第二章金属塑性变形与再结晶PPT讲稿.ppt

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1、第二章金属塑性变形与再结晶第1页，共37页，编辑于2022年，星期三工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过冷热压力工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过冷热压力工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过冷热压力工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过冷热压力加工而发生塑性变形后再使用。加工而发生塑性变形后再使用。加工而发生塑性变形后再使用。加工而发生塑性变形后再使用。原因：铸态金属存在天生的缺陷：晶粒粗大不均匀、组织原因：铸态金属存在天生的缺陷：晶粒粗大不均匀、组织原因：铸态金属存在天生的缺陷：晶粒粗大不均匀、组织原因：铸态金属存在天生的缺陷：晶粒粗大不均匀、组织部致密与杂质偏析等缺

2、陷；部致密与杂质偏析等缺陷；部致密与杂质偏析等缺陷；部致密与杂质偏析等缺陷；影响：塑性变形的同时对组织和性能带来不利影响。影响：塑性变形的同时对组织和性能带来不利影响。影响：塑性变形的同时对组织和性能带来不利影响。影响：塑性变形的同时对组织和性能带来不利影响。解决办法：在金属压力加工之后或在加工过程中，解决办法：在金属压力加工之后或在加工过程中，对其加热，使其回复与再结晶。对其加热，使其回复与再结晶。第2页，共37页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 金属塑性变形金属塑性变形一、金属变形的三个阶段一、金属变形的三个阶段二、单晶体的塑性变形二、单晶体的塑性变形三、多晶体的塑性变形三、多晶体的

3、塑性变形第3页，共37页，编辑于2022年，星期三一、金属变形的三个阶段一、金属变形的三个阶段金属材料在外力作用下的变形过程可分为金属材料在外力作用下的变形过程可分为弹性变形弹性变形、弹塑性变形弹塑性变形和和断裂断裂三个连续的阶段。三个连续的阶段。第4页，共37页，编辑于2022年，星期三韧性断裂：韧性断裂：脆性断裂：脆性断裂：具有明显塑性变形后而发生的断裂，其端口一般有细小凸具有明显塑性变形后而发生的断裂，其端口一般有细小凸凹，呈纤维状，灰暗无光。凹，呈纤维状，灰暗无光。断裂前无明显塑性变形，多发生在脆性材料中。断裂前无明显塑性变形，多发生在脆性材料中。工业中常用断口分析法去判明断裂性质，找

4、出断裂原因。工业中常用断口分析法去判明断裂性质，找出断裂原因。第5页，共37页，编辑于2022年，星期三二、单晶体的塑性变形二、单晶体的塑性变形1 1、滑移、滑移当作用在位错上的切应力达到某一临界值时，晶体的当作用在位错上的切应力达到某一临界值时，晶体的一部分将沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向一部分将沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）发生相对的滑动，产生了相对的位移。（滑移方向）发生相对的滑动，产生了相对的位移。应力的分解应力的分解金属的变形与断裂金属的变形与断裂第6页，共37页，编辑于2022年，星期三滑移的结果：滑移的结果：使晶体表面产生台阶、滑移线、滑移带使晶体表面产生

5、台阶、滑移线、滑移带一种一种滑滑移面和一个滑移方向构成一个移面和一个滑移方向构成一个滑移系滑移系滑移的特征滑移的特征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第7页，共37页，编辑于2022年，星期三工业纯铁压缩变形工业纯铁压缩变形滑移线滑移线第8页，共37页，编辑于2022年，星期三孪生是切应力作用下晶体的一部分相对于另一部孪生是切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面（孪生面）与晶向（孪生方向）分沿一定的晶面（孪生面）与晶向（孪生方向）产生一角度的产生一角度的均匀切变均匀切变过程。发生切变的区域称过程。发生切变的区域称为为孪晶孪晶或或孪晶带孪晶带。2 2、孪生（选学

6、）、孪生（选学）与滑移相似，孪生也是在与滑移相似，孪生也是在切应力切应力的作用下发生的，的作用下发生的，但孪生所需的临界切应力远远高于滑移时的临界但孪生所需的临界切应力远远高于滑移时的临界切应力，因此，只有在滑移很难进行的条件下，切应力，因此，只有在滑移很难进行的条件下，晶体才发生孪生变形。孪生变形晶体才发生孪生变形。孪生变形速度极快速度极快，常引，常引起冲击波，并伴随声响。起冲击波，并伴随声响。第9页，共37页，编辑于2022年，星期三纯铜纯铜 形变退火形变退火 退火孪晶退火孪晶第10页，共37页，编辑于2022年，星期三纯锌冲击变形纯锌冲击变形孪晶孪晶第11页，共37页，编辑于2022年，

