模块七金属的塑性变形与再结晶.ppt

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1、金属材料与金属材料与热处理（第二版）热处理（第二版）2015年月出版年月出版 Heat Treatment大连理工大学出版社主编：王书田“十二五”职业教育国家规划教材高职高专焊接技术及自动化类课程规划教材模块七模块七 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 铸态金属中往往存在晶粒粗大且不均匀、组织不致密及成分偏析等缺陷，故工业中的金属材料大多要在浇注后经过压力加工（如轧制、锻造、挤压、拉拔、冲压等）再予以使用。塑性变形是压力加工的基础，大多数钢和有色金属及其合金都有一定的塑性，因此它们均可在热态或冷态下进行压力加工。塑性变形不仅可使金属获得一定形状和尺寸的零件、毛坯或型材，而且还会引起金

2、属内部组织与结构的变化，使铸态金属的组织与性能得到改善。研究塑性变形过程中的组织、结构与性能的变化规律，对改进金属材料的加工工艺，提高产品质量和合理使用金属材料都具有重要意义。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 一、单晶体的塑性变形在外力作用下，晶体的任何晶面上均分布有正应力和切应力，正应力只能引起弹性变形或断裂，只有在切应力的作用下，才能产生塑性变形。单晶体塑性变形的基本方式主要有滑移和孪生两种。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 1.滑移滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（即滑移面）发生相对的滑动。滑移是金属塑性变形的主要方式。单晶体受拉伸时，外力 F

3、作用在滑移面上的应力 f 可分解为正应力R和切应力，正应力只能使晶体产生弹性伸长，并在超过原子间结合力时将晶体拉断。切应力则使晶体产生弹性歪扭，并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑移。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 单晶体未受到外力作用时，原子处于平衡位置，当切应力较小时，晶格发生弹性歪扭，若去除外力，则切应力消失，晶格弹性歪扭也随之消失，晶体恢复到原始状态，即产生弹性变形。若切应力继续增大到超过原子间的结合力，则在某个晶面两侧的原子将发生相对滑移，滑移的距离为原子间距的整数倍。此时如果使切应力消失，晶格歪扭可以恢复，但已滑移的原子不能恢复到变形前的位置，即产生塑性变形如

4、果切应力继续增大，在其他晶面上的原子也产生滑移，从而使晶粒塑性变形继续下去，许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。铜、铝、铁、银、铬、钨等这些面心立方晶格和体心立方晶格的金属，在通常情况下的塑性变形都是以滑移的方式进行的。单晶体在切应力作用下的变形情况金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 （1）滑移带 当一个表面抛光的单晶体拉伸时，如果应力超过屈服强度，在表面上会出现一些和应力轴呈一定角度的相互平行的细线，这就是滑移带。通过电子显微镜观察滑移现象便可以发现，滑移并非在一个晶面进行，而是发生在一系列相互平行的晶面上。这些参与滑移的相互平行的晶面构成了若干个小台阶，微观上一个小台

5、阶就是一个滑移层，一组小台阶就是一个滑移带，每个滑移层之间有一定的滑移量，当变形量大时，滑移量可达100个原子间距。单晶体的滑移带和滑移层示意图金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 晶体的塑性变形是晶体沿某些晶面和晶向相对滑动的结果。滑动所沿的晶面称为滑移面滑动所沿的方向称为滑移方向。根据滑移变形的特征，若晶体滑动距离是滑动方向原子间距的整数倍，则滑动后并不破坏晶体排列的规律性。要使晶体产生滑移，必须在滑移面上沿着滑移方向施加一个产生滑移的最小的分切应力，即临界切应力k。作用于滑移方向的分切应力的大小，取决于滑移面和滑移方向相对于外力的位置。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 设试样

