机械工程材料 金属的塑性变形与再结晶.pptx
会计学1机械工程材料机械工程材料 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶第一节第一节 纯金属的塑性变形纯金属的塑性变形n n单晶体受力后，外力在单晶体受力后，外力在单晶体受力后，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任何晶面上都可分解为任何晶面上都可分解为正应力正应力正应力正应力和和和和切应力切应力切应力切应力。正应。正应。正应。正应力只能引起弹性变形及力只能引起弹性变形及力只能引起弹性变形及力只能引起弹性变形及解理断裂。解理断裂。解理断裂。解理断裂。只有在切应只有在切应只有在切应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。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第1页/共71页韧性断口韧性断口脆性解理断口脆性解理断口第2页/共71页n n 滑移滑移滑移滑移n n滑移滑移滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的晶是指晶体的一部分沿一定的晶是指晶体的一部分沿一定的晶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。位移的现象。位移的现象。l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。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。第3页/共71页n n1 1、滑移变形的特点、滑移变形的特点、滑移变形的特点、滑移变形的特点 ：n n 滑移只能在切应力的作滑移只能在切应力的作滑移只能在切应力的作滑移只能在切应力的作用下发生。用下发生。用下发生。用下发生。产生滑移的最产生滑移的最产生滑移的最产生滑移的最小切应力称小切应力称小切应力称小切应力称临界切应力临界切应力临界切应力临界切应力.第4页/共71页n n 滑滑滑滑移移移移常常常常沿沿沿沿晶晶晶晶体体体体中中中中原原原原子子子子密密密密度度度度最最最最大大大大的的的的晶晶晶晶面面面面和和和和晶晶晶晶向向向向发发发发生生生生。因因因因原原原原子子子子密密密密度度度度最最最最大大大大的的的的晶晶晶晶面面面面和和和和晶晶晶晶向向向向之之之之间间间间原原原原子子子子间间间间距距距距最最最最大大大大，结结结结合合合合力力力力最最最最弱弱弱弱，产产产产生生生生滑滑滑滑移所需切应力最小。移所需切应力最小。移所需切应力最小。移所需切应力最小。l沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。通常是晶体中的密排面和密排方向通常是晶体中的密排面和密排方向。第5页/共71页n n一个滑移面一个滑移面一个滑移面一个滑移面和其上的一和其上的一和其上的一和其上的一个滑移方向个滑移方向个滑移方向个滑移方向构成一个构成一个构成一个构成一个滑滑滑滑移系移系移系移系。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第6页/共71页n n滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。n n因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格,体心立方晶格好于密排六方晶格。体心立方晶格好于密排六方晶格。体心立方晶格好于密排六方晶格。体心立方晶格好于密排六方晶格。第7页/共71页n n滑移时，晶体两部分的相对滑移时，晶体两部分的相对滑移时，晶体两部分的相对滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍位移量是原子间距的整数倍位移量是原子间距的整数倍位移量是原子间距的整数倍.n n滑移的结果在晶体表面形成台滑移的结果在晶体表面形成台滑移的结果在晶体表面形成台滑移的结果在晶体表面形成台阶，称阶，称阶，称阶，称滑移线滑移线滑移线滑移线，若干条滑移线，若干条滑移线，若干条滑移线，若干条滑移线组成一个组成一个组成一个组成一个滑移带滑移带滑移带滑移带。铜拉伸试样表面滑移带铜拉伸试样表面滑移带第8页/共71页n n 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n n转动有两种：转动有两种：转动有两种：转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移面向外力轴方向转动和滑移面上滑移方向向最大切应力方向转动。滑移方向向最大切应力方向转动。滑移方向向最大切应力方向转动。滑移方向向最大切应力方向转动。第9页/共71页切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动第10页/共71页n n转动的原因：转动的原因：转动的原因：转动的原因：晶体滑移后使正应晶体滑移后使正应晶体滑移后使正应晶体滑移后使正应力分量和切应力分量组成了力偶力分量和切应力分量组成了力偶力分量和切应力分量组成了力偶力分量和切应力分量组成了力偶.l当滑移面、滑移方向与外力方向都呈当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45角时，滑移角时，滑移 方向上切应力方向上切应力最大，因而最最大，因而最容易发生滑移容易发生滑移.l滑移后滑移后,滑移滑移面两侧晶体的面两侧晶体的位向关系未发位向关系未发生变化。生变化。A0A1FFA0第11页/共71页韧性断口韧性断口第12页/共71页多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行n n2 2、滑移的机理、滑移的机理、滑移的机理、滑移的机理n n把滑移设想为刚性整体滑动所需的把滑移设想为刚性整体滑动所需的把滑移设想为刚性整体滑动所需的把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界理论临界切应力值比实际测量临界理论临界切应力值比实际测量临界理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大切应力值大切应力值大切应力值大3-43-4个数量级个数量级个数量级个数量级。滑移是通滑移是通滑移是通滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。过滑移面上位错的运动来实现的。过滑移面上位错的运动来实现的。过滑移面上位错的运动来实现的。第13页/共71页l晶体通过位错运动产生滑移晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种而所需临界切应力小，这种现象称作现象称作位错的易动性位错的易动性。第14页/共71页刃位错的运动刃位错的运动第15页/共71页n n 孪生孪生孪生孪生n n孪生孪生孪生孪生是指晶体的一是指晶体的一是指晶体的一是指晶体的一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相对于另一部晶向相对于另一部晶向相对于另一部晶向相对于另一部分所发生的切变。