第三章 再结晶与加工硬化

1、加工硬化与再结晶大多数金属与合金均具有塑性变形能力，因此，金属材料在冶炼、浇注后绝大多数都需要通过压力加工，产生塑性变形成为塑材，如板材、线材、棒材、管材等，或加工成预期外形的工件才能使用。压力加工方法示意图加工硬化现象：由压力加工而产生的塑性变形还能使金属材料的组织和性能发生很大的变化，特别是冷塑性变形会使其产生加工硬化现象。回复与再结晶：在加工过程中和加工后，还常对金属材料进行加热，使其组织和性能发生相应的变化。第一节：金属塑性变形简介一、单晶体的塑性变形：单晶体的塑性变形，是在切应力的作用下主要以滑移的方式进行的，滑移即是晶体的某一部分沿着某一晶面（滑移面）相对于另一部分而滑动的现象。滑

2、移是在切应力作用下，通过一条位错线从滑移面一侧到另一侧的移动近代理论事件证明：晶体滑移时，并不是整个滑移面上全部原子一起移动，而是借助于位错的移动来实现。二、多晶体的塑性变形多晶体排列中各个晶粒的位向不一致，又有晶界存在，使得各个晶粒的塑性变形受到互相影响。1）、由于晶界的作用而往往表现出竹节状变形。2）、由于多晶体各个晶粒的位向不同，当一个位向有利的晶粒滑移时，必然受到邻近位向不同的晶粒的阻碍，因此多晶体的变形抗力比单晶体高。细晶强化细晶强化通过晶粒细化使强度、硬度、塑性、韧性提高的通过晶粒细化使强度、硬度、塑性、韧性提高的现象。现象。强化原理强化原理晶界原子排列较不规则晶界原子排列较不规则

3、缺陷多缺陷多滑移阻力大。滑移阻力大。晶粒越细小，则晶界越多，变形抗力越大，则强晶粒越细小，则晶界越多，变形抗力越大，则强度越大。度越大。晶粒越细小，单位体积晶粒多晶粒越细小，单位体积晶粒多变形分散变形分散减少减少应力集中应力集中 晶粒越细小，晶界越多且越曲折晶粒越细小，晶界越多且越曲折不利于裂纹的不利于裂纹的传播传播断裂前承受较大的塑性变形，则塑性越好。断裂前承受较大的塑性变形，则塑性越好。由于晶粒越细小，强度越高，塑性越好，所以断由于晶粒越细小，强度越高，塑性越好，所以断裂时需要消耗较大的功。因而韧性也较好。裂时需要消耗较大的功。因而韧性也较好。塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组

4、织和性能的影响（1 1）塑性变形对金属组织的影响）塑性变形对金属组织的影响形成形成纤维组织纤维组织形成形成亚结构亚结构产生产生形变织构形变织构（2 2）塑性变形对金属性能的影响）塑性变形对金属性能的影响产生产生加工硬化加工硬化如：冷轧薄钢板如：冷轧薄钢板 冷拔钢丝等。冷拔钢丝等。金属发生塑性变形金属发生塑性变形, ,随冷变形程度随冷变形程度的增大，其强度和硬度显著提高，的增大，其强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降的现象。塑性和韧性明显下降的现象。纤维组织纤维组织和和形变织构形变织构的产生，的产生，使金属性能产生各向异性。使金属性能产生各向异性。使金属晶体缺陷增多，使金属晶体缺陷增多，并产生

5、并产生残余应力残余应力。变形、开裂、耐蚀性下变形、开裂、耐蚀性下降。降。利用好可提高表面疲劳利用好可提高表面疲劳强度强度变形变形10% 10% 变形变形40% 40% 变形变形80%80%纤维组织纤维组织第二节、加工硬化第二节、加工硬化（形变强化（形变强化强化材料的手段之一）强化材料的手段之一）冷塑形变形时，随着变形度的增加，金属材料的强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。加工硬化的意义：加工硬化的意义：（1 1）具有一定抗偶然过载的能力，保证安全）具有一定抗偶然过载的能力，保证安全; ;（2 2）是冷变形工件成型的重要因素）是冷变形工件成型的重要因素; ;（3 3）强化金属的重要工艺手段）强化金

6、属的重要工艺手段. .产生产生加工硬加工硬化的原因化的原因塑性变形塑性变形 位错密度增加，相互缠结位错密度增加，相互缠结( (亚晶界亚晶界) )，运动阻力加大，运动阻力加大变形抗力变形抗力 造成加工硬化的根本原因就是在于冷塑形变形造成加工硬化的根本原因就是在于冷塑形变形增大了金属材料内部的位错密度。增大了金属材料内部的位错密度。金属材料经塑性变形后，晶粒形状会被压扁或拉长，当变形程度很大时，晶粒被拉长成细条状，形成纤维组织，这种纤维组织叫做冷加工纤维组织加工硬化在生产中的利弊加工硬化的有利影响强化金属的一种主要工艺，可用来提高金属的强度、硬度和耐磨性，特别是用来提高不能用热处理强化的金属材料。

