金属的塑性变形(1).ppt

第四章第四章 金属的塑性变形金属的塑性变形塑塑性性变变形形及及随随后后的的加加热热，对对金金属属材材料料组组织织和和性性能能有有显显著著的的影影响响。了了解解塑塑性性变变形形的的本本质质、塑塑性性变变形形及及加加热热时时组组织织的的变变化化，有有助助于于发发挥挥金金属属的的性性能能潜潜力力，正正确确定加工工艺确确定加工工艺 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形变形后金属的回复与再结晶变形后金属的回复与再结晶金属的热塑性变形金属的热塑性变形1第一节第一节 单晶体单晶体的塑性变形的塑性变形一、单晶体纯金属的塑性变形一、单晶体纯金属的塑性变形se 在应力低于弹性极限在应力低于弹性极限e e时，时，材料发生的变形为弹性变形；材料发生的变形为弹性变形；应力在应力在e e到到b b之间将发生的变之间将发生的变形为形为均匀塑性变形均匀塑性变形；在；在b b之后之后将发生颈缩；在将发生颈缩；在K K点发生断裂。点发生断裂。弹性变形的弹性变形的实质实质是：在应力的作用下，材料内部的原子偏离了平衡位是：在应力的作用下，材料内部的原子偏离了平衡位置，但置，但未超过其原子间的结合力未超过其原子间的结合力。晶格发生了伸长。晶格发生了伸长(缩短缩短)或歪扭。或歪扭。原子的相邻关系未发生改变，故外力去除后，原子间结合力便可以原子的相邻关系未发生改变，故外力去除后，原子间结合力便可以使变形完全恢复。使变形完全恢复。2PPPPP：载荷：正应力：切应力单单晶晶体体受受力力后后，外外力力在在任任何何晶晶面面上上都都可可分分解解为为正正应应力力（垂垂直直晶晶面）面）和和切应力切应力（平行晶面）（平行晶面）。正正应应力力只只能能引引起起弹弹性性变变形形,当当超超过过原子间结合力时，晶体断裂。原子间结合力时，晶体断裂。只只有有在在切切应应力力的的作作用用下下金金属属晶晶体体才能产生塑性变形。才能产生塑性变形。外外力力在在晶晶面面上上的的分分解解切切应应力力作作用用下下的的变变形形锌锌单单晶晶的的拉拉伸伸照照片片塑性变形的塑性变形的实质实质是：在应力的作用下，是：在应力的作用下，材料内部原子相邻关系已经发生材料内部原子相邻关系已经发生改变，故外力去除后，改变，故外力去除后，原子到了原子到了另一平衡位置另一平衡位置，物体将留下永久，物体将留下永久变形。变形。塑性变形塑性变形3滑移滑移是指当应力超过材料的弹性极限后，晶是指当应力超过材料的弹性极限后，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一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位移的现象。在应力去除后，部分发生滑动位移的现象。在应力去除后，位移不能恢复，在金属表面留下变形的痕迹位移不能恢复，在金属表面留下变形的痕迹塑性变形的形式塑性变形的形式：滑移和孪生滑移和孪生金属常以金属常以滑移滑移方式发生塑性变形方式发生塑性变形滑移滑移4 滑滑移移只只能能在在切切应应力力的的作用下发生。作用下发生。1、滑移变形的特点、滑移变形的特点5 滑滑移移常常沿沿晶晶体体中中原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶晶向向发发生生。因因原原子子密密度度最最大大的的晶晶面面和和晶晶向向之之间间原原子子间间距距最最大大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。6沿其发生滑移的晶面叫做沿其发生滑移的晶面叫做滑移面；滑移面；沿其发生滑移的晶向叫做沿其发生滑移的晶向叫做滑移方向；滑移方向；它们通常是晶体中的密排面和密排方向。它们通常是晶体中的密排面和密排方向。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。滑移系。滑滑移移系系越越多多，金金属属发发生生滑滑移移的的可可能能性性越越大大，塑塑性性也也越好，其中越好，其中滑移方向滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。对塑性的贡献比滑移面更大。7FCCFCC6金属的塑性：金属的塑性：fccfccbccbccchpchp8哪个滑移系先滑移？哪个滑移系先滑移？当作用于滑移面上滑移方向的切应力分量当作用于滑移面上滑移方向的切应力分量 c（分切应力）大于等于一定的临（分切应力）大于等于一定的临界值（界值（临界切应力，决定于原子间结合力）临界切应力，决定于原子间结合力），才可进行。