分所发生的切变。分所发生的切变。分所发生的切变。第16页/共71页n n发生切变的部分称发生切变的部分称发生切变的部分称发生切变的部分称孪生带孪生带孪生带孪生带或或或或孪晶孪晶孪晶孪晶，沿其发生孪生的，沿其发生孪生的，沿其发生孪生的，沿其发生孪生的晶面称晶面称晶面称晶面称孪生面孪生面孪生面孪生面。n n孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪晶组织孪晶组织孪生示意图孪生示意图第17页/共71页n n与滑移相比：与滑移相比：与滑移相比：与滑移相比：n n孪生使晶格位向发生改变孪生使晶格位向发生改变孪生使晶格位向发生改变孪生使晶格位向发生改变；n n所需切应力比滑移大得多所需切应力比滑移大得多所需切应力比滑移大得多所需切应力比滑移大得多,变形速度极快变形速度极快变形速度极快变形速度极快,接近声速接近声速接近声速接近声速;n n孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距.第18页/共71页n n密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。体体体体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。生变形。生变形。生变形。面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称新排列时发生错排而产生的，称新排列时发生错排而产生的，称新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶退火孪晶退火孪晶退火孪晶。奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶第19页/共71页二、二、多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形n n单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。多晶体变形比单晶体复杂。多晶体变形比单晶体复杂。多晶体变形比单晶体复杂。n n晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响晶界及晶粒位向差的影响n n1 1、晶界的影响、晶界的影响、晶界的影响、晶界的影响n n当位错运动到晶界附近时，当位错运动到晶界附近时，当位错运动到晶界附近时，当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来受到晶界的阻碍而堆积起来受到晶界的阻碍而堆积起来受到晶界的阻碍而堆积起来,称称称称位错的塞积位错的塞积位错的塞积位错的塞积。要使变形继。要使变形继。要使变形继。要使变形继续进行续进行续进行续进行,则必须增加外力则必须增加外力则必须增加外力则必须增加外力,从从从从而使金属的变形抗力提高。而使金属的变形抗力提高。而使金属的变形抗力提高。而使金属的变形抗力提高。第20页/共71页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第21页/共71页n n2 2、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响n n由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。性变形，则必以弹性变形来与之协调。性变形，则必以弹性变形来与之协调。性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形这种弹性变形这种弹性变形这种弹性变形便成为塑性变形晶便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由粒的变形阻力。由于晶粒间的这种相于晶粒间的这种相互约束，使得多晶互约束，使得多晶体金属的塑性变形体金属的塑性变形抗力提高。抗力提高。第22页/共71页n n 多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程多晶体金属的塑性变形过程n n多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于或接近于或接近于或接近于4545 的晶粒。的晶粒。的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一当塞积位错前端的应力达到一当塞积位错前端的应力达到一当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移由一批晶粒传递到另一一批晶粒传递到另一批晶粒，批晶粒，当有大量晶当有大量晶粒发生滑移后，金属粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性便显示出明显的塑性变形。变形。铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带铜多晶试样拉伸后形成的滑移带第23页/共71页n n 晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响n n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。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。n n因为因为因为因为金属金属金属金属晶粒越晶粒越晶粒越晶粒越细，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的晶粒越多，使，使金属塑性变形的金属塑性变形的抗力越高。抗力越高。晶晶粒粒大大小小与与金金属属强强度度关关系系第24页/共71页n n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。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。n n因为因为因为因为晶粒越细晶粒越细晶粒越细晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，单位体积内晶粒数目越多，单位体积内晶粒数目越多，单位体积内晶粒数目越多，参与变参与变参与变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，的功也大，因而其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材料材料第25页/共71页通过细化晶粒来同时通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方度、塑性和韧性的方法称法称细晶强化。细晶强化。