7、星期三三、多晶体的塑性变形（选学）三、多晶体的塑性变形（选学）晶粒变形的不同时性晶粒变形的不同时性晶粒变形的相互协调性晶粒变形的相互协调性晶界的强化作用晶界的强化作用处于有利位向（软位向）的晶粒先滑移处于有利位向（软位向）的晶粒先滑移处于不利位向（硬位向）的晶粒后滑移处于不利位向（硬位向）的晶粒后滑移多晶体中每个晶粒都处于其它晶粒的包围之多晶体中每个晶粒都处于其它晶粒的包围之中，它们的变形必然要与其它临近的晶粒相中，它们的变形必然要与其它临近的晶粒相互协调配合。互协调配合。晶界是滑移的障碍，晶界变形抗力较大晶界是滑移的障碍，晶界变形抗力较大晶界多了能强化材料晶界多了能强化材料 细晶强化细晶强化

8、第12页，共37页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 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一、塑性变形对显微组织的影响一、塑性变形对显微组织的影响二、塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响第13页，共37页，编辑于2022年，星期三一、塑性变形对显微组织的影响一、塑性变形对显微组织的影响(一一)晶粒沿变形方向拉长，性能晶粒沿变形方向拉长，性能趋于趋于晶粒会沿着变晶粒会沿着变形方向伸长形方向伸长成为长条形或成为长条形或扁平形晶粒。扁平形晶粒。塑性变形塑性变形纤维组织纤维组织第14页，共37页，编辑于2022年，星期三工业纯铁未变形工业纯铁未变形工业纯铁压

9、缩工业纯铁压缩40%工业纯铁压缩工业纯铁压缩20%工业纯铁压缩工业纯铁压缩60%第15页，共37页，编辑于2022年，星期三（二）晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化（二）晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化形变量增加形变量增加位错增殖位错增殖缠结缠结破碎破碎亚晶粒亚晶粒金属硬化金属硬化 在在多晶体多晶体的每一个小的每一个小晶粒晶粒内，内，晶格晶格位位向也并非完全一致，而是存在着许多向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小，位向差很小的小晶块，它尺寸很小，位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌形成晶粒，称为们相互镶嵌形成晶粒，称为亚晶粒亚晶粒。结晶物质在结晶物质在生长生长过程中，由于受到外过程中，由

10、于受到外界空间的限制，未能界空间的限制，未能发育发育成具有规则成具有规则形态的形态的晶体晶体，而只是，而只是结晶结晶成成颗粒颗粒状，状，称称晶粒晶粒。第16页，共37页，编辑于2022年，星期三（三）产生形变织构（三）产生形变织构 在变形过程中各个晶粒的滑移面和滑移方向逐渐与在变形过程中各个晶粒的滑移面和滑移方向逐渐与变形方向趋于一致，这种现象称为变形方向趋于一致，这种现象称为择优取向择优取向，这种，这种组织状态则称为组织状态则称为形变织构形变织构。分为两种分为两种:丝织构丝织构与与板织构板织构 第17页，共37页，编辑于2022年，星期三（一）宏观内应力（第一类内应力）（一）宏观内应力（第一

11、类内应力）（二）微观内应力（第二类内应力）（二）微观内应力（第二类内应力）（三）点阵畸变（第三类内应力）（三）点阵畸变（第三类内应力）原因：原因：由工件不同部位的宏观变形不均匀而引起的。由工件不同部位的宏观变形不均匀而引起的。作用范围作用范围：作用于整个工件。作用于整个工件。原因：原因：位错、空位和间隙原子等点阵缺陷而引起的位错、空位和间隙原子等点阵缺陷而引起的作用范围：作用范围：约几百到几千个原子范围内。约几百到几千个原子范围内。原因：原因：晶粒与亚晶粒之间的变形不均匀引起的。晶粒与亚晶粒之间的变形不均匀引起的。作用范围：作用范围：与晶粒尺寸相当。与晶粒尺寸相当。（四）残余应力（四）残余应力

12、第18页，共37页，编辑于2022年，星期三残余应力残余应力的存在对金属材料的性能是有害的，它导的存在对金属材料的性能是有害的，它导致材料及工件的致材料及工件的变形变形、开裂开裂和产生和产生应力腐蚀应力腐蚀。消除措施：消除措施：退火退火处理处理 残余压应力残余压应力可提高工件使用寿命。可提高工件使用寿命。例如：表面例如：表面喷丸和化学热处理喷丸和化学热处理 第19页，共37页，编辑于2022年，星期三二、塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响（一）力学性能（一）力学性能随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象。参见教材图2-12（二）其他性能（二）其他性能