，才可进行。取向因子取向因子最先达到最先达到 c的滑移系先开始滑移的滑移系先开始滑移滑移时滑移时9 滑滑移移时时，晶晶体体两两部部分分的的相相对对位位移移量量是是原原子子间间距距的的整整数倍。数倍。滑滑移移的的结结果果在在晶晶体体表表面面形形成成台台阶阶，称称滑滑移移线线，若若干干条滑移线组成一个条滑移线组成一个滑移带滑移带。铜铜拉伸试样表面滑移带拉伸试样表面滑移带10 滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移的同时伴随着晶体的转动。转转动动的的原原因因：晶晶体体滑滑移移后后使使正正应应力力分分量量和和切切应应力力分量组成了力偶分量组成了力偶.11韧性断口韧性断口12把把滑滑移移设设想想为为刚刚性性整整体体滑滑动动滑滑移移面面上上每每一一个个原原子子都都同同时时移移到到另另一一个个平平衡衡位位置置，外外加加的的切切应应力力必必须须同同时时克克服服滑滑移移面面上上所所有有原原子子间间的的结结合合力力。所所需需理理论论临临界界切切应应力力值值比比实实际际测测量量值值大大3-43-4个个数量级。数量级。滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。2、滑移的机理、滑移的机理13刃位错的运动刃位错的运动滑移过程中会生成许多位错：塑性变形量增加，晶体中位错密滑移过程中会生成许多位错：塑性变形量增加，晶体中位错密度增大度增大晶晶体体通通过过位位错错运运动动产产生生滑滑移移时时，只只需需要要在在位位错错中中心心的的少少数数原原子子发发生生移移动动，它它们们移移动动的的距距离离远远小小于于一一个个原原子子间间距距，因因而而所所需需临临界界切切应应力力小小，这这种种现现象象称作称作位错的易动性位错的易动性。14孪孪生生是是指指晶晶体体的的一一部部分分沿沿一一定定晶晶面面和和晶晶向向相相对对于于另另一一部部分分所所发发生生的的切切变变，发发生生在在滑滑移移系系较较少少或滑移受限制情况下。或滑移受限制情况下。发发生生切切变变的的部部分分称称孪孪生生带带或或孪孪晶晶，沿沿其其发发生生孪孪生生的的晶晶面面称称孪孪生面生面。孪生孪生15孪生的结果使孪生的结果使孪生面孪生面两侧的晶体呈镜面对称。两侧的晶体呈镜面对称。孪孪生生示意图示意图16孪生使晶格位向发生改变；孪生使晶格位向发生改变；所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近声速所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近声速;孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距（滑移是原子间距的整数倍）。孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距（滑移是原子间距的整数倍）。与滑移相比：与滑移相比：密排六方晶格金属密排六方晶格金属：滑移系少，常以孪生方式变形。：滑移系少，常以孪生方式变形。体体心心立立方方晶晶格格金金属属：只只有有在在低低温温或或冲冲击击作作用用下下才才发发生生孪生变形。孪生变形。面心立方晶格金属面心立方晶格金属：一：一般不发生孪生变形。般不发生孪生变形。17单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形更复杂。单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形更复杂。二、多晶体纯金属的塑性变形二、多晶体纯金属的塑性变形多晶体是由众多取向不一的单晶体组成。在多晶体是由众多取向不一的单晶体组成。在某一单向外力作用下各晶体的某一单向外力作用下各晶体的滑移面滑移面上的上的分切应力不同，只有一些分切应力不同，只有一些达到临界切应力达到临界切应力的滑移系才发生滑移。由于晶体之间的相的滑移系才发生滑移。由于晶体之间的相互制约，首先滑移的晶体会引起自身或相互制约，首先滑移的晶体会引起自身或相邻晶体的邻晶体的转动转动，从而使原来启动的滑移系，从而使原来启动的滑移系偏离最大切应力方向，而停止滑移。另一偏离最大切应力方向，而停止滑移。另一些原来不能启动的滑移系开动，进而使整些原来不能启动的滑移系开动，进而使整个晶体的塑性变形协调发展。个晶体的塑性变形协调发展。