(精品)第三章金属的塑性变形与再结晶.ppt

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1、 第三章第三章 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 金属的塑性变形金属的塑性变形n首先，我们复习一下材料的拉伸曲线，首先，我们复习一下材料的拉伸曲线，书书P3图图1-1；n塑性：材料在外力作用下，发生不能恢复原状塑性：材料在外力作用下，发生不能恢复原状的变形称为塑性变形；的变形称为塑性变形；n产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性。n用伸长率用伸长率和断面收缩率和断面收缩率表示塑性。表示塑性。n研究塑性变形的意义：研究塑性变形的意义：1、金属单晶体的塑性变形：、金属单晶体的塑性变形：n实质：原子相对移动距离超过了晶格中的原子实质：原子相对

2、移动距离超过了晶格中的原子间距，使原子失去恢复到原始状态的能力。间距，使原子失去恢复到原始状态的能力。n单晶体的变形有单晶体的变形有“滑移滑移”和和“孪生孪生”两种方式，两种方式，我们重点研究滑移方式。我们重点研究滑移方式。1.1 滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）发生相对滑动的过程。向）发生相对滑动的过程。（如图所示）（如图所示）由图可知：由图可知：外力外力P在一定的晶面上分解为两在一定的晶面上分解为两种应力，一为平行于该晶面的切应力种应力，一为平行于该晶面的切应力，另一

3、另一为垂直于该晶面的正应力为垂直于该晶面的正应力，如图（如图（a）所示；所示；只能引起晶格的弹性伸长，（由只能引起晶格的弹性伸长，（由cc，aa），或进一步把晶体拉断，如图（或进一步把晶体拉断，如图（b）所所示；示；可使晶格发生弹性扭曲后，进一步造可使晶格发生弹性扭曲后，进一步造成滑移，如图（成滑移，如图（c）所示；所示；通过大量晶面的通过大量晶面的滑移，最终使试样被拉长变细，如图（滑移，最终使试样被拉长变细，如图（d）所所示示 总总 结：结：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；一些概念：一些概念：、滑移面、滑移面：发生滑移的晶面，叫做滑移面；：发生滑移的晶面，叫做滑移

4、面；、滑移方向滑移方向：晶体在滑移面上发生滑移的晶向；：晶体在滑移面上发生滑移的晶向；、滑移系滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。（它表示金属向结合起来，组成一个滑移系。（它表示金属晶体在发生滑移时滑移动作可采取的空间位向，晶体在发生滑移时滑移动作可采取的空间位向，滑移系越多，滑移时可供采用的空间位向也越滑移系越多，滑移时可供采用的空间位向也越多，所以该金属的塑性也越好，而且滑移方向多，所以该金属的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑移面的作用。）的作用大于滑移面的作用。）取金属单晶体试样，表面经磨制抛光，然后进取金属单晶体试样，表

5、面经磨制抛光，然后进行拉伸，当试样经适量塑性变形后，在金相显行拉伸，当试样经适量塑性变形后，在金相显微镜下观察，则可在表面见到许多相互平行的微镜下观察，则可在表面见到许多相互平行的线条，称之为线条，称之为滑移带滑移带；如进一步在电子显微镜；如进一步在电子显微镜下观察，便会发现任一条滑移带实际上是由许下观察，便会发现任一条滑移带实际上是由许多密集在一起的相互平行的多密集在一起的相互平行的滑移线滑移线所组成，这所组成，这些滑移线表现为在塑性变形后在晶体表面产生些滑移线表现为在塑性变形后在晶体表面产生的一个个小台阶的一个个小台阶。书书P21图图3-2。一般说来：滑移面总是原子最密排面，滑移方一般说来

6、：滑移面总是原子最密排面，滑移方向也总是原子最密排方向。向也总是原子最密排方向。因为：在最密排面上，原子的结合力最强，而面因为：在最密排面上，原子的结合力最强，而面与面之间的距离却最大，所以最密排面之间的与面之间的距离却最大，所以最密排面之间的原子间的结合力最弱，滑移阻力最小，因而最原子间的结合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同理，滑移方向也总是原子最密排方易滑移；同理，滑移方向也总是原子最密排方向。如图向。如图3-6所示。所示。几种常见金属的滑移面和滑移方向：几种常见金属的滑移面和滑移方向：书书P22表表3-1。晶体在滑移的同时，由于正应力组成的力偶的晶体在滑移的同时，由于正应力组成的力

