T Tm m（K K）6.6.再结晶与重结晶（相变）的区别再结晶与重结晶（相变）的区别 本质区别在于是否发生晶体结构和化学成分的变化。本质区别在于是否发生晶体结构和化学成分的变化。 再结晶过程没有，重结晶（相变）过程有。再结晶过程没有，重结晶（相变）过程有。第五章 金属的塑性变形与再结

41、晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶三、晶粒长大三、晶粒长大（Grain Growth）冷变形金属在再结晶结束后，继续升高温度或延长保温时间，晶粒就冷变形金属在再结晶结束后，继续升高温度或延长保温时间，晶粒就会不断长大，这一过程即称为晶粒长大。会不断长大，这一过程即称为晶粒长大。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低。 晶粒长大的类型：晶粒长大的类型：正常长大正常长大随温度升高或保温时间延长，晶粒均匀连续地长大。反常长大（

42、二次反常长大（二次再结晶）再结晶）晶粒不均匀不连续地迅速长大。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶硅铁二次再结晶的反常晶粒硅铁二次再结晶的反常晶粒四、影响再结晶后晶粒度的因素四、影响再结晶后晶粒度的因素1.1.加热温度和保温时间加热温度和保温时间 加热温度越高、保温时间越长，晶粒越加热温度越高、保温时间越长，晶粒越粗大。粗大。 其中温度的影响尤其显著。其中温度的影响尤其显著。2.2.变形程度变形程度变形量较小变形量较小不发生再结晶，晶粒保持原状、大小。变形量达到变形量达到2 210%10%再结晶后的晶粒异常粗大。2 210%10%的变形量称为临界变形度。的变形

43、量称为临界变形度。变形量超过临界变形度变形量超过临界变形度随变形程度的增加，晶粒细小而均匀。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.3 5.3 回复与再结晶回复与再结晶加热温度对晶粒度的影响加热温度对晶粒度的影响预先变形程度对预先变形程度对晶粒度的影响晶粒度的影响第三节金属的热加工第三节金属的热加工一、热加工与冷加工一、热加工与冷加工 工业生产中，热加工通常指将金属材料加热至高温进行锻造、轧制工业生产中，热加工通常指将金属材料加热至高温进行锻造、轧制等压力加工过程。等压力加工过程。 金属学角度的冷、热加工：金属学角度的冷、热加工： 热加工热加工（Hot Working）：指在再结晶温度以上的加工过程。指在再结晶温度以上的加工过程。 冷加工冷加工（Cold Working）：指在再结晶温度以下的加工过程。指在再结晶温度以下的加工过程。 FeFe的再结晶温度的再结晶温度T T再再450450 C C，在，在400400 C C对其加工，则为冷加工。对其加工，则为冷加工。 PbPb的再结晶温度的再结晶温度T T再再-33-33 C C，在，在2525 C(C(常温常温) )对其加工，则为热加工。对其加工，则为热加工。第五章 金属的塑性变形与再结晶5.4 5.4 金属的热加工金属的热加工二、动态回复和动态再结晶二、动态回复和动态再结晶动态回复动态回复（Dyn