06金属的塑性变形与再结晶解析

1、第六讲第六讲金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 主讲：曹光明主讲：曹光明金属的塑性变形与再结晶一、金属及合金的塑性变形。 1、单晶体的塑变； 2、多晶体的塑变 二、塑变对金属的组织及性能的影响。 三、塑变金属在加热时组织及性能的变化。 1、回复； 2、再结晶； 3、晶粒长大。 四、金属的热加工 1、冷热加工的区别； 2、对组织及性能的影响； 3、热加工金属晶粒组织控制。 金属的塑性变形与再结晶一、金属及合金的塑性变形一、金属及合金的塑性变形 什么是塑变？ 在外力作用下发生了不可回复的残余变形。 1、单晶体的塑变、单晶体的塑变 方式：方式： 滑移和孪生，滑移和孪生， 其中滑移是主要的。

2、其中滑移是主要的。 （1）滑移： 晶体的两部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动。 拉伸时，外力在晶内某一晶面上分解为两种应力： 切应力切应力 使晶格产生弹性歪扭后滑移。 正应力正应力 只引起晶格弹性伸长进而拉断 。、 滑移变形的要点：滑移变形的要点： 滑移只在切应力作用下发生； 滑移距离为原子间距的整数倍； 滑移常沿晶体中原子的密排面和密排方向进行； 金属的塑性变形与再结晶滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：1106111 262=12 1114110343=120001 120 313=3 晶体的滑移造成滑移带晶体的滑移造成滑移带 金属的塑性变形与再结

3、晶滑移带滑移线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 FFF滑移方向F滑移面法线方向外力F在滑移面滑移方向上的分切应力为： = cos/cosFAFA其中coscos称为取向因子。当或为90时，当=45时，= coscos=coscos coscos=0，此时晶体不会滑移；coscos=1/2为最大，此时晶体处于有利于滑移的位向上。滑移的机理：滑移的机理： 金属的塑性变形与再结晶刚性滑移模型刚性滑移模型： 位错模型：位错模型： 3点假设： 晶体理想完整； 刚性滑移； 滑移距离为原子间距的整数倍 。（2）孪生）孪生 金属的塑性变形与再结晶在切应力作用下，晶体的的两部分沿一定的晶面和

4、晶向产生整体的剪切变形。 孪生与滑移的主要区别：孪生与滑移的主要区别： 变形方式；变形方式； 变形后的位向变形后的位向 孪生是使一部分晶体整体发生均匀的切变；而滑移则集中在一些滑移面上。 孪生使一个晶体的两部分沿一个公共晶面构成了镜面对称关系；而滑移则不改变晶体的位向。 原子位移距离不同原子位移距离不同孪生时，孪晶带中的原子沿孪生方向的位移量为原子间距的的分数值；而滑移为原子间距的整数倍。 孪生变形困难孪生变形困难 一般先滑移，滑移困难后，发生孪生，二者交替进行 。 2、多晶体的塑变、多晶体的塑变 金属的塑性变形与再结晶（1）多晶体塑变的特点：晶界的阻碍： 双晶粒拉伸出现竹节现象 晶界处变形困

5、难 原因: 晶界处原子排列紊乱，阻碍位错的滑移。 双晶粒拉伸试验晶界受晶粒位向的影响： 多晶体每个晶粒的变形需与周围其它晶粒的变形相协调。 塑变过程： 各晶粒变形不同时，分批进行。（2）晶粒大小对塑变的影响）晶粒大小对塑变的影响 金属的塑性变形与再结晶12siyK d其中：s为屈服极限，i 、 ky为材料常数，d为晶粒平均直径。 影响s的因素： 晶粒越细，晶界越多，晶粒位向影响越大，s越大； 晶粒度： 而且、也提高， 原因是：原子间结合力越大，s越大； 晶粒越多，变形越分散，各晶粒变形均匀，不易导致应力集中，故断裂前变形量较大。 细晶强化：细晶强化： 由于细化晶粒而使强度硬度升高的现象。3、合