软位向硬位向晶粒所处的位向为易滑移的位向称为晶粒所处的位向为易滑移的位向称为晶粒所处的位向为易滑移的位向称为晶粒所处的位向为易滑移的位向称为“软位向软位向软位向软位向”反之谓反之谓反之谓反之谓“硬位向硬位向硬位向硬位向”。先发。先发。先发。先发生于软位向晶粒，然后到硬位向。生于软位向晶粒，然后到硬位向。生于软位向晶粒，然后到硬位向。生于软位向晶粒，然后到硬位向。1 1、不均匀的塑性变形、不均匀的塑性变形、不均匀的塑性变形、不均匀的塑性变形18由由于于各各相相邻邻晶晶粒粒位位向向不不同同，当当一一个个晶晶粒粒发发生生塑塑性性变变形形时时，为为了了保保持持金金属属的的连连续续性性，周周围围的的晶晶粒粒若若不不发发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这这种种弹弹性性变变形形便便成成为为塑塑性性变变形形晶晶粒粒的的变形阻力。变形阻力。由由于于晶晶粒粒间间的的这这种种相相互互约约束束，使使得得多多晶晶体体金金属属的的塑塑性性变变形抗力提高。形抗力提高。2、晶粒位向差阻碍滑移、晶粒位向差阻碍滑移19当当位位错错运运动动到到晶晶界界附附近近时时，受受到到晶晶界界的的阻阻碍碍而而堆堆积积起起来来，称称位位错错的的塞塞积积。要要使使变变形形继继续续进进行行，则则必必须须增增加加外外力力，从从而而使使金金属属的的变变形抗力提高。形抗力提高。3、晶界的影响、晶界的影响20晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积21晶晶粒粒越越细细，晶晶界界总总面面积积越越大大，位位错错障障碍碍越越多多；需需要要协协调调的的具具有有不不同同位位向向的的晶晶粒粒越越多多，使使金金属属塑塑性性变变形形的的抗抗力力越越高高，另另外外，一一定定的的变变形形量量由由更更多多晶晶粒粒分分散散承承担担，不不会会造造成成局局部部的的应应力力集集中中，使使在在断断裂裂前前发发生生较较大大的的塑塑性性变变形形，强强度度和和塑塑性性同同时时增增加加，金金属属在在断断裂前消耗的功也大，因而其裂前消耗的功也大，因而其韧性韧性也较好。也较好。晶粒大小对塑性变形的影响晶粒大小对塑性变形的影响22三、三、塑性变形对组织、性能的影响塑性变形对组织、性能的影响1 1、对组织结构的影响、对组织结构的影响 1 1）、组织纤维化（晶粒变形）：）、组织纤维化（晶粒变形）：随着塑性变形量增大，原来随着塑性变形量增大，原来的等轴晶相应地被拉长或压扁，形成长条状或纤维状，使的等轴晶相应地被拉长或压扁，形成长条状或纤维状，使材料产生各向异性。材料产生各向异性。232 2）、亚晶粒的增多：）、亚晶粒的增多：变形前，位错分布均匀。塑性变形伴随着大量变形前，位错分布均匀。塑性变形伴随着大量位错位错产产生，由于位错运动和相互间交互作用，并使晶粒生，由于位错运动和相互间交互作用，并使晶粒“碎化碎化”成许多位向略成许多位向略有差异的亚晶块（或称亚晶粒）。亚晶粒间界是由位错堆积而成的。有差异的亚晶块（或称亚晶粒）。亚晶粒间界是由位错堆积而成的。3 3、产生织构：、产生织构：金属中的晶粒的取向一般是无规则的随机排列，尽管每个晶金属中的晶粒的取向一般是无规则的随机排列，尽管每个晶粒是各向异性的，宏观性能表现出各向同性。当金属经受大量粒是各向异性的，宏观性能表现出各向同性。当金属经受大量(70%以以上上)的一定方向的变形之后的一定方向的变形之后,由于晶粒的由于晶粒的转动转动造成晶粒取向趋于一致，造成晶粒取向趋于一致，形成了形成了“择优取向择优取向”，即某一晶面，即某一晶面 （晶向）在某个方向出现的几率明（晶向）在某个方向出现的几率明显高于其他方向。金属大变形后形成的这种有序化结构叫做显高于其他方向。金属大变形后形成的这种有序化结构叫做变形织构变形织构，它使金属材料表现出明显的它使金属材料表现出明显的各向异性各向异性。24由由于于晶晶粒粒的的转转动动，当当塑塑性性变变形形达达到到一一定定程程度度时时，会会使使绝绝大大部部分分晶晶粒粒的的某某一一位位向向与与变变形形方方向向趋趋于于一一致致，这这种种现现象象称称织织构构或或择择优优取向取向。形变织构使金属呈现形变织构使金属呈现各向各向异性异性，在深冲零件时，易，在深冲零件时，易产生产生“制耳制耳”现象，使零现象，使零件边缘不齐、厚薄不匀。件边缘不齐、厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导但织构可提高硅钢片的导磁率。磁率。