7、偶的作用，会推动晶体作用，会推动晶体转动转动，力图使滑移面转向与外，力图使滑移面转向与外力方向平行。力方向平行。滑移的位错机制：若晶体中没有任何缺陷，原滑移的位错机制：若晶体中没有任何缺陷，原子排列得十分整齐时，经理论计算，在切应力子排列得十分整齐时，经理论计算，在切应力的作用下，晶体的上下两部分沿滑移面作整体的作用下，晶体的上下两部分沿滑移面作整体刚性的滑移时，此时所需的临界切应力刚性的滑移时，此时所需的临界切应力K（即即滑移所需的最小切应力）与实测相差十分悬殊。滑移所需的最小切应力）与实测相差十分悬殊。（例如：铜的理论计算值（例如：铜的理论计算值K=6400N/mm2，而而实测值实测值K=

8、1.0N/mm2），），为此，导致了为此，导致了位错学位错学说说的诞生。的诞生。理论与实验都已证明，在实际晶体中存在着位理论与实验都已证明，在实际晶体中存在着位错，晶体的滑移是通过位错在切应力的作用下错，晶体的滑移是通过位错在切应力的作用下沿滑移面逐步移动的结果沿滑移面逐步移动的结果！如图所示如图所示，一个刃，一个刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程，就象接力赛跑一样，位错中心的原子逐一程，就象接力赛跑一样，位错中心的原子逐一递进，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置，递进，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置，通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的

9、运通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个原子间距的滑移。当位错线移到动便造成一个原子间距的滑移。当位错线移到晶体表面时，就会在晶体表面上留下一个原子晶体表面时，就会在晶体表面上留下一个原子间距的滑移台阶，因而造成滑移线的产生。间距的滑移台阶，因而造成滑移线的产生。实测的实测的K 远小于理论的远小于理论的K 的原因：的原因：如书如书P38图图3-8所示所示，位错虽然移动了一个原子间距，但位，位错虽然移动了一个原子间距，但位错中心附近的少数原子只作远小于一个原子间错中心附近的少数原子只作远小于一个原子间距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于正常距的弹性偏移，而其他区域的原子仍处于正常位

10、置，所以这样的位错运动只需一个很小的切位置，所以这样的位错运动只需一个很小的切应力即可实现，故，实测的应力即可实现，故，实测的K 远小于理论的远小于理论的K。1.2孪晶变形：在切应力作用下，晶体的一部分孪晶变形：在切应力作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定晶面产生一定角度的切相对另一部分沿着一定晶面产生一定角度的切变，这种变形形式称为孪晶变形，如图变，这种变形形式称为孪晶变形，如图3-1d)所示。所示。2、多晶体的塑性变形：、多晶体的塑性变形：n多晶体金属的塑性变形的本质：与单晶体的一多晶体金属的塑性变形的本质：与单晶体的一致；致；n方式：以滑移、孪晶方式进行；方式：以滑移、孪晶方式进行；

11、n特点：多晶体是由许多形状、大小、取向各不特点：多晶体是由许多形状、大小、取向各不相同的晶粒组成。所以，多晶体的塑变过程又相同的晶粒组成。所以，多晶体的塑变过程又比单晶体的相对复杂许多。比单晶体的相对复杂许多。首先首先：多晶体的塑变受到晶界的阻碍和位向：多晶体的塑变受到晶界的阻碍和位向不同的晶粒的影响；不同的晶粒的影响；其次其次：任一个晶粒的塑变都需周围的晶粒同：任一个晶粒的塑变都需周围的晶粒同时发生相适应的变形来配合，以保持晶粒之间时发生相适应的变形来配合，以保持晶粒之间的结合和整个物体的连续性。的结合和整个物体的连续性。2.1 多晶体塑性变形过程：多晶体塑性变形过程：有以下几个特点有以下几