13、塑性变形影响金属的物理、塑性变形影响金属的物理、化学性能，如电阻增大，导磁率下化学性能，如电阻增大，导磁率下降，耐腐蚀性能降低，密度、导热系数下降。降，耐腐蚀性能降低，密度、导热系数下降。加工硬化是工业提高强度、硬度和耐磨性的重要手段。加工硬化是工业提高强度、硬度和耐磨性的重要手段。加工硬化（形变强化）:第20页，共37页，编辑于2022年，星期三第三节第三节 回复与再结晶回复与再结晶一、变形金属在加热时的组织和性能的影响一、变形金属在加热时的组织和性能的影响二、再结晶温度二、再结晶温度三、再结晶退火后的晶粒度三、再结晶退火后的晶粒度第21页，共37页，编辑于2022年，星期三变形金属加热时组

14、织和性能变化示意图变形金属加热时组织和性能变化示意图内应力内应力塑性塑性强度强度晶粒大晶粒大小小回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大性性能能变变化化组组织织变变化化加热温度加热温度第22页，共37页，编辑于2022年，星期三1.1.显微组织无显著变化，显微组织无显著变化，晶粒仍保持纤维状或扁平晶粒仍保持纤维状或扁平状的变形组织。状的变形组织。特点特点：2.2.加工硬化现象未消失加工硬化现象未消失。3.3.某些物理、化学性能发生明显变化，如电阻显著减小，某些物理、化学性能发生明显变化，如电阻显著减小，抗应力腐蚀能力提高，第一类内应力基本消除。抗应力腐蚀能力提高，第一类内应力基本消除。1 1、回复

15、、回复回复：回复：冷变形后的金属在加热温度较低时，通过冷变形后的金属在加热温度较低时，通过原子的短距离移动，使某些晶体内的点缺陷和位错发生原子的短距离移动，使某些晶体内的点缺陷和位错发生迁移而引起的某些亚结构和性能的变化过程。迁移而引起的某些亚结构和性能的变化过程。第23页，共37页，编辑于2022年，星期三生产上应用：生产上应用：去应力退火去应力退火利用回复过程，利用回复过程，在在基本保留加工硬化基本保留加工硬化的前提下，降的前提下，降低内应力，避免变形开裂并改善抗蚀性。低内应力，避免变形开裂并改善抗蚀性。例如：冷冲压黄铜工件在变形后要进行去应力退火，例如：冷冲压黄铜工件在变形后要进行去应力

16、退火，以防止以防止晶间开裂晶间开裂。如冷卷弹簧冷卷后进行的去应力退如冷卷弹簧冷卷后进行的去应力退火，其目的是降低内应力并使其定形。火，其目的是降低内应力并使其定形。第24页，共37页，编辑于2022年，星期三2 2、再结晶、再结晶再结晶再结晶指冷变形金属在加热到一定温度后，在原来变形指冷变形金属在加热到一定温度后，在原来变形组织中重新产生并最终由无畸变的新晶粒完全取代，而组织中重新产生并最终由无畸变的新晶粒完全取代，而性能也发生明显变化并恢复到变形前状态的变化过程。性能也发生明显变化并恢复到变形前状态的变化过程。（1 1）特点特点组织发生变化：变形晶粒由无畸变新晶粒代替。组织发生变化：变形晶粒

17、由无畸变新晶粒代替。消除加工硬化现象。消除加工硬化现象。变形储存能充分释放。变形储存能充分释放。第25页，共37页，编辑于2022年，星期三（2 2）再结晶的过程）再结晶的过程实质：新晶粒重新实质：新晶粒重新形核形核和和长大长大的过程。的过程。再结晶过程示意图再结晶过程示意图变变形形晶晶粒粒新新等等轴轴晶晶粒粒第26页，共37页，编辑于2022年，星期三再结晶的过程：再结晶的过程：亚晶粒的合并亚晶粒的合并长大成等轴晶长大成等轴晶晶核晶核3.3.晶粒长大晶粒长大再结晶完成后，再结晶完成后，晶粒是无畸变的等轴晶粒，晶粒是无畸变的等轴晶粒，如再升高加如再升高加热温度或过份的延长加热时间，热温度或过份