板织构板织构丝织构丝织构形变织构示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25Smallanglegrainboundary261 1）加工硬化）加工硬化 随随冷冷塑塑性性变变形形量量增增加加，金金属属的的强强度度、硬硬度度提提高高，塑塑性性、韧韧性性下降的现象称下降的现象称加工硬化加工硬化。2.2.对力学性能的影响对力学性能的影响 271 1、随变形量增加、随变形量增加,位错密度增加位错密度增加.变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁产生加工硬化的原因产生加工硬化的原因28位错密度与强度关系位错密度与强度关系由由于于位位错错之之间间的的交交互互作作用用(堆堆积积、缠缠结结)，使使变变形形抗抗力力增增加加，塑塑性降，强度、硬度升高性降，强度、硬度升高.292.2.随变形量增加，亚结构细化；随变形量增加，亚结构细化；3.3.随变形量增加，空位密度增加；随变形量增加，空位密度增加；4.4.几何硬化几何硬化：由晶粒转动引起。：由晶粒转动引起。l加工硬化使已变形部分发生硬化而停止变形，而未加工硬化使已变形部分发生硬化而停止变形，而未变形部分开始变形。没有加工硬化，金属就不会发变形部分开始变形。没有加工硬化，金属就不会发生均匀塑性变形。生均匀塑性变形。l加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。处理强化的金属和合金尤为重要。303 3、残余内应力、残余内应力 内应力内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时时,内部变形不均匀而引起的。内部变形不均匀而引起的。晶界位错塞积所晶界位错塞积所引起的应力集中引起的应力集中金金属属发发生生塑塑性性变变形形时时，外外力力所所做做的的功功只只有有10%转转化化为内应力残留于金属中。为内应力残留于金属中。31第第三三类类内内应应力力是是形形变变金金属属中中的的主主要要内内应应力力，也也是是金金属属强强化化的的主主要要原原因因。而而第第一一、二二类类内内应应力力都都使使金金属属强强度度降低。降低。内内应应力力的的存存在在，使使金金属属耐耐蚀蚀性性下下降降；引引起起零零件件加加工工、淬淬火火过过程程中中的的变变形形和和开开裂裂。因因此此，金金属属在在塑塑性性变变形形后后，通常要进行通常要进行退火退火处理处理，以消除或降低内应力。，以消除或降低内应力。第一类内应力第一类内应力平衡于表面与心部之间平衡于表面与心部之间(宏观内应力宏观内应力)。第第二二类类内内应应力力平平衡衡于于晶晶粒粒之之间间或或晶晶粒粒内内不不同同区区域域之之间间 (微观内应力微观内应力)。第三类内应力第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。是由晶格缺陷引起的畸变应力。32四、变形后金属的加热变化四、变形后金属的加热变化(回复与再结晶回复与再结晶)引言引言金金属属塑塑性性变变形形后后，出出现现晶晶粒粒拉拉长长，位位错错增增多多，内内应应力力升升高高等等现现象象，他他们们会会引引起起材材料料体体系系能能量量提提高高，处处于于一一个个高高能能亚亚稳稳态，有向低能态转变的倾向。态，有向低能态转变的倾向。在在加加热热过过程程中中，形形变变了了的的材材料料会会发发生生回回复复、再再结结晶晶和和晶晶粒粒长长大大三三个个过过程程，如如右右图所示图所示。回复、再结晶和晶粒的长大，他们回复、再结晶和晶粒的长大，他们都是减少或消除结构缺陷的过程。都是减少或消除结构缺陷的过程。相应相应地地,材料的材料的结构和性能结构和性能也发生对应变化也发生对应变化。加热促使转变进行加热促使转变进行331、回复回复 1）、回复概念）、回复概念经冷加工的材料在较低的温度保温，经冷加工的材料在较低的温度保温，这时材料发生这时材料发生点缺点缺陷消失陷消失，位错重排，应力下降位错重排，应力下降的过程为回复的过程为回复。利用回复现象将冷变形金属进行低温加热，既可稳定组织又保利用回复现象将冷变形金属进行低温加热，既可稳定组织又保留了加工硬化效果的方法为留了加工硬化效果的方法为去应力退火去应力退火 2）、）、回复引起材料组织和性能变化回复引起材料组织和性能变化l l宏宏观观应应力力（第第一一类类应应力力）基基本本消消除除，但微观应力（第二、第三类）仍然残存。但微观应力（第二、第三类）仍然残存。l l力力学学性性质质，如如强强度度、硬硬度度（略略下下降降）和塑性（略升高）没有明显变化。