第26页/共71页第二节第二节 合金的塑性变形与强化合金的塑性变形与强化 n n合金可根据组织分为合金可根据组织分为合金可根据组织分为合金可根据组织分为单相固溶体单相固溶体单相固溶体单相固溶体和和和和多相混合物多相混合物多相混合物多相混合物两种两种两种两种.合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同合金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同.珠光体珠光体奥氏体奥氏体第27页/共71页n n一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化一、单相固溶体合金的塑性变形与固溶强化n n单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。但也与多晶体纯金属相似。但也与多晶体纯金属相似。但也与多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体随溶质含量增加，固溶体随溶质含量增加，固溶体随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化。第28页/共71页n n产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作产生固溶强化的原因，是由于溶质原子与位错相互作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，用的结果，用的结果，用的结果，溶质原子不仅使晶格发生畸变溶质原子不仅使晶格发生畸变溶质原子不仅使晶格发生畸变溶质原子不仅使晶格发生畸变，而且易被而且易被而且易被而且易被吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住吸附在位错附近形成柯氏气团，使位错被钉扎住，位，位，位，位错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高错要脱钉，则必须增加外力，从而使变形抗力提高.Cu-Ni合金成分与性能关系合金成分与性能关系第29页/共71页n n二、多相合金的塑性变形与弥散强化二、多相合金的塑性变形与弥散强化二、多相合金的塑性变形与弥散强化二、多相合金的塑性变形与弥散强化n n当合金的组织由多相混合物组成时，当合金的组织由多相混合物组成时，当合金的组织由多相混合物组成时，当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变合金的塑性变合金的塑性变合金的塑性变 形除与合金基体的性质形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数性质、形态、大小、数量和分布有关。量和分布有关。第二相第二相可以是纯金属、固溶体可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。+钛合金钛合金(固溶体第二相固溶体第二相)第30页/共71页n n当在晶界呈网状分布时当在晶界呈网状分布时当在晶界呈网状分布时当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利；，对合金的强度和塑性不利；，对合金的强度和塑性不利；，对合金的强度和塑性不利；n n当在晶内呈片状分布时当在晶内呈片状分布时当在晶内呈片状分布时当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会，可提高强度、硬度，但会，可提高强度、硬度，但会，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性；降低塑性和韧性；降低塑性和韧性；降低塑性和韧性；珠光体珠光体第31页/共71页n n当在晶内呈颗粒状弥散分布时，当在晶内呈颗粒状弥散分布时，当在晶内呈颗粒状弥散分布时，当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，第二相颗粒越细，第二相颗粒越细，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称略有下降，这种强化方法称略有下降，这种强化方法称略有下降，这种强化方法称弥散强化弥散强化弥散强化弥散强化或或或或沉淀强化沉淀强化沉淀强化沉淀强化。n n弥散强化的原因弥散强化的原因弥散强化的原因弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而是由于硬的颗粒不易被切变，因而是由于硬的颗粒不易被切变，因而是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。阻碍了位错的运动，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第32页/共71页位错切割第二位错切割第二相粒子示意图相粒子示意图电电镜镜观观察察第33页/共71页第三节第三节 塑性变形对组织和性能的影响塑性变形对组织和性能的影响 n n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 n n金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其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。内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。n n当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变 得模糊不清。得模糊不清。l塑性变形还塑性变形还使晶粒破碎使晶粒破碎为亚晶粒。为亚晶粒。第34页/共71页工业纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%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%第35页/共71页n n由于晶粒的转动，由于晶粒的转动，由于晶粒的转动，由于晶粒的转动，当当当当塑性塑性塑性塑性变变变变形达到一定程度时，会使绝形达到一定程度时，会使绝形达到一定程度时，会使绝形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变大部分晶粒的某一位向与变大部分晶粒的某一位向与变大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象形方向趋于一致，这种现象形方向趋于一致，这种现象形方向趋于一致，这种现象称称称称织构织构织构织构或或或或择优取向择优取向择优取向择优取向。l形变织构使金属呈形变织构使金属呈现各向异性现各向异性，在深，在深冲零件时，易产生冲零件时，易产生“制耳制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构现象，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”有有无无第36页/共71页轧制铝板的轧制铝板的“制耳制耳”现象现象第37页/共71页二、二、加工硬化加工硬化 n n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、韧性下降的现象称性、韧性下降的现象称性、韧性下降的现象称性、韧性下降的现象称加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化。