6、的横截面积为A的单晶体，在外力F的作用下产生滑移，设外力F与滑移面之间的夹角为，与滑移面法线N的夹角为，则外力 F在滑移方向的切向分力为：设滑移面的面积为A，则外力F在滑移方向的切应力:当拉应力为ReL时，产生塑性变形，单晶体产生滑移，此时滑移方向上的切应力即临界切应力：单晶体滑移时应力分析示意图金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形由公式可以看出：当外力F一定时，作用于滑移方向上的分切应力与晶体受力时的位向有关。当 滑 移 面 与 外 力 F平 行 或 垂 直(即=90或=0)时，sin(2)=0，ReL为无穷大，说明无论多大的力都不可能发生滑移，这种位向称为硬位向当滑移面的倾斜角=45时

7、，sin(2)=1最大，而 ReL最小，这种位向最容易滑移，称为软位向。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（2）滑移系一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，就组成一个滑移系。滑移系表示金属晶体在滑移时可能产生的空间位向。当其他条件相同时，金属晶体中的滑移系越多，则提供给滑移的空间位向也越多，该金属的塑性也越好。金属的晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同：金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形一般来说，滑移面总是原子排列最紧密的晶面，而滑移方向也总是原子排列最紧密的晶向。这是因为在晶体中原子密度最大的晶面上，原子的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以它们之间的结合力最弱，滑移

8、阻力最小，因而最易于滑移。同理，沿原子密度最大的晶向滑动时，阻力也最小，最易滑动。沿密排面滑动的阻力小，滑动比较容易。但并非其他晶面就一定不能滑移，只是密排面更容易滑动罢了。而滑移方向却都是密排面方向，并且比较稳定。在某些条件下即使改变了滑移面，滑移方向仍保持不变。滑移面示意图金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）滑移机理简介 滑移变形是金属塑性变形的基本方法之一。滑移时并不是整个滑移面上的原子一起做刚性移动，而是通过晶体中的位错线沿滑移面的移动来实现的。通过位错移动而产生的逐步滑移，比整体一起移动所需要的临界切应力要小得多。位错容易移动的特点称为位错的易动性。金属与合金的塑性变形金属

9、与合金的塑性变形2.孪生孪生是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）产生剪切变形（切变）。产生切变的部分称为孪晶带。通过这种方式的变形，使孪生面两侧的晶体形成了镜面对称关系（镜面即孪生面）。整个晶体经变形后只有孪晶带中的晶格位向发生了变化，而孪晶带两边外侧晶体的晶格位向没有发生变化，但相距一定距离孪生示意图金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形u孪生与滑移变形的主要区别是:孪生变形时，孪晶带中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数值，且晶体位向发生变化，与未变形部分对称；而滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶体的位向不发生变化。u对于一定的晶

10、体而言，单晶体的塑性变形究竟以何种方式进行，这要取决于晶体结构和外部条件。由于密排六方晶格的金属滑移系少，故常以孪生方式变形；体心立方晶格的金属如-Fe等滑移系较多，一般都以滑移方式进行，只有在低温或受到冲击时才发生孪生变形；面心立方晶格的金属一般不发生孪生变形。孪生变形所需的切应力要比滑移变形的切应力大得多，可见要使滑移系多的晶体不发生滑移而进行孪生是相当困难的。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形u孪生所产生的塑性变形量一般不大，但是在孪生后，由于晶体转至新位向，将有利于产生新的滑移变形，因而使金属的变形能力提高，这一点对于滑移系较少的金属具有特殊意义。在金属的塑性变形过程中，滑移和孪

11、生两种变形方式往往是交替进行的，这样就可以获得较大的变形量。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形二、多晶体的塑性变形实际使用的金属和合金材料几乎都是多晶体，多晶体是由许多位向不同、形状不同、甚至化学成分和性能也不完全相同的单晶体集合而成的。构成多晶体的这些单晶体就是晶粒。多晶体的塑性变形与单晶体比较并无本质上的区别，其基本方式仍然是滑移和孪生。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位向的不同，多晶体的塑性变形要比单晶体复杂得多，表现出以下不同于单晶体的特点。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形1.不均匀的塑性变形过程：在外力作用下，各晶粒内滑移系上的分切应力也不相同，有些晶粒所处的位向能使其