和塑性（略升高）没有明显变化。34当当变变形形金金属属被被加加热热到到较较高高温温度度时时，由由于于原原子子活活动动能能力力增增大大，晶晶粒粒的的形形状状开开始始发发生生变变化化，在在亚亚晶晶界界或或晶晶界界处处形形成成了了新新的的结结晶晶核核心心，并并不不断断以以等等轴轴晶晶形形式式生生长长，取取代代被被拉拉长长及及破破碎碎的的旧旧晶晶粒粒，这这一一过过程程称为称为再结晶再结晶。这这种种冷冷变变形形组组织织在在加加热热时时重重新新彻彻底改组的过程称底改组的过程称再结晶再结晶。铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热2.再结晶再结晶35再结晶也是一个晶核形成和长大的再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，过程，但不是相变过程，再结晶前再结晶前后新旧晶粒的后新旧晶粒的晶格类型晶格类型和和成分成分完全完全相同。相同。核心出现在位错聚集的地方，核心出现在位错聚集的地方，原子能量最高，最不稳定。它只是原子能量最高，最不稳定。它只是一个形态上的变化。新晶粒中缺陷一个形态上的变化。新晶粒中缺陷减少，内应力消失了减少，内应力消失了。冷冷变形奥氏体不锈钢变形奥氏体不锈钢加热时的再结晶形核加热时的再结晶形核SEM-SEM-再结晶晶粒在原变再结晶晶粒在原变形组织晶界上形核形组织晶界上形核TEM-TEM-再结晶晶粒形核于再结晶晶粒形核于高密度位错基体上高密度位错基体上36由于由于再结晶再结晶后组织的复后组织的复原，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，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分后分后的的的再结晶组织的再结晶组织37再结晶温度再结晶温度再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，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，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的发生再结晶的最低温度最低温度称称再结晶温度再结晶温度。580C保温保温3秒后秒后的的组织组织580C保温保温4秒后秒后的的组织组织580C保温保温8秒后秒后的的组织组织冷变形冷变形(变形量为变形量为38%)38%)黄铜的再结晶黄铜的再结晶38T再再与与的关系的关系金属预先变形程度越大金属预先变形程度越大,再结晶温度越低。当变形度再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。再结晶温度。纯金属的最低再结晶温度纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系与其熔点之间的近似关系:T T再再0.4T0.4T熔熔其中其中T T再再、T T熔熔为绝对温度为绝对温度.如如FeFe：T T再再=(1538+273)0.4273=451影响再结晶温度的因素影响再结晶温度的因素1）、金属的预先变形程度）、金属的预先变形程度39金金属属中中的的微微量量杂杂质质或或合合金金元元素素，尤尤其其高高熔熔点点元元素素，起起阻阻碍碍扩扩散散和和晶晶界界迁迁移移作作用用，使使再再结结晶晶温温度度显显著著提高。提高。2）、）、金属的纯度金属的纯度403 3）、再结晶加热速度和加热时间）、再结晶加热速度和加热时间提高加热速度会使再结晶推迟到较提高加热速度会使再结晶推迟到较高高温度发生；温度发生；延长加热时间，使原子扩散充分，再结晶温度降延长加热时间，使原子扩散充分，再结晶温度降低低。生生产产中中把把消消除除加加工工硬硬化化的的热热处处理理称称为为再再结结晶晶退退火火。再再结晶退火温度比再结晶温度高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41再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续升高升高温度或延长保温时间，将发温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，生晶粒长大，这是一个自发这是一个自发的过程。的过程。黄黄铜铜再再结结晶晶后后晶晶粒粒的的长长大大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3.