金属的塑性变形与再结晶ppt课件

1、l锻造、冲压、轧制以及车铣锻造、冲压、轧制以及车铣刨钻都是经塑性实现的。刨钻都是经塑性实现的。l塑性变形及随后的加热对金塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的属材料组织和性能有显著的影响影响. . 了解塑性变形的本质了解塑性变形的本质, ,塑性变形及加热时组织的变塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属的性能化，有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺潜力，正确确定加工工艺. . 5万吨水压机万吨水压机l单晶体受力后，外力在单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切

2、应解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。能产生塑性变形。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：滑移和孪生。塑性变形的形式：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滑移是指晶体的一部分沿一定的晶滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。位移的现象。l1、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滑移只能在切应力的作用

3、下发生。产生滑移的最用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力小切应力称临界切应力. l 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。需切应力最小。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l工程上使用的金属大多数为多晶体。工程上使用的金属大多数为多晶体。l单

4、个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单多晶体变形比单晶体复杂。晶体复杂。l一晶界对塑性变形的影响一晶界对塑性变形的影响l多晶体中，晶界上原子排列不规则，形成过多晶体中，晶界上原子排列不规则，形成过渡区；缺陷和杂质集中的地方，因此能使变渡区；缺陷和杂质集中的地方，因此能使变形抗力增大。形抗力增大。l 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进称位错的塞积。要使变形继续进行行, 则必须增加外力则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力从而使金属的变形抗力提高。提高。l二晶粒大小对金属力学性能的影

5、响二晶粒大小对金属力学性能的影响l金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。l因为金属晶粒越因为金属晶粒越细，晶界总面积细，晶界总面积越大，位错障碍越大，位错障碍越多；需要协调越多；需要协调的具有不同位向的具有不同位向的晶粒越多，使的晶粒越多，使金属塑性变形的金属塑性变形的抗力越高。抗力越高。晶粒大小与金属强度关系晶粒大小与金属强度关系l金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。l因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形越均匀，多，变形越均匀，使在断裂

6、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，因而其的功也大，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资料资料l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 l1、金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且、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。其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。l当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状。2、塑性变形还使晶、塑性变形还使晶粒破碎粒破碎 。变形量的说明变形量的说

7、明 . P1275%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 3、当塑性变形达到一定程、当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称形变织构或致，这种现象称形变织构或择优取向。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，易产生冲零件时，易产生“制耳现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构制耳现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。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

8、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l随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。性、韧性下降的现象称加工硬化。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l金属材料在塑性变形过程中，内部变形的不均金属材料在塑性变形过程中，内部变形的不均匀性，导致在变形后仍残存于金属材料内的应匀性，导致在变形后仍残存于金属材料内的应力称为残余应力内应力）。力称为残余应力内应力）。 l残余应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零残

9、余应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因而，金件加工、淬火过程中的变形和开裂。因而，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低残余应力。除或降低残余应力。 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, 有有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，自发恢复到稳定状态的倾向。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。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。生回复、再结晶和晶粒长大。 加热

10、温度加热温度 黄铜黄铜l一、回复一、回复l回复是指在加热温度较低时，由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。如迁移而引起的晶内某些变化。如空位与其他缺陷合并。空位与其他缺陷合并。l在回复阶段，金属组织变化不明在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降。等显著下降。l工业上，常利用回复现象将冷变工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法保留加工硬化，

11、这种热处理方法称去应力退火。称去应力退火。l二、再结晶二、再结晶l一再结晶过程一再结晶过程l当变形金属被加热到较高温当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。完整的等轴晶粒。l这种冷变形组织在加热时重这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。新彻底改组的过程称再结晶。铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热l由于再结晶后组织的复由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性硬度下降，塑性、韧性提高，

12、加工硬化消失。提高，加工硬化消失。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l再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。结晶温度。lT再再0.4T熔熔 (绝对温度绝对温度K)l金属熔点越高金属熔点越高, T再也越高再也越高. lT再再 = (T熔熔+273)0.4273，l如如Fe的的T再再=(1538+27

13、3)0.4273=451580C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l 三再结晶退火三再结晶退火l生产中，把消除加工硬化、提高塑性的热处理称为再结晶退生产中，把消除加工硬化、提高塑性的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度高火。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l三、再结晶后的晶粒长大三、再结晶后的晶粒长大l再结晶完成后，若继续升再结晶完成后，若继续升

14、高加热温度或延长保温时高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。是一个自发的过程。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l晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并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塑性和韧性降低 。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

15、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l加热温度越越高，保温时间加热温度越越高，保温时间长，金属的晶粒越粗大，加长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。热温度的影响尤为显著。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l一、冷加工与热加工的区别一、冷加工与热加工的区别l在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于分的。低于

16、再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。再结晶温度的加工称为热加工。轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔l如如 Fe 的再结晶温度为的再结晶温度为451，其在，其在400 以下的加以下的加工仍为冷加工。而工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为的再结晶温度为-71，则其，则其在室温下的加工为热加工。在室温下的加工为热加工。l热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。巨型自由锻件巨型自由锻件模锻模锻自由锻自由锻轧制轧制正挤压正挤压反挤压反挤压拉拔拉拔冲压冲压l热加

17、工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。匀、晶粒细化，力学性能提高。 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l热加工使铸态金属中的热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力布合理，尽量与拉应力方向一致。方向一致。 滚压成型后螺纹内部的纤维分布滚压成型后螺纹内部的纤维分布吊钩中的纤维组织吊钩中的纤维组织l在加工亚共析钢时，在加工亚共析钢时，发现钢中的发现钢中的F与与P呈呈带状分布，这种组带状分布，这种组