12、内部的滑移系获得最大的分切应力，并将首先达到临界分切应力值而开始滑移。这些晶粒所处的位向为易滑移位向，又称为“软位向”;还有些晶粒所处的位向使其内部滑移系获得的分切应力最小，最难滑移，被称为“硬位向”。与单晶体塑性变形一样，首批处于软位向的晶粒，在滑移过程中也要发生转动。转动的结果可能会导致晶粒从“软位向”逐步到“硬位向”，使之不再继续滑移，从而引起邻近未变形的硬位向晶粒转动到“软位向”并开始滑移。u多晶体的塑性变形先发生于“软位向”晶粒，后发展到“硬位向”晶粒，是一个塑性变形有先后和不均匀的塑性变形过程。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 2.晶粒间位向差阻碍滑移：各相邻晶粒之间存在位

13、向差，当一个晶粒发生塑性变形时，周围的晶粒如果不发生塑性变形就不能保持晶粒间的连续性，甚至造成材料出现孔隙或破裂。存在于晶粒间的这种相互约束，必须有足够大的外力才能予以克服，即在足够大的外力下，才能使某晶粒发生滑移变形并能带动或引起其他相邻晶粒也发生相应的滑移变形。这就意味着增大了晶粒变形的抗力，阻碍滑移的进行。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形3.晶界阻碍位错运动：晶界是相邻晶粒的过渡区，晶界原子排列不规则。当位错运动到晶界附近时，会受到晶界的阻碍而堆积起来（即位错的塞积）。若要使变形继续进行，则必须增大外力，可见晶界使金属的塑性变形抗力提高。综上所述，金属的晶粒越细，晶界总面积越大，

14、需要协调的具有不同位向的晶粒越多，其塑性变形的抗力便越大，强度越高。另外，金属晶粒越细，在外力作用下越有利于滑移，能参与滑移的晶粒数目也越多。由于一定的变形量会由更多的晶粒分散承担，不致造成局部的应力集中，从而推迟了裂纹的产生，即使塑性变形量很大也不致断裂，表现出塑性的提高。在强度和塑性同时提高的情况下，金属在断裂前要消耗大量的功，因而其韧性也比较好，这进一步表明了细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 三、合金的塑性变形合金的塑性变形方式也和纯金属多晶体的情况相同。合金的组织主要分为单相固溶体和多相混合物两种，其塑性变形也各有特点。金属与合金的塑性变

15、形金属与合金的塑性变形1.单相固溶体合金的塑性变形单相固溶体合金的显微组织与纯金属相似，故其塑性变形也类似。但由于固溶体中有溶质原子，造成晶格畸变，导致其塑性变形抗力增加，故固溶体的强度、硬度一般都比其溶剂金属高，而塑性、韧性则有所下降，同时固溶体的加工硬化速率也有所提高。原因:是溶质原子的溶入造成溶剂晶格畸变，阻碍滑移面上位错的运动是位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形2.多相混合物合金的塑性变形当合金由多相混合物构成时，塑性变形除了与基本相有关外，第二相的性质、形态、大小、数量和分布等情况也常起决定性的作用。合金的第二相可以是纯金属，也可以是固溶

16、体或化合物。若第二相为纯金属或固溶体时，它们与基体的塑性变形能力相近，则合金的变形能力为两相的平均值。若第二相为化合物，则第二相的性能、数量、大小、形状及分布等情况对合金塑性变形有不同的影响。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（1）第二相以粒状弥散分布在基体晶粒内导致异相界面显著增多，并使其周围晶格发生畸变，第二相质点本身成为位错移动的障碍，从而提高变形抗力。这就是弥散强化的机理。对合金的塑性和韧性的影响，粒状分布比片状分布时要小，这是因为这些细小、弥散分布的质点不破坏基体相的连续性，塑性变形时第二相质点可随基体变形而“流动”，不会造成明显的应力集中。（2）第二相以层片状分布在基体晶粒内