7、如：铜合金、高锰钢等。它是使工件能够均匀成形的重要因素可在一定程度上提高构件再使用过程中的安全性加工硬化的不利影响由于加工硬化，材料的塑性降低，当变形达到一定程度，工件就会发生破裂。为了消除内应力和加工硬化现象，恢复金属材料的塑性，就需要进行退火处理，退火后金属材料塑性恢复，可再继续进行冷塑形变形加工。第三节 回复、再结晶与晶粒长大冷塑形变形的金属在加热过程中随着加热温度的升高，经历了三个变化阶段，即回复、再结晶和晶粒长大。一、回复塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程位错和点缺陷大大，内应力显著 ，强度、硬度略有 。变化回复使塑变后金属的强度和硬度略有下降，塑性略有增高，但残余应力大大降

8、低。应用工业上利用回复过程对变形金属进行去应力退火来降低残余应力，保留加工硬化效果。二、再结晶当加热到较高温度（如纯铁加热到450以上）时，由于原子扩散能力增强，使得被长了晶粒重新形核、结晶变为等轴晶粒，称为再结晶晶粒碎化晶粒碎化新晶核新晶粒代替旧晶粒最严重的地方最严重的地方晶核吞并旧晶粒晶核吞并旧晶粒能进行再结晶的最低温度（开始温度）称为再结晶温度，再结晶温度是一个温度范围a.黄铜变形量达黄铜变形量达38后的组织后的组织b.580保温保温3sc. .580保温保温4sd.580保温保温8se.580保温保温15minf.700保温保温10min最低再结晶温度最低再结晶温度 T T再再纯金属纯

9、金属T T再再 =0.4 T=0.4 T熔熔合金合金T T再再 = =（0.5 0.70.5 0.7）T T熔熔温度单位：绝对温度温度单位：绝对温度( K )( K )预变形度对预变形度对T T再再的影响的影响再结晶后的晶粒度再结晶后的晶粒度加热温度加热温度 T T 晶粒直径晶粒直径 dd预变形度的影响预变形度的影响晶粒长大的实质是一个晶粒的边界向另一个晶粒迁移，把另一个晶粒的晶格位向逐步改变与这个晶粒相同的位向，于是另一个晶粒便逐步被这个晶粒“吞并”从而合成一个大晶粒影响再结晶后晶粒度的因素除加热温度与保温时间外，还与晶粒的原始尺寸、杂质的分布及预先冷变形等有关，其中以加热温度和预先冷变形度

10、影响最大。影响晶粒长大的因素加热温度和保温时间预先冷变形度在结晶的加热温度越高，保温时间越长，则再结晶后的晶粒越粗大当其他条件相同时，再结晶后晶粒大小与预先冷变形度之间存在曲线关系第四节 热加工与冷加工一、热加工与冷加工的区别一、热加工与冷加工的区别热加工与冷加工的区别是以金属再结晶温度来划分的。凡是金属的塑性变形是在再结晶温度以上进行的，称为热加工。反之，在再结晶温度一下进行塑性变形则称为冷加工。金属在再结晶温度一下塑性变形，不发生再结晶过程，因此蒋产生加工硬化。热加工对金属组织与性能的影响一、消除铸态金属某些缺陷通过热加工可使金属铸锭中的气孔和缩孔焊合；消除铸态金属中部分偏析；改善夹杂物与

11、碳化物的形态、大小与分布；将粗大的柱状晶粒与枝晶改变为细小均匀的等轴晶粒。二、形成热变形纤维组织（流态）在热加工过程中，由于铸态组织中的各种杂物在高温下具有一定塑性，它会沿着变形方向伸长、并逐渐形成纤维组织，这就是热变形纤维组织，通常称为“流线”。1 1）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。）打碎柱状晶、树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。2 2）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和）压合铸件中的疏松、气孔等缺陷，提高组织致密度和 机械性能机械性能. .3 3）产生）产生 流线流线 分布分布 非金属夹杂物沿变形方向分布，非金属夹杂物沿变形方向分布，引起各向异性。引起各向异性。

12、三冷加工对组织和性能的影响三冷加工对组织和性能的影响冷加工冷加工 在在 T T再再 以下温度进行的变形加工，如低碳以下温度进行的变形加工，如低碳钢的冷拔、冷冲。钢的冷拔、冷冲。 冷加工时，无再结晶过程冷加工时，无再结晶过程 思考题：其原因是什么？思考题：其原因是什么？能产生加工硬化，提高强度和硬度，塑性和韧性下降。能产生加工硬化，提高强度和硬度，塑性和韧性下降。是重要的是重要的 强化手段，对不能热处理强化的合金尤其重强化手段，对不能热处理强化的合金尤其重 要。但增加继续塑性变形的抗力。要。但增加继续塑性变形的抗力。小结小结重点要求重点要求1. 1. 单晶体塑性变形的两种方式单晶体塑性变形的两种方式2. 2.金属在冷