晶粒长大晶粒长大421长大驱动力长大驱动力 再结晶完成后，金属获得均再结晶完成后，金属获得均匀细小的晶粒，但有长大的趋势，因匀细小的晶粒，但有长大的趋势，因为为长大有利于减少界面长大有利于减少界面，降低界面能。，降低界面能。这种这种自由能的降低即为晶粒长大的驱自由能的降低即为晶粒长大的驱动力动力。2正常长大和非正常长大正常长大和非正常长大 正正常常长长大大：再再结结晶晶晶晶粒粒均均匀匀长长大大。方式：相互兼并，组织均匀。方式：相互兼并，组织均匀。非正常长大：非正常长大：一些晶粒迅速长大，一些晶粒迅速长大，并吞并临近小晶粒，造成组织不均匀。并吞并临近小晶粒，造成组织不均匀。晶粒的长大是通过晶粒的长大是通过晶界迁移晶界迁移进行的，是进行的，是大晶粒吞并小晶粒大晶粒吞并小晶粒的过程。的过程。43加加热热温温度度越越高高，保保温温时时间间越越长长，金金属属的的晶晶粒粒越越粗粗大大，加加热热温温度度的的影影响响尤为显著。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1 1、加热温度和保温时间、加热温度和保温时间影响因素影响因素44预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响2 2、预先变形量、预先变形量当当变变形形量量达达到到210%时时，只只有有部部分分晶晶粒粒变变形形，变变形形极极不不均均匀匀，再再结结晶晶晶晶粒粒大大小小相相差差悬悬殊殊，易易互互相相吞吞并并和和长长大大，再再结结晶晶后后晶晶粒粒特特别别粗粗大大，这这个个变变形形量称量称临界变形量临界变形量。预先变形量的影响，实质是变形均匀程度的影响。预先变形量的影响，实质是变形均匀程度的影响。当变形量很小时当变形量很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。，晶格畸变小，不足以引起再结晶。45当当超超过过临临界界变变形形量量后后，随随变变形形程程度度增增加加，变变形形越越来来越越均均匀匀，再再结结晶晶时时形形核核量量大大而而均均匀匀，使使再再结结晶晶后后晶晶粒粒细细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本不变。而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本不变。对对某某些些金金属属，当当变变形形量量相相当当大大(90%)90%)时时，再再结结晶晶后后晶晶粒粒又又重重新新出出现现粗粗化化现现象象，一一般般认认为为这这与与形形成成织织构构有有关。关。46五、五、金属的热加工金属的热加工 1、冷加工与热加工的区别、冷加工与热加工的区别轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔在在金金属属学学中中，冷冷热热加加工工的的界界限限是是以以再再结结晶晶温温度度来来划划分分的的。低低于于再再结结晶晶温温度度的的加加工工称称为为冷冷加加工工，而而高高于于再结晶温度的加工称为再结晶温度的加工称为热加工热加工。47热热加加工工时时产产生生的的加加工工硬硬化化很很快快被被再再结结晶晶产产生生的的软软化化所所抵抵消消，因因而而热加工不会带来加工硬化效果。热加工不会带来加工硬化效果。巨型巨型自由锻件自由锻件区别区别 冷加工：加工硬化，晶粒变形冷加工：加工硬化，晶粒变形 热加工：加工硬化和再结晶过程同时发生，加工硬化消失热加工：加工硬化和再结晶过程同时发生，加工硬化消失 为什么进行热加工为什么进行热加工 金属材料的强度和硬度会随温度的上升而下降，塑性会金属材料的强度和硬度会随温度的上升而下降，塑性会随温度的升高而升高，因此在较高的温度下进行塑性变形，材随温度的升高而升高，因此在较高的温度下进行塑性变形，材料的抗力小，易成型。料的抗力小，易成型。482.热加工对金属组织和性能的影响热加工对金属组织和性能的影响1 1）热热加加工工可可使使铸铸态态金金属属与与合合金金中中的的气气孔孔焊焊合合，使使粗粗大大的的树树枝枝晶晶或或拄拄状状晶晶破破碎碎，从从而而使使组组织织致致密密、成成分分均匀、晶粒细化，力学性能提高均匀、晶粒细化，力学性能提高。锻锻压压热加工动态再热加工动态再结晶示意图结晶示意图49它它使使钢钢产产生生各各向向异异性性，在在制制定定加加工工工工艺艺时时，应应使使流流线线分分布布合合理理，尽尽量量与拉应力方向一致。