17、第二相对塑性变形的阻碍作用较大，对塑性的不利影响比粒状质点要大。随着层片间距的减小（即弥散度增加），合金的强度、硬度提高，塑性降低。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）第二相以连续网状分布在基体晶粒的边界上滑移变形只限于基体晶粒内部，基体晶粒边界上呈网状分布的硬脆第二相几乎不能塑性变形，而且严重阻碍基体晶粒内的滑移变形。当基体晶粒变形稍大时，晶界处将产生裂纹，引起合金断裂，大大降低了合金的塑性。随着第二相数量的增加，网状组织也增加（增厚），致使合金的硬度提高，而强度却有所下降，这就是过共析钢在冷加工前要清除网状渗碳体的主要原因。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形四、塑性变形对组

18、织和性能的影响塑性变形不但改变材料外部形状，还可使材料组织和性能发生变化。1.塑性变形对组织结构的影响（1）晶粒被拉长 金属和合金在冷塑性变形时，随着变形量的增加，金属的晶粒将沿着变形方向被拉长，变形量越大，晶粒伸长的程度也越大。晶粒逐渐由等轴的多边形变成长方形、扁平形、条形，形成纤维组织。（2）形成亚结构 经强烈冷变形的金属，在破碎和拉长了的晶粒内部，将出现许多鱼鳞状的小晶块，这就是亚结构。亚结构的增多阻碍了滑移面的进一步滑移，因而提高了金属的强度、硬度。有时亚结构对金属晶体的强化作用甚至比固溶强化还要大。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）形成变形织构（择优取向）在塑性变形过程中

19、，随着变形程度的增加，由于晶粒的转动，各晶粒的取向将大致趋于一致，这种由于变形而使晶粒具有择优取向的组织叫作变形织构。在大多数情况下，织构是有害的。但是在一定条件下，又可以利用织构形成的各向异性。变形织构很难消除，生产中为避免织构产生，常将零件的较大变形量分为几次变形来完成，并进行“中间退火”。2.塑性变形引起金属性能的变化金属发生塑性变形时，随着变形程度的增加，晶粒外形被拉长形成纤维组织，金属的性能出现明显的方向性，沿纤维组织方向的强度和塑性比垂直于纤维组织的方向高得多，性能趋于各向异性。晶粒内部结构也发生变化，在变形量不大时，先是在变形晶粒的晶界附近出现位错的堆 积。随着变形量的增大，晶粒

20、破碎成为细碎的亚晶粒，变形量越大，晶粒破碎越严重，亚晶界越多，位错密度越大。这种亚晶界处大量堆积的位错均会阻碍位错的运动，使金属塑性变形抗力增大，强度和硬度显著提高。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形随着变形程度的增加，金属强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象，称为冷变形强化或加工硬化。冷变形强化是金属材料的一项重要特性，是强化金属材料途径之一。可利用来强化金属，提高其强度、硬度和耐磨性。这对于不能热处理强化的金属更为重要。冷变形强化冷变形强化使金属塑性降低，给金属进一步的塑性变形带来困难。为了使金属材料能够继续变形，必须在加工过程中安排“中间退火”，以消除冷变形强化。某些物理性能、化学

21、性能也在塑性变形后发生了变化，如使金属磁性下降、化学活性增加、电极电位提高、腐蚀速度加快等。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形3.塑性变形产生内应力经冷塑性变形的零件在外力消除后仍保留在金属内部的应力，称为残余应力或形变内应力，简称内应力。内应力一般分为下列三类:（1）宏观内应力（第一类内应力）：由于金属表层和心部之间变形不均匀而形成平衡于表层和心部之间的内应力，称为宏 观内应力。几乎所有机械制造工艺都会由于不均匀的塑性变形而引起残余内应力。（2）晶间内应力（第二类内应力）：由于相邻晶粒之间或晶粒内部不同部位之间变形不均匀而形成保持平衡的微观应力，称为晶间内应力。工件存在这类内应力又承受

