第四章-金属及合金的塑性变形和再结晶.ppt

金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种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，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、尺寸和力学性能的型材、板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，以及零件毛坯或零件。材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。1主要内容：主要内容：4.1金属及合金的（冷）塑性变形金属及合金的（冷）塑性变形 4.2塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响4.3金属与合金的回复与再结晶金属与合金的回复与再结晶4.4金属的热加工金属的热加工4.5固态金属中的扩散固态金属中的扩散第四章 金属及合金的塑性变形与再结晶2 4.1 金属与合金的塑性变形4.1.1 应力应变曲线和力学性能指标应力应变曲线和力学性能指标 一、强度一、强度 strength概念：强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形强度是指金属抵抗永久变形（塑性变形）和断裂和断裂的能力的能力。通过拉伸试验测得大小。强度判据：屈服点屈服点（屈服强度（屈服强度 s）、）、抗拉强度抗拉强度 b试样按试样按GB639786制制分长试样分长试样L0=10d0短试样短试样 L0=5d0L0LKd0拉断拉断前前试样试样拉断拉断后后试样试样FF3弹性阶段弹性阶段弹性极限弹性极限 P屈服阶段屈服阶段屈服极限屈服极限 S强化阶段强化阶段强度极限强度极限 B颈缩阶段颈缩阶段 4.1 金属与合金的塑性变形4屈服点屈服点概念：力不增加仍能继续伸长时的应力力不增加仍能继续伸长时的应力。用符号：s 表示抗拉强度抗拉强度概念：试样拉断前所承受的最大拉应力试样拉断前所承受的最大拉应力。用符号：b表示 注：s、b 是设计与选材的重要依据是设计与选材的重要依据另：e表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力表示弹性极限。在外力作用下产生弹性变形时所承受的最大拉应力。4.1 金属与合金的塑性变形5二、二、塑性塑性 plasticity概念概念：在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力在外力作用下产生永久变形而不破坏的能力。判据判据：断后伸长率断后伸长率 、断后断面收缩率、断后断面收缩率断后伸长率断后伸长率概念概念：试样断后标准的伸长量与标准的百分比试样断后标准的伸长量与标准的百分比。其中：其中：Lk断后试样长度断后试样长度 Lo试样原始长度试样原始长度断后断面收缩率断后断面收缩率概念概念：断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比断后截面处面积的最大缩减量与原始截面面积百分比。说明说明：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用：伸长率和收缩率在实际应用中，一般是用表示塑性大小表示塑性大小。、越越大，材料的塑性越好。通常认为大，材料的塑性越好。通常认为70%）的金属或合金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数95%）最低温度。高纯金属：高纯金属：T再(0.250.35)Tm。经验公式经验公式 工业纯金属：工业纯金属：T再(0.350.45)Tm。合金：合金：T再(0.40.9)Tm。注：注：再结晶退火温度一般比上述温度高100200。为什么纯度越低，再结晶温度越高？为什么纯度越低，再结晶温度越高？答：杂质元素对扩散的阻碍作用答：杂质元素对扩散的阻碍作用4.3金属与合金的回复与再结晶30影响因素影响因素变变形形量量变形量越大，储存能越多，再结晶驱动力越大，再结晶温度越低；纯纯度度 纯度越高，杂质或合金元素对位错和晶界运动阻碍越小，再结晶温度越低；加加热热速速度度和和保保温温时时间间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。4.3金属与合金的回复与再结晶31再结晶退火的应用再结晶退火的应用：恢复变形能力改善显微组织消除各向异性提高组织稳定性实际再结晶温度：实际再结晶温度：T再100200。4.3金属与合金的回复与再结晶32 晶粒长大方式晶粒长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）.三、晶粒长大：三、晶粒长大：冷变形金属刚刚结束再结晶时的晶粒是比较细小均匀的等轴晶粒，如果再结晶后不控制其加热温度或时间，继续升温或保温，晶粒之间便会相互吞并而长大，这一阶段称为晶粒长大。4.3金属与合金的回复与再结晶33晶晶粒粒的的异异常常长长大大：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结晶）基基本本条条件件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。控制：控制：温度、保温时间，防止过分长大4.3金属与合金的回复与再结晶34再结晶退火 消除加工硬化，将金属件加热保温缓冷至室温，保温温度高于再结晶温度100-200K；对于没有同素异构转变的金属（如铜、铝），冷变形+再结晶退火是细化晶粒的重要手段4.3金属与合金的回复与再结晶353%变形后变形后经经550退退火火6%变形后变形后经经550退退火火9%变形后变形后经经550退退火火12%变形变形后经后经550退火退火15%变形变形后经后经550退火退火冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响（纯铝片试样）冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响（纯铝片试样）4.3金属与合金的回复与再结晶36再结晶图返回返回4.3金属与合金的回复与再结晶374.4 金属热加工概念：概念：再结晶温度以上的加工过程 现象：现象：同时存在硬化与软化，动态回复与动态再结晶特点：特点：反复形核，有限长大，晶粒较细。包含亚晶粒，位错密度较高,强度硬度高。温度：温度：T再T热加工T固100200。再结晶温度以下的加工过程称为冷加工再结晶温度以下的加工过程称为冷加工3839热加工后的组织与性能热加工后的组织与性能 （1）改改善善铸铸锭锭组组织织。气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。提高强度、塑性、韧性。（2）形成纤维组织（流线）。）形成纤维组织（流线）。组织：组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。性能：性能：各向异性。沿流线方向塑性和韧性提高明显。（3）形成带状组织）形成带状组织 形成：形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。影响：影响：各向异性。类似于流线组织。消消除除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高温扩散退火或正火。40热加工的优点热加工的优点 （1）可持续大变形量加工。）可持续大变形量加工。（2）动力消耗小。）动力消耗小。（3）提高材料质量和性能）提高材料质量和性能热加工金属晶粒组织控制热加工金属晶粒组织控制 温度：温度：T再T热加工T固100200。变形量：变形量：适中 锻后冷却：锻后冷却：断后快冷，降低低终锻温度返回返回4142