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)黄铜铜第38页/共71页冷塑性变形与性能关系冷塑性变形与性能关系第39页/共71页n n产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是产生加工硬化的原因是:n n1 1、随变形量增加、随变形量增加、随变形量增加、随变形量增加,位错位错位错位错密度增加密度增加密度增加密度增加，由于位错之，由于位错之，由于位错之，由于位错之间的交互作用间的交互作用间的交互作用间的交互作用(堆积堆积堆积堆积、缠缠缠缠结结结结)，使变形抗力增加，使变形抗力增加，使变形抗力增加，使变形抗力增加.SiSi中中中中的的的的位位位位错错错错源源源源晶晶晶晶体体体体中中中中的的的的位位位位错错错错源源源源位错密度与强度关系位错密度与强度关系第40页/共71页n n2.2.随变形量增加，亚结构细化随变形量增加，亚结构细化随变形量增加，亚结构细化随变形量增加，亚结构细化n n3.3.随变形量增加随变形量增加随变形量增加随变形量增加,空位密度增加空位密度增加空位密度增加空位密度增加n n4.4.几何硬化几何硬化几何硬化几何硬化：由晶粒转动引起：由晶粒转动引起：由晶粒转动引起：由晶粒转动引起n n由于加工硬化由于加工硬化由于加工硬化由于加工硬化,使已变形部分发使已变形部分发使已变形部分发使已变形部分发生硬化而停止变形生硬化而停止变形生硬化而停止变形生硬化而停止变形,而未变形部而未变形部而未变形部而未变形部分开始变形。分开始变形。分开始变形。分开始变形。没有加工硬化没有加工硬化没有加工硬化没有加工硬化,金金金金属就不会发生均匀塑性变形。属就不会发生均匀塑性变形。属就不会发生均匀塑性变形。属就不会发生均匀塑性变形。n n加工硬化是强化金属的重要手加工硬化是强化金属的重要手加工硬化是强化金属的重要手加工硬化是强化金属的重要手段之一，段之一，段之一，段之一，对于不能热处理强化对于不能热处理强化对于不能热处理强化对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。的金属和合金尤为重要。的金属和合金尤为重要。的金属和合金尤为重要。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第41页/共71页三、三、残余内应力残余内应力 n n内应力内应力内应力内应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力是由于金属受力是由于金属受力是由于金属受力时时时时,内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时,外力所做的功只有外力所做的功只有外力所做的功只有外力所做的功只有10%10%转化为内应力残留于金属中转化为内应力残留于金属中转化为内应力残留于金属中转化为内应力残留于金属中.n n内应力分为三类：内应力分为三类：内应力分为三类：内应力分为三类：n n第一类内应力第一类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宏观内应力宏观内应力)。n n第二类内应力第二类内应力第二类内应力第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间,(微观内应力微观内应力微观内应力微观内应力)。n n第三类内应力第三类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。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。第42页/共71页n n第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。强度降低。强度降低。强度降低。l内应力的存在，内应力的存在，使金使金属耐蚀性下降，属耐蚀性下降，引起引起零件加工、淬火过程零件加工、淬火过程中的变形和开裂中的变形和开裂。因。因此，金属在塑性变形此，金属在塑性变形后，通常要进行退火后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。处理，以消除或降低内应力。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第43页/共71页第四节第四节 回复与再结晶回复与再结晶n n一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 n n金属经冷变形后金属经冷变形后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组织处于不稳定状态组织处于不稳定状态,有自发恢复有自发恢复有自发恢复有自发恢复到稳定状态的倾向到稳定状态的倾向到稳定状态的倾向到稳定状态的倾向。但但但但在常温下在常温下在常温下在常温下，原子扩散能力小原子扩散能力小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加热可使原子扩散能力加热可使原子扩散能力加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生增加，金属将依次发生增加，金属将依次发生增加，金属将依次发生回复、再结晶回复、再结晶回复、再结晶回复、再结晶和和和和晶粒长大。晶粒长大。晶粒长大。晶粒长大。加热温度加热温度 黄黄铜铜第44页/共71页n n 回复回复回复回复n n回复回复回复回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷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迁移而引起的晶内某些变化。及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如如如如空位空位空位空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并并并并而使缺陷数量减少等。而使缺陷数量减少等。而使缺陷数量减少等。而使缺陷数量减少等。l由于位错运动使其由冷由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称晶界，这一过程称多边多边形化形化。第45页/共71页n n在回复阶段在回复阶段在回复阶段在回复阶段，金属组织，金属组织，金属组织，金属组织变化不明显，其强度、变化不明显，其强度、变化不明显，其强度、变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略硬度略有下降，塑性略硬度略有下降，塑性略硬度略有下降，塑性略有提高，但有提高，但有提高，但有提高，但内应力、电内应力、电内应力、电内应力、电阻率等显著下降阻率等显著下降阻率等显著下降阻率等显著下降。