22、外力作用时，常因有很大的应力集中而产生显微裂纹甚至断裂。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）晶格畸变内应力（第三类内应力）：由于位错等晶体缺陷的增加而形成的内应力，称为晶格畸变内应力。金属塑性变形时所产生的内应力主要表现为第三类内应力。u内应力是有害的，它导致工件变形、开裂和抗蚀性降低，使工件抗负荷能力降低。但如果控制得当，比如使内、外应力叠加后互相抵消，可提高工件的抗负荷能力。例如，钢板弹簧经喷丸处理后，在表面层造成压应力，提高了疲劳极限。第三类内应力所造成的晶格畸变，增大了位错移动的阻力，提高了金属抵抗塑性变形的能力，使金属的强度、硬度提高，同时使塑性和抗蚀性下降。为了防止零件变

23、形、开裂，要进行人工或振动时效处理。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形冷变形金属在加热时的变化冷变形金属在加热时的变化 经过塑性变形后的金属材料，由于晶格扭曲、晶粒破碎、结构缺陷增多等原因，造成金属内部能量较高而处于不稳定状态，它有自发地恢复到晶体结构比较完整、规则和能量较低状态的趋势。但在室温下由于原子活动能力弱，扩散速度很慢，这种不稳定状态可能要维持相当长时间而不会发生变化。如果进行加热，使其温度升高，则因原子活动能力增加，将发生一系列的组织与性能变化。随着加热温度的升高，冷变形金属组织和性能变化可分为三个阶段，即回复、再结晶和晶粒长大。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形一一、

24、回复、回复当加热温度较低（为(0.250.30)T熔，单位为K）时，原子活动能力较弱，只能回复到平衡位置，冷变形金属的显微组织没有明显变化，力学性能变化也不大;但残留应力显著降低，其物理和化学性能也基本恢复到变形前状态，称这一阶段为回复或恢复。由于回复加热温度较低，晶格中的原子仅能做短距离扩散，因此，金属内凡只需要较小能量就可开始运动的缺陷将首先移动，如偏离晶格节点位置的原子回复到节点位置，空位在回复阶段中向晶体表面、晶界处或位错处移动，使晶格节点恢复到较规则形状，晶格畸变减轻，残留应力显著降低。但因亚组织尺寸未有明显改变，位错密度未显著减小，即造成冷变形强化的主要原因尚未消除，因而力学性能在

25、回复阶段变化不大。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形回复的特点:加热温度较低；组织性能没有明显变化；应力显著降低。在生产中，利用回复现象可将已产生冷变形强化的金属材料在较低温度下加热，使其残 留内应力基本消除，而保留其强化的力学性能，这种处理称为低温去应力退火。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形二、再结晶当冷变形金属材料继续加热升温时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，破碎的、被拉长或被压扁的晶粒变成均匀、细小的等轴晶粒，这一变化过程也是通过形核和晶核长大方式进行的，故称为再结晶。再结晶后金属的强度、硬度显著下降，塑性、韧性明显提高，冷变形强化得以消除。金属与合金

26、的塑性变形金属与合金的塑性变形再结晶也是一个形核与晶核长大的过程，再结晶晶核的形成往往是在回复后的剧烈变形带上的破碎晶块中，以其为再结晶晶核，向周围长大，或者由多边化形成的亚晶吞并周围的基体，通过合并的方式长大成为再结晶核心。再结晶时，新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同，所以再结晶不是相变过程，没有恒定的转变温度。能够进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形再结晶温度是经过变形程度70%塑性变形的金属，在1h保温时间内，完成全部再结晶所需的最低温度来确定。由于再结晶过程的原动力是变形晶粒的畸变能，必须通过原子的扩散移动来完成，因此再结晶温度的高低主要取决