18、的延长加热时间，晶粒之间就会通过晶界晶粒之间就会通过晶界的迁移相互吞并而长大。的迁移相互吞并而长大。晶粒长大示意图晶粒长大示意图第27页，共37页，编辑于2022年，星期三二二.再结晶温度及再结晶退火再结晶温度及再结晶退火T再再=0.4熔熔工业上为了缩短退火周期，采用的退火温度为工业上为了缩短退火周期，采用的退火温度为 T再再+100200如教材表如教材表2-2第28页，共37页，编辑于2022年，星期三（2 2）冷变形程度）冷变形程度金属的预先变形程度越大，金属中的储存能就越大，金属的预先变形程度越大，金属中的储存能就越大，再结晶的驱动力也越大，因此，再结晶温度就越低。再结晶的驱动力也越大，

19、因此，再结晶温度就越低。（1 1）金属的纯度）金属的纯度金属的纯度越低，再结晶温度越高。金属的纯度越低，再结晶温度越高。因为：金属中微量的杂质或合金元素原子趋于向位错、因为：金属中微量的杂质或合金元素原子趋于向位错、晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起阻晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起阻碍作用，不利于再结晶的形核和长大，阻碍再结晶的碍作用，不利于再结晶的形核和长大，阻碍再结晶的过程。过程。1 1、再结晶温度的影响因素、再结晶温度的影响因素第29页，共37页，编辑于2022年，星期三（3 3）再结晶退火工艺参数）再结晶退火工艺参数加热速度加热速度过缓：使再结晶温度升高。过缓：

20、使再结晶温度升高。过快：推迟到较高温度才发生再结晶。过快：推迟到较高温度才发生再结晶。加热温度加热温度加热温度越高，再结晶速度就越快，晶粒也越粗大。加热温度越高，再结晶速度就越快，晶粒也越粗大。保温时间保温时间保温时间越长，有利于原子的扩散，降低再结晶温度。保温时间越长，有利于原子的扩散，降低再结晶温度。第30页，共37页，编辑于2022年，星期三60%60%变形后变形后450450退火退火60%60%变形后变形后500500退火退火三、影响再结晶退火后晶粒度的因素三、影响再结晶退火后晶粒度的因素第31页，共37页，编辑于2022年，星期三1.1.加热温度对晶粒大小的影响加热温度对晶粒大小的影

21、响温度高温度高原子扩散能力原子扩散能力强强晶界迁晶界迁移快移快晶粒晶粒越大越大加热温度加热温度晶晶粒粒大大小小T T再再第32页，共37页，编辑于2022年，星期三3%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%变形后经变形后经550退火退火12%变形后变形后经经550退退火火15%变形后变形后经经550退退火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）第33页，共37页，编辑于2022年，星期三预变形度预变形度晶晶粒粒大大小小临界变形度临界变形度2.冷变形程度对晶粒大小的影响冷变形程度对晶粒大小的影响（1）变形

22、程度很小时，）变形程度很小时，再结晶退火前后晶粒度再结晶退火前后晶粒度不发生变化。不发生变化。（2）变形程度达到）变形程度达到2%10%时，形成异常时，形成异常粗大的晶粒。粗大的晶粒。（3）当变形度大于临界变形度之后，随变形程度）当变形度大于临界变形度之后，随变形程度的增加，变形趋于均匀，再结晶形核率增加，最的增加，变形趋于均匀，再结晶形核率增加，最终形成的晶粒就越小。终形成的晶粒就越小。第34页，共37页，编辑于2022年，星期三第四节第四节 金属的热加工金属的热加工一、热加工与冷加工的区别一、热加工与冷加工的区别指在指在再结晶温度再结晶温度以上的加工过程。以上的加工过程。热加工热加工：冷加

23、工冷加工：指在指在再结晶温度再结晶温度以下的加工过程。以下的加工过程。应用场合：见教材应用场合：见教材第35页，共37页，编辑于2022年，星期三二、热加工对金属组织和性能的影响二、热加工对金属组织和性能的影响 2.细化晶粒，使枝晶、柱状晶和粗大晶粒破碎，细化晶粒，使枝晶、柱状晶和粗大晶粒破碎，1.微裂纹和气孔被焊合，疏松压实，提高致密度；微裂纹和气孔被焊合，疏松压实，提高致密度；组织缺陷的改善，使力学性能特别是塑性、韧组织缺陷的改善，使力学性能特别是塑性、韧 性明性明显提高。显提高。3.形成纤维组织形成纤维组织第36页，共37页，编辑于2022年，星期三The EndThank you!Thank you!第37页，共37页，编辑于2022年，星期三