n n工业上，常利用回复现工业上，常利用回复现工业上，常利用回复现工业上，常利用回复现象象象象将冷变形金属低温加将冷变形金属低温加将冷变形金属低温加将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留热，既稳定组织又保留热，既稳定组织又保留热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理加工硬化，这种热处理加工硬化，这种热处理加工硬化，这种热处理方法称方法称方法称方法称去应力退火去应力退火去应力退火去应力退火。第46页/共71页n n 再结晶再结晶再结晶再结晶n n当变形金属被加热到较当变形金属被加热到较当变形金属被加热到较当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活高温度时，由于原子活高温度时，由于原子活高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形动能力增大，晶粒的形动能力增大，晶粒的形动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，状开始发生变化，状开始发生变化，状开始发生变化，由破由破由破由破碎拉长的晶粒变为完整碎拉长的晶粒变为完整碎拉长的晶粒变为完整碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒的等轴晶粒的等轴晶粒的等轴晶粒。n n这种这种这种这种冷变形组织在加热冷变形组织在加热冷变形组织在加热冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程时重新彻底改组的过程时重新彻底改组的过程时重新彻底改组的过程称称称称再结晶再结晶再结晶再结晶。铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热第47页/共71页n n再结晶也是一个晶核形成再结晶也是一个晶核形成再结晶也是一个晶核形成再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相和长大的过程，但不是相和长大的过程，但不是相和长大的过程，但不是相变过程，变过程，变过程，变过程，再结晶前后新旧再结晶前后新旧再结晶前后新旧再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完晶粒的晶格类型和成分完晶粒的晶格类型和成分完晶粒的晶格类型和成分完全相同。全相同。全相同。全相同。冷变形奥氏体不锈钢加热时冷变形奥氏体不锈钢加热时的再结晶形核的再结晶形核SEM-再结晶晶粒在原再结晶晶粒在原变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核TEM-再结晶晶粒形核再结晶晶粒形核于高密度位错基体上于高密度位错基体上第48页/共71页n n由于再结晶后组织的复由于再结晶后组织的复由于再结晶后组织的复由于再结晶后组织的复原，因而原，因而原，因而原，因而金属的强度、金属的强度、金属的强度、金属的强度、硬度下降，塑性、韧性硬度下降，塑性、韧性硬度下降，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分后的的再结晶组织分后的的再结晶组织第49页/共71页n n 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大n n再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续升升升升高加热温度或延长保温时高加热温度或延长保温时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，间，将发生晶粒长大，间，将发生晶粒长大，间，将发生晶粒长大，这这这这是一个自发的过程。是一个自发的过程。是一个自发的过程。是一个自发的过程。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580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织第50页/共71页n n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。小晶粒的过程。小晶粒的过程。小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是晶粒粗大会使金属的强度，尤其是晶粒粗大会使金属的强度，尤其是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第51页/共71页黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片冷变形量为冷变形量为38的组织的组织580C保温保温3秒后的组秒后的组织织580C保温保温4秒后的组秒后的组织织580C保温保温8秒后的组秒后的组织织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第52页/共71页二、再结晶温度二、再结晶温度n n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，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，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发生再结晶的发生再结晶的最低温度称最低温度称最低温度称最低温度称再结晶温度再结晶温度再结晶温度再结晶温度。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第53页/共71页T再再与与的关系的关系n n影响再结晶温度的因素为：影响再结晶温度的因素为：影响再结晶温度的因素为：影响再结晶温度的因素为：n n1 1、金属的预先变形程度：、金属的预先变形程度：、金属的预先变形程度：、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大金属预先变形程度越大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。再结晶温度越低。再结晶温度越低。再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶当变形度达到一定值后，再结晶当变形度达到一定值后，再结晶当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称温度趋于某一最低值，称温度趋于某一最低值，称温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度最低再结晶温度最低再结晶温度最低再结晶温度。l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再再
