新-第四章金属的塑性变形和再结晶

1、 塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响有显著的影响. 了解塑性变形的本质了解塑性变形的本质,塑性变形及加塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属的性能潜力，正热时组织的变化，有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺确确定加工工艺.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l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。滑移和孪生。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。 l沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面

2、和滑移方向。方向。通常是晶体中的密排面和密排方向通常是晶体中的密排面和密排方向。 体心立方晶格体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种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系铜拉伸试样表面滑移带铜拉伸试样表面滑移带多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行l晶体通过位错运动产生滑移晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种而所需临界切应力小，这种现象称作现

3、象称作位错的易动性位错的易动性。孪晶组织孪晶组织孪生示意图孪生示意图Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积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。 细，晶界总面积越大细，晶界总面积越大，位错障碍越多；，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属使金属塑性变形的抗力越高塑性变形的抗力越高。细晶强化细晶强化是工业生产中重要的强化方法。是工业生产中重要的强化方法。形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形

4、越均匀，多，变形越均匀，使在断裂前发生较使在断裂前发生较大的塑性变形。强大的塑性变形。强度和塑性同时增加度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗金属在断裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韧性也比较好。韧性也比较好。应变应变应力应力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料 得模糊不清。得模糊不清。l塑性变形还使晶粒塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒。破碎为亚晶粒。5%冷变形纯铝中的位错网冷变形纯铝中的位错网(a) 正火态正火态(c) 变形变形80%(b) 变形变形40%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，易产生冲零件时，易产生“制耳制耳”现象现象，使零件边缘不，使零件边

5、缘不齐，厚薄不匀。齐，厚薄不匀。各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板 “制耳制耳”有有无无冷塑性变形量，冷塑性变形量，%屈服强度，屈服强度，MPa1040钢钢(0.4%C)黄铜黄铜铜铜冷塑性变形量，冷塑性变形量，%伸长率，伸长率，%1040钢钢(0.4%C)黄铜黄铜铜铜位错密度与强度关系位错密度与强度关系变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁l内应力的存在，内应力的存在，使金属耐蚀性下降，使金属耐蚀性下降，引起零件加引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂，处于不稳定状态。工、淬火过程中的变形和开裂，处于不稳定状态。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，因此，金属在塑性变

6、形后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。以消除或降低内应力。加热温度加热温度 黄铜黄铜铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热冷变形奥氏体不锈钢冷变形奥氏体不锈钢加热时的再结晶形核加热时的再结晶形核SEM-再结晶晶粒在原再结晶晶粒在原变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核TEM-再结晶晶粒形核再结晶晶粒形核于高密度位错基体上于高密度位错基体上冷变形黄铜组织性能随温度的变化冷变形黄铜组织性能随温度的变化 冷变形冷变形(变形量为变形量为38%)黄铜黄铜580C保温保温15分后的的再结晶组织分后的的再结晶组织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

7、后的组织580C580C保温保温1515分后的组织分后的组织700C700C保温保温1010分后的组织分后的组织原子穿过原子穿过晶界扩散晶界扩散晶界迁晶界迁移方向移方向冷变形量为冷变形量为38的组织的组织580C保温保温3秒后的组织秒后的组织580C保温保温4秒后的组织秒后的组织580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580C保温保温15分后的组织分后的组织 700C保温保温10分后的组织分后的组织580C保温保温3秒后的组织秒后的组织580C保温保温4秒后的组织秒后的组织580C保温保温8秒后的组织秒后的组织冷变形冷变形(变形量为变形量为38%)黄铜的再结晶黄铜的再结晶T再再与与的关系的关系l

8、纯金属的最低再结晶温度纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系与其熔点之间的近似关系: T再再0.4T熔熔l金属熔点越高金属熔点越高, T再再也越高也越高.l提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生, 延长延长加热时间加热时间, 使原子扩散充分使原子扩散充分, 再结晶温度降低。再结晶温度降低。l生产中，把生产中，把消除加工硬化的热处理称为消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度高再结晶退火温度比再结晶温度高100200。 黄铜黄铜580C保温保温8秒后的组织秒后的组织黄铜黄铜580C保温保温15分后的组织分后的组织再结晶退火温度对晶粒度的影响再结晶退火温度对晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响不均匀，再结晶晶不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，粒大小相差悬殊，易互相吞并和长大易互相吞并和长大,再结晶后晶粒特别再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度粗大，这个变形度称称临界变形度临界变形度。轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔巨型自由锻件巨型自由锻件锻压锻压热加工动态再热加工动态再结晶示意图结晶示意图滚压成型后螺