ch3金属的塑性变形与再结晶

1、金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶山东农业大学专业基础课程山东农业大学专业基础课程Mechanical Engineering Materials Science金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶 金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种塑性加工，金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种塑性加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等，以获得具有一定形状、如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。零件。 具体工艺有金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结

2、晶第一节第一节 金属的塑性变形金属的塑性变形一、一、 金属单晶体塑性变形的实质产生了滑移金属单晶体塑性变形的实质产生了滑移Cu的临界切变应力为的临界切变应力为1540MN/m2，实际测定值为，实际测定值为1.0 MN/m2 刚性滑移模型刚性滑移模型1、滑移与滑移带、滑移与滑移带金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶 滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（滑滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分发生的滑动。移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分发生的滑动。 滑移定义滑移定义金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶2 2、滑移系

3、、滑移系 滑移是沿着特定的晶面滑移是沿着特定的晶面( (称为滑移面称为滑移面 slip plane)slip plane)和晶向和晶向( (称为滑移方向称为滑移方向 slip direction)slip direction)上运动。一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移上运动。一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系（系（slip systemslip system）。滑移系表示晶体在进行滑移时可能采取的空间取向。）。滑移系表示晶体在进行滑移时可能采取的空间取向。 滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同；晶体中滑移系滑移系主要与晶体结构有关。晶体结构不同，滑移系不同；晶体

4、中滑移系越多，滑移越容易进行，塑性越好。越多，滑移越容易进行，塑性越好。 结论结论: : 滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最密排面和最密排晶向。滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列的最密排面和最密排晶向。 如如fccfcc： 111111 bcc bcc： 110110、112112和和123123 hcphcp： 00010001 每一种晶格类型的金属都有特定的滑移系，且滑移系数量不同。如：每一种晶格类型的金属都有特定的滑移系，且滑移系数量不同。如：fccfcc中有中有1212个个, bcc, bcc中有中有4848个，个， hcphcp中有中有3 3个。个。金属的塑性变形及再

5、结晶金属的塑性变形及再结晶3、 滑移的特点滑移的特点 滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面（密排面）和其上密度最大的滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面（密排面）和其上密度最大的晶向（密排方向）进行。晶向（密排方向）进行。滑移只能在切应力的作用下发生。滑移只能在切应力的作用下发生。滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。滑移是通过位错的运动来实现的。的整数倍。滑移是通过位错的运动来实现的。 滑移的同时必然伴随有晶体的转动，转动的结果，使滑移面趋向与拉伸轴滑移的同时必然伴随有晶体的转动，转动的结果，使滑

6、移面趋向与拉伸轴平行。平行。 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶4、 位错运动滑移模型位错运动滑移模型位错蚀坑位错蚀坑金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶刃型位错的滑移模型刃型位错的滑移模型螺型位错的滑移模型螺型位错的滑移模型金属单晶体塑性变形的实质是在剪切应力作用下位错连续运动，金属单晶体塑性变形的实质是在剪切应力作用下位错连续运动，使金属沿一定滑移面和滑移方向发生位移。使金属沿一定滑移面和滑移方向发生位移。 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶二、实际金属的塑性变形二、实际金属的塑性变形1.1.不均匀的塑性变形过程不均匀

7、的塑性变形过程 多晶体金属的塑性变形将多晶体金属的塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生，是会在不同晶粒中逐批发生，是个不均匀的塑性变形过程个不均匀的塑性变形过程金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶2.2.晶粒间位向差阻碍滑移晶粒间位向差阻碍滑移 在多晶体中晶粒间有位向差，使变在多晶体中晶粒间有位向差，使变形不能同时进行。当一个晶粒发生塑性形不能同时进行。当一个晶粒发生塑性变形时，周围的晶粒如不发生塑性变形，变形时，周围的晶粒如不发生塑性变形，则必须要产生弹性变形来与之协调配合，则必须要产生弹性变形来与之协调配合，就意味着增大了晶粒变形的抗力，阻碍就意味着增大了晶粒变形的抗力，阻碍滑移的进行

8、。滑移的进行。 3.3.晶界阻碍位错的运动晶界阻碍位错的运动 在多晶体中存在晶界，其原子排列不规则，当位错运动到这一区域在多晶体中存在晶界，其原子排列不规则，当位错运动到这一区域附近时将会受到晶界的阻碍而堆积起来，形成位错塞积。欲使变形继续附近时将会受到晶界的阻碍而堆积起来，形成位错塞积。欲使变形继续进行，就必须要增加外力，即变形抗力增大。金属晶粒越细，同体积的进行，就必须要增加外力，即变形抗力增大。金属晶粒越细，同体积的晶界越多，因而变形抗力越大，金属的强度越大。晶界越多，因而变形抗力越大，金属的强度越大。 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再

