第三章金属在塑性加工变形中组织性能的变化

第三章金属在塑性加工变形中组织性能的变化1、 冷加工的概念当金属与合金在低于回复的温度进行压力加工时，将完全发生加工硬化现象。此时，金属与合金的变形称为冷加工。钢在常温下进行的冷轧、拉拔和冷冲等压力加工过程皆为钢的冷加工。第三讲金属在塑性加工变形中组织性能的变化 返回首页2、 冷加工变形中金属组织的变化（1）晶粒被拉长在冷加工中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图 2-1所示。图2-1冷轧前后晶粒形状变化（a）冷轧前的等轴晶粒；（b）冷轧后的拉长、拉细或压扁的晶粒（2）出现亚结构亚结构是指金属经过冷加工后，其各个晶粒被分割成许多单个的小区域，如图2-2所示。在这些小区域的边界上存在有大量位错组成的位错缠结，而这些区域的内部位错密度很低，故晶格的畸变很小。把每个小的区域称为亚晶，这种组织称为亚结构。图2-2冷变形后的亚结构

产生变形织构这种由原来位向紊乱的晶粒到出现有序化，并有严格位向关系的组织结构，称为变形织构。随着加工方式的不同，可以出现不同的变形织构。按照坯料或产品的外形可分为丝织构和板织构。1)丝织构在拉拔和挤压条件下形成的织构称为丝织构。各晶粒有一共同晶向相互平行，并与拉伸轴线一致，以此晶向来表示丝织构，如图 2-4所示。图图(a)拉拔刖；(b)拉拔后2)板织构对于在轧制过程中形成的织构称为板织构。由于晶面与轧制面平行，晶向又与轧制方向一致(见图2-5)o因此，板织构用其晶面和晶向来共同表示。例如，体心立方金属，当其(100)晶面//轧制面，〈011〉晶向//轧制方向，可简单用(100)〈011〉来表示板织构。图2-5板织构示意图<<?>(a)<<?>(a)轧制前；(b)轧制后3、金属性能的变化A物理及物理-化学性质的变化金属的密度降低金属的导电性降低(或电阻增大)导热性降低化学稳定性降低B产生加工硬化加工硬化的概念：金属的变形抗力指标(强度、硬度)，随变形程度的增加而升高；金属的塑性指标(延伸率、断面收缩率等)随变形程度的增加而降低，这种现象称为加工硬化。加工硬化现象优点和缺点：1)在生产中把它当做强化金属的一种方法。2)加工硬化能保证金属某些工艺性能，并使之得以加工成型。 3)加工硬化降低了金属的塑性和韧性。此外，加工硬化需要不断增加机械功率，对设备、工具的强度提出了更高的要求。C产生织构与各向异性金属与合金经冷加工后，由于出现织构而使金属呈现各向异性，表2-1为硅钢在不同晶向上的力学性能。尾向弹性駁很(MPa)毘极很CMPa)黑厦规限(MPs)UMMOM<110>441<111>426.348IJ表2-1在不同方向上3%硅钢的力学性能数据4、 热加工的概念所谓热加工是指变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形5、 热加工的优点变形抗力低塑性升高，产生断裂的倾向性减少不易产生织构生产周期短组织与性能基本满足要求6热加工的缺点生产细或薄的产品时较困难（2）产品表面质量差（3）组织与性能的不均匀（4）产品的强度不高（5）金属的消耗较大（6）对含有低熔点的合金不宜加工7、热轧后金属组织性能的变化（1）对铸态组织的改造及细化晶粒（2）热加工时产生了纤维组织（3）热加工中产生的带状组织（4）热轧钢的性能特点——方向性8、控制轧制的概念控制轧制是指在比常规轧制温度稍低的条件下，采用强化压下和控制冷却等工艺措施来提高热轧钢材的强度、韧性等综合性能的一种轧制方法。9、控制轧制的优点（1）许多试验资料表明，用控制轧制方法生产的钢材，其强度和韧性等综合机械性能有很大的提高。（2）简化生产工艺过程。控制轧制可以取代常化等温处理。（3）由于钢材的强韧性等综合性能得以提高，自然地导致钢材使用范围的扩大和产品使用寿命的增长。会使钢材的成本降低。（4）用控制轧制钢材制造的设备重量轻，有利于设备轻型化。10、控制轧制的种类控制轧制可分为三种类型：（1） 丫再结晶型控制轧制（》950C）它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。（2） 未再结晶型控制轧制（950E~Ar3）它是将钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内产生大量变形带，在相变过程中在r晶界和变形带上形成a核，使a的形核点增多，相变后铁素体晶粒a细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。（3）两相区控制轧制它是将钢加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结束轧制。11、控制轧制提高钢材强度及韧性的三个主要机理（1）晶粒细化（2）碳、氮化物强化（3）亚晶强化12、控制轧制工艺参数，得到细小的晶粒，提高钢