6、金的塑变、合金的塑变 金属的塑性变形与再结晶（1）单相固溶体的塑变）单相固溶体的塑变 与纯金属基本相同，但存在固溶强化。原因是： 溶质原子对位错运动的阻碍作用。 用“溶质原子气团”理论解释 。（2）两相合金的塑变）两相合金的塑变 两相合金一般是： 固溶体 + 金属间化合物 基体相 塑性好 强化相 硬、脆、难以变形 合金的性能取决于强化相的分布状态： 在晶界上网状分布： 、k较差，强度低； 在晶内层状分布： 、k较好，有一定的强度； 在晶内弥散分布： 强化作用显著。 二、塑变对金属的组织及性能的影响二、塑变对金属的组织及性能的影响 金属的塑性变形与再结晶（1）晶粒沿变形方向被拉长，形成纤维组织，

7、性能趋于各向异性； （2）晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化； （3）产生形变织构（晶粒位向的择优取向），性能趋于各向异性。 4、物化性能。 导电、导热、导磁、抗蚀性下降。 丝织构板织构冷冲件的“制耳”现象 冷变形会产生残余内应力：冷变形会产生残余内应力： 金属的塑性变形与再结晶有三类内应力有三类内应力： 外力去除后残留于金属内部并自相平衡的的应力。 第一类：宏观残余应力 工件各个部分变形不均匀引起的，在整个金属体积范围内存在。 第二类：微观残余应力 晶粒或亚晶粒变形不均匀引起的，在晶粒或亚晶尺度范围内存在。 第三类：晶格畸变应力 由位错和点缺陷引起的，在原子尺度范围内存在。 此类应力是主要

8、的，占存储能的80-90%。 三、金属在加热时组织及性能的变化三、金属在加热时组织及性能的变化 金属的塑性变形与再结晶冷变形金属由于组织变化， 导致加工硬化， 内应力很大， 不稳定， 通常施以退火：去应力退火， 去应力，改善某些物化性能。 再结晶退火， 消除加工硬化。 冷变形金属加热时的变化分为以下三个阶段：冷变形金属加热时的变化分为以下三个阶段： 1、回复：、回复： 此时温度低， 只有点缺陷的消失及位错的迁移（滑移、攀移）， 晶格畸变减轻，应力下降，物性恢复。 去应力退火， 由于显微组织没有明显的变化，力性基本不变。 2、再结晶：、再结晶： 温度较高时（TT再）， 原子扩散能力升高， 金属中

9、发生新晶粒的形核与长大， 原来加工硬化组织恢复为新的等轴状晶， 应力彻底消除，力性得以回复。 再结晶退火。3、晶粒长大、晶粒长大 金属的塑性变形与再结晶自发过程 符合能量最低原理：晶粒长大可减少晶界面积，使晶界能下降，组织更稳定。 需控制长大： T加热，t加热 。正常晶粒长大： 异常晶粒长大（又称二次再结晶）： 很多晶粒同步均匀长大。 少数晶粒产生急剧长大而形成粗大组织。当冷变形度在2-10%时， 金属畸变能小，再结晶驱动力小，再结晶晶核少，少数再结晶晶粒持续长大而形成粗大组织。变形度一般采取30-70%的变形度。变形度太大也会产生异常晶粒长大。四、金属的热加工四、金属的热加工 金属的塑性变形与再结晶1、冷热加工的区别：、冷热加工的区别： TT再：冷加工； TT再：热加工。 但无严格界限。 2、对组织及性能的影响、对组织及性能的影响 （1）消除铸态金属的某些缺陷，提高致密度及力性。 气孔、疏松焊合；消除某些偏析；细化晶粒，改善夹杂物的形态、分布 。（2）形成热加工的纤维组织（流线），性能各向异性。 对象： 枝晶偏析、非金属夹杂物 纵向横向， 流线应与零件受力最大的方向一致 （3）出现带状组织 横向、k下降，切削性能恶化。 3、热加工金属晶粒组织控制、热加工金属晶粒组织控制 金属的塑性变