9、结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶2.2.冷塑性变形对金属组织结构和性能的影响冷塑性变形对金属组织结构和性能的影响 纤维组织形成纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶粒形状发生变金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成所谓纤维组织。属中的夹杂物也被拉长，形成所谓纤维组织。 一、冷塑性变形对金

10、属组织结构的影响一、冷塑性变形对金属组织结构的影响 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶 金属经大量的塑性变形后，由于位错密度的增大和位错间的交互作用，金属经大量的塑性变形后，由于位错密度的增大和位错间的交互作用，使位错分布变得不均匀。大量的位错聚集在局部地区，并将原晶粒分割成许使位错分布变得不均匀。大量的位错聚集在局部地区，并将原晶粒分割成许多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶 形变织构的产生形变织构的产生 由于塑性变形过程中晶粒的转动，当变形量达到一定程度（由于塑性变形过程中晶粒的转动，当变形量达到一定程度

11、（70%70%以上）时，以上）时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。择优取向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶1、 加工硬化加工硬化 二、冷塑性变形对金属性能的影响二、冷塑性变形对金属性能的影响2、 物理化学性能的变化物理化学性能的变化 3、 变形引起内应力三类内应力变形引起内应力三类内应力 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶v 回复回复

12、3.3.回复与再结晶回复与再结晶 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶v 再结晶再结晶 v 晶粒长大晶粒长大 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶晶粒长大的仿真模拟动画晶粒长大的仿真模拟动画金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶 影响再结晶温度的主要因素影响再结晶温度的主要因素 金属的预先变形程度，金属的预先变形程度越大，其晶体缺陷就越多，金属的预先变形程度，金属的预先变形程度越大，其晶体缺陷就越多，组织越不稳定，因而再结晶温度便越低。当预先变形程度达到一定数值之后，组织越不稳定，因而再结晶温度便越低。当预先变形程度达到一定数值之后，再结晶温度趋于定值。再结晶温度趋于定值

13、。 金属的纯度金属的纯度 金属中存在的微量杂质和合金元素，特别是那些高熔点元金属中存在的微量杂质和合金元素，特别是那些高熔点元素，常常会阻碍原子的扩散和迁移，可显著提高金属的再结晶温度。素，常常会阻碍原子的扩散和迁移，可显著提高金属的再结晶温度。 加热速度和保温时间加热速度和保温时间 提高加热速度会使再结晶温度被推迟到较高温度提高加热速度会使再结晶温度被推迟到较高温度下发生。而保温时间越长，再结晶温度越低。下发生。而保温时间越长，再结晶温度越低。 影响晶粒长大影响晶粒长大的因素的因素金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶1.1.加热温度和时间的影响加热温度和时间的影响 加热温度越高，时间

14、越长，晶粒便越大。加热温度越高，时间越长，晶粒便越大。2.2.预先变形程度的影响预先变形程度的影响 当变形度达到当变形度达到2%2%10%10%时，金属中变形极不均匀，只有部分晶粒发生变时，金属中变形极不均匀，只有部分晶粒发生变形，形成的再结晶晶核少，可以充分长大，从而造成再结晶后的晶粒特别粗形，形成的再结晶晶核少，可以充分长大，从而造成再结晶后的晶粒特别粗大。使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称为临界变形度。大。使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称为临界变形度。 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶4. 4. 金属的热塑性加工金属的热塑性加工冷加工：冷加工： ，产生加工硬化，产生加工硬化热加工：热加工： ，有加工硬化随即消除，有加工硬化随即消除金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶1.1.改善钢锭的组织和性能改善钢锭的组织和性能表层细晶粒区表层细晶粒区柱状晶区柱状晶区中心等轴晶区中心等轴晶区2.2.细化晶粒细化晶粒 热加工使得变形晶粒内部不断发生回复和再结晶，周而复始可使得晶核数目热加工使得变形晶粒内部不断发生回复和再结晶，周而复始可使得晶核数目增多，晶粒得到细化。增多，晶粒得到细化。 3.3.形成纤维组织形成纤维组织热加工可使得钢锭中粗大的枝晶核铸态组织的夹杂物沿着变形方向流动伸长，热加工可使得钢锭中粗大的枝晶核铸态