27、于变形金属的畸变能的高低和原子的扩散能力。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形影响再结晶温度的因素：金属的冷变形程度越大，金属的畸变能越高，组织越不稳定，向低能状态变化的倾向也越大，再结晶温度越低加热保温时间越长，原子扩散移动越能充分进行，再结晶温度越低金属的原始组织越粗大，变形阻力越小，变形后内能集聚就越少，所以再结晶温度越高。化学成分对金属的再结晶温度影响较复杂，当金属中含有少量的合金元素和杂质时，在多数情况下都会提高再结晶温度，如W、Mo、Cr等元素均能提高钢的再结晶温度，利用这种规律可以改善钢的高温性能。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形变形程度较大时，纯金属的最低再结晶温度

28、与其熔点间的关系如下:T再（0.350.40）T熔 将冷变形金属加热到再结晶温度以上，保温适当时间，使其发生再结晶的过程称为再结晶退火。生产中常利用再结晶退火来消除冷变形金属产生的加工硬化，提高塑性。在冷变形加工的过程中，有时也进行再结晶退火，这是为了恢复塑性，以便于继续加工。再结晶的特点:组织、性能发生明显的变化，恢复到变形前的状态；再结晶过程是一个形核、晶核长大的过程；再结晶温度的高低受到变形程度、加热时间、化学成分、组织粗细等因素的影响。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形三、晶粒长大再结晶后得到均匀、细小、无畸变的等轴晶粒，在继续升温或保温时等轴晶粒会互相吞并长大。晶粒长大也是个自

29、发过程，它使晶界减小，界面能降低，组织变得更为稳定。晶粒长大使金属的硬度和抗拉强度降低。影响再结晶后晶粒大小的因素，除加热温度与保温时间之外，还与金属晶粒的均匀程度、杂质的分布情况及冷变形程度等有关，但主要取决于再结晶退火温度及预先的冷变形程度。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 1.加热温度和时间的影响在一定的预先冷变形程度下，再结晶退火后的金属晶粒度变化是：加热温度越高，保温时间越长，晶粒就越大，其中加热温度影响较大。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形2.预先冷变形程度的影响当变形量很小时，金属晶粒没有多大变化，此时由于能量很小，不足以进行再结晶，因此，晶粒保持原来的状态。当达

30、到一定的变形量时，再结晶后的晶粒特别粗大，这个获得粗大再结晶晶粒的冷变形量称为金属的临界变形度。各种金属的临界变形度一般在2%10%之间。要使金属获得细晶粒组织和良好的力学性能，在压力加工时应避开临界变形度。为了某些特殊要求，有时也可以利用这一现象。而在临界变形度下造成粗晶的原因，是由于变形量较小时，形成再结晶核心数目少，故使晶粒粗大。变形量大于临界变形度之后，随着变形量的增加，再结晶核心数目增多，再结晶后的晶粒反而变细。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形金属的热变形加工 变形加工有冷、热之分。从金属学观点来看，热变形加工和冷变形加工是根据金属的再结晶温度来划分的。在再结晶温度以上进行的

31、变形加工称为热变形加工；在再结晶温度以下进行的变形加工称为冷变形加工。例如，钨的最低再结晶温度为1200，即使在1000 的高温下进行变形加工仍属于冷变形加工；铅的再结晶温度在0以下，因此它在室温的变形加工属于热变形加工。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形一、热变形加工的概念及特点热变形加工是在再结晶能够充分进行的条件下进行的。因此，产生加工硬化和消除加工硬化（即再结晶）是同时进行的，这样就使得热塑性变形加工具有一系列优点。焊接生产时，某些大型结构件，是在再结晶温度以上进行热变形加工成形后再焊接而成。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形热变形加工与冷变形加工比较，具有以下优点:（1）

