金属学第七章 金属的塑性变形与再结晶

1、返回返回返回l F 图7-2 拉 伸 曲 线 应力-应变曲线一、一、 塑性变形塑性变形l bl ul Fbbk Fss o g fe Fep FpF返回返回一、塑性变形一、塑性变形塑性塑性:是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。断面收缩率断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩量是指试样拉断处横截面积的收缩量 A与原始横截与原始横截面积面积A0之比。之比。伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原始标距与原始标距L 0之之比。比。 韧性断裂：断口呈纤维状，灰暗无光，断前有明显的塑性变形。韧性断裂：断

2、口呈纤维状，灰暗无光，断前有明显的塑性变形。脆性断裂：断口有闪烁的光辉，断前无明显的塑性变形。脆性断裂：断口有闪烁的光辉，断前无明显的塑性变形。返回返回图7-3 滑移带和滑移线示意图返回返回图图7-4 锌单晶体拉伸试验示意图锌单晶体拉伸试验示意图（a）变形前试样）变形前试样 （b）变形后试样）变形后试样 返回返回返回返回返回返回返回滑移是通过滑移是通过位错在滑移面上的运动位错在滑移面上的运动来实现的。来实现的。n图中显示了一刃型位错在切应力图中显示了一刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的的作用下在滑移面上的运动过程，即通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧运动过程，即通过一根位错线从滑移面的一侧

3、到另一侧的运动造成一个原子间距滑移的过程。的运动造成一个原子间距滑移的过程。返回n位错的交割与塞积（加工硬化）位错的交割与塞积（加工硬化）割阶割阶：不同滑移面不同滑移面上运动着的上运动着的位错位错相遇时，发生相遇时，发生互互 相互交割相互交割两个相互垂直的刃型位错的交割 割阶形成，一方面割阶形成，一方面增加位错线的长度增加位错线的长度，另一方面，另一方面形成形成 固定割阶，阻碍后续位错的运动固定割阶，阻碍后续位错的运动。位错的平面塞积 a)示意图 b)GH70高温合金中的位错塞积 位错塞积位错塞积：在：在切应力作用切应力作用下，大量位错遇到下，大量位错遇到障碍物障碍物 （固定位错、杂质粒子、晶

4、界固定位错、杂质粒子、晶界等），领先位错在障等），领先位错在障 碍前被阻止，后续位错被堵塞起来而形成。碍前被阻止，后续位错被堵塞起来而形成。n孪生是冷塑性变形的另一种重要形式，常易发生孪生是冷塑性变形的另一种重要形式，常易发生在在滑移难以进行滑移难以进行时的情况。时的情况。n孪生：晶体一部分相对于另一部分在孪生：晶体一部分相对于另一部分在切应力切应力作用下沿作用下沿 n特定晶面与晶向产生一定角度的特定晶面与晶向产生一定角度的均匀切变均匀切变。 Cd，Zn，Mg等部分密排六方金属等部分密排六方金属常易发生孪生变形常易发生孪生变形n孪生变形特点孪生变形特点：（：（1）发生在晶体内部的均匀切变；（）

5、发生在晶体内部的均匀切变；（2）沿晶体的一定晶面沿晶体的一定晶面(孪晶面孪晶面)，沿一定方向，沿一定方向(孪生方向孪生方向)发生；发生；（3）变形后晶体的变形部分与未变形部分以孪晶面为分界）变形后晶体的变形部分与未变形部分以孪晶面为分界面构成了镜面对称的位向关系。面构成了镜面对称的位向关系。 孪生与滑移的差别：孪生与滑移的差别：n(2)孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑孪生后晶体的变形部分的位向发生了改变，滑移后晶体各部分位向均未改变。移后晶体各部分位向均未改变。n(1)孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行。集中在一些滑移

6、面上进行。n(3)孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的孪生变形时，孪晶带中每层原子沿孪生方向的位移量都是原子间距的分数值，而滑移为原子间位移量都是原子间距的分数值，而滑移为原子间距的整数倍。距的整数倍。n(4)孪生变形所需的切应力比滑移变形大得多孪生变形所需的切应力比滑移变形大得多 。 返回图7-7 拉伸试样变形示意图返回返回返回返回返回返回溶质原子的存在，固溶度溶质原子的存在，固溶度，基体金属的变形，基体金属的变形 抗力抗力。n2）多相合金）多相合金n多相合金中第二相以细小弥散的微粒均匀分布多相合金中第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，则会产生显著的强化作用（弥于基体相中时，则会