与拉应力方向一致。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吊钩钩中中的的纤纤维维组组织织2 2）形形成成热热加加工工流流线线。热热加加工工过过程程中中，各各种种可可变变形形的的夹夹杂杂物物会会沿沿形形变变方方向向拉拉长长，呈呈流流线线分分布布，从从而而造造成成各各向向异异性性。在在流流线线方方向向，性性能能较较好好，而而在在垂垂直直于于流流线线方方向向上上性性能能相相对对较较差差。有有这这种种流流线线体体型型的的组织称组织称纤维组织纤维组织。50热加工热加工能量消耗小，但能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、变形用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困量大、在室温下加工困难的工件。难的工件。冷加工冷加工一般用于截面尺一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高度及表面光洁度要求高的工件。的工件。蒸汽蒸汽-空气锤空气锤513、金属的强化、金属的强化一、基本原理一、基本原理由于由于塑性变形的本质是位错的滑移塑性变形的本质是位错的滑移。因此，提高强度。因此，提高强度就是设法阻止位错运动。主要有以下几种途径：就是设法阻止位错运动。主要有以下几种途径：1 1、细晶强化细晶强化细化晶粒细化晶粒依靠依靠晶界阻止位错运动晶界阻止位错运动。晶粒愈小，强度愈高。晶粒愈小，强度愈高。强度强度s s=0 0+Kd+Kd-1/2-1/2 0 0：位错在晶内运动的总阻力：位错在晶内运动的总阻力K K：常数，表征晶界对变形的影响，与晶界结构有关：常数，表征晶界对变形的影响，与晶界结构有关提高塑性变形抗力的过程提高塑性变形抗力的过程绝大多数零件不允许产生塑性变形。在给定外加载荷的条件下，绝大多数零件不允许产生塑性变形。在给定外加载荷的条件下，零件是否发生塑性变形，取决于截面大小及材料的屈服强度零件是否发生塑性变形，取决于截面大小及材料的屈服强度522 2、固溶强化固溶强化 形成固溶体形成固溶体 由于溶质原子与溶剂原子在尺寸和性质上的不同，固溶原由于溶质原子与溶剂原子在尺寸和性质上的不同，固溶原子引起晶格畸变，产生子引起晶格畸变，产生应力场阻止位错运动应力场阻止位错运动。产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作用的结果，产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作用的结果，溶质原子不溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近，使位错被钉扎住仅使晶格发生畸变，而且易被吸附在位错附近，使位错被钉扎住，位错要脱，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高534 4、弥散强化弥散强化在基体中形成弥散分布的在基体中形成弥散分布的第二相质点，阻碍位错运动第二相质点，阻碍位错运动。有时称为沉淀强化。有时称为沉淀强化。第二相第二相：固溶析出相：固溶析出相 复合材料中的添加物复合材料中的添加物 3 3、加工硬化加工硬化进行冷加工，使材料进行冷加工，使材料位错密度增加位错密度增加，发生缠结，阻碍，发生缠结，阻碍位错运动。位错运动。54当当第第二二相相在在晶晶界界呈呈网网状状分分布布时时，对对合合金金的的强强度度和和塑塑性性不利；不利；珠光体珠光体当当第第二二相相在在晶晶内内呈呈片片状状分分布布时时，可可提提高高强强度度、硬硬度度，但会降低塑性和韧性；但会降低塑性和韧性；55当当在在晶晶内内呈呈颗颗粒粒状状弥弥散散分分布布时时，第第二二相相颗颗粒粒越越细细，分分布布越越均均匀匀，合合金金的的强强度度、硬硬度度越越高高，塑塑性性、韧韧性性略略有有下降，这种强化方法称下降，这种强化方法称弥散强化弥散强化或或沉淀强化沉淀强化。弥弥散散强强化化的的原原因因是是由由于于硬硬的的颗颗粒粒不不易易被被切切割割，因因而而阻阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。碍了位错的运动，提高了变形抗力。颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片56位错切割位错切割第二相粒第二相粒子示意图子示意图电电镜镜观观察察57