32、金属变形抗力小，消耗能量少。因为在高温时原子的运动和热振动增强，扩散过程和溶解过程加速，使金属滑移面上的临界切应力降低。同时，许多金属发生同素异构转变，滑移系数目增多，使变形更为协调。（2）金属塑性提高，产生断裂的倾向减小。因为变形温度升高，由于完全再结晶可使加工硬化消除，在断裂与愈合的过程中愈合加速。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）相对于冷变形加工不易产生织构。因为在高温下产生滑移的滑移系较多，使滑移面和滑移方向不断变化，因此在热变形加工中择优取向的情况较少。（4）在生产过程中，不需要像冷变形加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产效益提高。金属与合金的塑性变形金属与合金

33、的塑性变形热变形加工的缺点：（1）对薄或细的轧件保温困难。由于散热较快，在生产中保持热加工的温度条件比较困难。因此，对这些件目前仍采用冷变形加工（如冷轧、冷拉）的方法生产。（2）加工工件的表面不如冷变形加工时光洁，尺寸也不够精确。这是因为热变形加工时，锻件表面会生成氧化皮，冷却后有线收缩。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3）加工后金属材料的强度、硬度不及冷变形加工。这是因为热变形加工时再结晶的作用使金属材料软化。（4）对有些金属不宜进行热变形加工。例如当钢中含有较多的FeS时，会产生“热脆性”，容易使晶间遭到破坏，引起金属的断裂，所以不适合热变形加工。金属与合金的塑性变形金属与合金的

34、塑性变形 二、热变形加工对组织和性能的影响二、热变形加工对组织和性能的影响热变形加工时，不但使金属材料的形状发生变化，以制成所需要的中间制品或零件，而且还能使其组织和性能发生变化。发生这些变化的根本原因是在热变形加工时不仅有外力的作用，而且还有再结晶的发生。（1）使金属组织致密具有树枝晶组织的铸锭，其内部有大量微小的缩孔、疏松、气泡等缺陷。热变形加工时，在三向压应力状态下可使这些缩孔、疏松、气泡等压实或焊合，使金属致密度增加。金属在变形中由于加工硬化所造成的不致密现象，也随着再结晶的充分进行而消失。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（2）使晶粒细化，夹杂物破碎铸态组织是由柱状晶和粗大的等

35、轴晶组成的，这种铸态组织力学性能差。经过锻造或轧制等热变形加工后，使晶粒拉长或破碎，这时由于再结晶作用，可使拉长的晶粒变成细小的等轴晶粒，力学性能显著提高。热变形加工除可使晶粒细化外，还会使夹杂物和第二相破碎。这一作用对改善夹杂物和第二相的大小和分布，提高金属的性能很有益。u例如在滚珠钢、高速钢等钢种中，均要求碳化物细小而且均匀分布，为达到这一目的，常要提高压缩比。压缩比越大，碳化物破碎得越厉害，其颗粒越细小，分布得越均匀。金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形（3 3）形成纤维组织）形成纤维组织在铸态金属中存在粗大的一次结晶的晶粒，其边界上分布有非金属夹杂物的薄层。在变形过程中这些粗大的晶粒在金属流动最大的方向上拉长。与此同时，含有非金属夹杂物的晶间薄层在此方向上也被拉长。当变形程度足够大时，这些夹杂物可被拉成条带状、线条 状。在热变形过程中，由于完全再结晶的结果，被拉长的晶粒可变成许多细小的等轴晶粒，而位于晶界和晶内的非溶物质（夹杂）却不能因再结晶而改变，仍处于拉长的状态，呈现出一条条的流线。由一条条流线勾画出的这种组织，称为热变形纤维组织。这种纤维组织，不像由晶粒拉长所形成的冷变形纤维组织那样，可由再结晶的进行而消除。由于纤维组织的出现，使变形金属在纵向和横向上具有不同的力学性能，沿纤维组织方向具有较高的强度和塑性，而在垂直于纤维伸展的方向上性能则较低。