7、产生显著的强化作用（弥散强化）。散强化）。第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动的阻碍第二相粒子的强化作用是通过其对位错运动的阻碍 作用而表现出来的。作用而表现出来的。 n位错受到第二相粒子的阻碍，其运动机制有位错受到第二相粒子的阻碍，其运动机制有: n（1） 绕过机制绕过机制位错绕过第二相粒子位错绕过第二相粒子 n（2）切过机制切过机制位错切过第二相粒子位错切过第二相粒子 n 位错切过、绕过第二相粒子位错切过、绕过第二相粒子 a)切过机制切过机制 b)绕过机制绕过机制 2000X返回返回返回返回返回返回返回图7-12 变形金属加热时组织和性能变化示意图返回n1.显微组织的演化（三阶段）显微组

8、织的演化（三阶段） n 第一阶段第一阶段回复阶段回复阶段：基本无变化（纤维组织）：基本无变化（纤维组织）n一、变形金属在加热过程中组织和性能一、变形金属在加热过程中组织和性能的变化的变化 第二阶段第二阶段再结晶阶段再结晶阶段：细小等轴晶取代纤维组织：细小等轴晶取代纤维组织第三阶段第三阶段晶粒长大阶段晶粒长大阶段：晶粒吞并：晶粒吞并n2.机械性能的变化机械性能的变化n回复阶段硬度变化很小，约占总变化的回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/51/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，化规律。在再结晶阶段，硬度与

9、强度显著下降，塑性大大提高。塑性大大提高。 n n n3.其它性能的变化其它性能的变化n(1) (1) 电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。 n(2) (2) 再结晶阶段密度急剧增高。再结晶阶段密度急剧增高。返回2、再结晶、再结晶再结晶再结晶：当变形金属：当变形金属TT回复回复加热时，在变形组织的基体加热时，在变形组织的基体 上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大成等上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大成等 轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程n再结晶过程再结晶过程 返回n再结晶温度及其影响因素再结晶温度及其影响

10、因素n（1）再结晶温度再结晶温度 ：较大变形程度的金属（：较大变形程度的金属（70%）在在1小时内能够完成再结晶（或再结晶体积分数小时内能够完成再结晶（或再结晶体积分数95%）的最低加热温度。）的最低加热温度。n（2）影响因素：）影响因素：变变形程度形程度、金属纯度金属纯度、加热速加热速度度 等。等。实验表明，每种金属都有一最低的再结晶温度实验表明，每种金属都有一最低的再结晶温度T再再，它和熔，它和熔点之间存在如下大致关系：点之间存在如下大致关系： T再再 0.4T熔熔再再熔熔返回n再结晶晶粒大小的控制再结晶晶粒大小的控制变形程度变形程度变形程度变形程度，晶粒越细小，晶粒越细小原始晶粒尺寸原始

11、晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸，晶粒越细小，晶粒越细小合金元素合金元素可细化晶粒可细化晶粒加热温度、加热温度、 保温时间保温时间加热温度加热温度，保温时间，保温时间， 晶粒越粗大。晶粒越粗大。为了保证变形金属的再结晶退火质量，获得细晶粒，有必要为了保证变形金属的再结晶退火质量，获得细晶粒，有必要了解影响再结晶晶粒大小的因素了解影响再结晶晶粒大小的因素返回返回图7-13 变形度对晶粒大小的影响 返回返回返回再结晶是在一个温度范围内进行的，若温度过低再结晶是在一个温度范围内进行的，若温度过低不能发生再结晶；若温度过高，则会发生晶粒长大，不能发生再结晶；若温度过高，则会发生晶粒长大，因此要获得细小的再结晶晶粒，必须在一个合适的温因此要获得细小的再结晶晶粒，必须在一个合适的温度范围内进行加热。度范围内进行加热。 再结晶退火温度必须在再结晶退火温度必须在T再再以上，生产上实际使用以上，生产上实际使用的再结晶温度通常是比的再结晶温度通常是比T再再高高150250，这样就既可保，这样就既可保证完全再结