12、个特点2.1.1 各晶粒变形的不同时性各晶粒变形的不同时性：即各个晶粒的变形有先有后，不同时进行；即各个晶粒的变形有先有后，不同时进行；在多晶体金属中，由于各晶粒的位向不同，则各在多晶体金属中，由于各晶粒的位向不同，则各滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，所以在外力的作用下，每个滑移系上所受的同，所以在外力的作用下，每个滑移系上所受的分切应力就不同。如果：在受拉伸时，滑移系与分切应力就不同。如果：在受拉伸时，滑移系与外力外力P成成45，则，则为最大；滑移系与外力为最大；滑移系与外力P 平行平行或垂直，则或垂直，则为最小。为最小。软位向软位向：

13、凡滑移面和滑移方向处于或接近：凡滑移面和滑移方向处于或接近与外力成与外力成45的夹角的晶粒必先滑移，处于这的夹角的晶粒必先滑移，处于这种位向的晶粒为处于软位向。种位向的晶粒为处于软位向。硬位向硬位向：滑移面或滑移方向处于或接近于：滑移面或滑移方向处于或接近于与外力平行或垂直的晶粒，处于硬位向，则与外力平行或垂直的晶粒，处于硬位向，则难以滑移。难以滑移。如图所示如图所示，以，以ABC的顺序分的顺序分批滑移。批滑移。2.1.2 各晶粒变形的相互协调性各晶粒变形的相互协调性:当首批处于软位向的晶粒发生滑移时，由当首批处于软位向的晶粒发生滑移时，由于晶界的影响及其周围处于较硬位向的晶粒还于晶界的影响及

14、其周围处于较硬位向的晶粒还不能发生滑移而只能以弹性变形相适应，便会不能发生滑移而只能以弹性变形相适应，便会在首批发生滑移的晶粒的晶界附近造成在首批发生滑移的晶粒的晶界附近造成位错堆位错堆积积，应力集中，随着外力的增大，应力集中也，应力集中，随着外力的增大，应力集中也增大，形变才会越过晶界，传递到另一批晶粒增大，形变才会越过晶界，传递到另一批晶粒中。并且，随着滑移的发生，首批滑移的晶粒中。并且，随着滑移的发生，首批滑移的晶粒也发生转动，从而从软位向逐步转移到硬位向，也发生转动，从而从软位向逐步转移到硬位向，不能再继续发生滑移。与此同时，原来处于硬不能再继续发生滑移。与此同时，原来处于硬位向的晶粒

15、也发生转动，逐步转到软位向，位向的晶粒也发生转动，逐步转到软位向，给给予以上两种原因，另一批晶粒开始滑移予以上两种原因，另一批晶粒开始滑移。n由于由于fcc和和bcc金属的滑移系多（金属的滑移系多（12个），个），各个晶粒的变形协调性好，因此它们的多晶体各个晶粒的变形协调性好，因此它们的多晶体金属表现出良好的塑性，而金属表现出良好的塑性，而hcp的滑移系少，很的滑移系少，很难使晶粒的变形彼此协调，所以塑性差。难使晶粒的变形彼此协调，所以塑性差。n铜的塑性优于铜的塑性优于aFe;n思考题：思考题：Zn、Cu、aFe哪种金属塑性好，为什么哪种金属塑性好，为什么2.1.3 多晶体塑性变形的不均匀性多

16、晶体塑性变形的不均匀性：由于晶界及晶粒位向不同的影响，各个晶由于晶界及晶粒位向不同的影响，各个晶粒的变形都不同，所以变形是不均匀的。粒的变形都不同，所以变形是不均匀的。对于每一个晶粒而言，变形也不均匀，晶对于每一个晶粒而言，变形也不均匀，晶粒中心区域的变形量大，晶界及其附近区域粒中心区域的变形量大，晶界及其附近区域的变形量较小，的变形量较小，如书如书P24图图3-9，出现所谓的，出现所谓的“竹节竹节”形变形。形变形。（原因在于晶界附近滑移受阻，变形量较小，（原因在于晶界附近滑移受阻，变形量较小，而晶粒内部变形量大。）而晶粒内部变形量大。）结论：结论：金属的晶粒越细金属的晶粒越细，晶界就越多，每

17、个晶粒周，晶界就越多，每个晶粒周围不同取向的晶粒也越多，对塑变的抗力就越围不同取向的晶粒也越多，对塑变的抗力就越大，大，强度就越高强度就越高。如图。如图3-11所示；所示；金属的晶粒越细，单位体积中的晶粒数越多，金属的晶粒越细，单位体积中的晶粒数越多，金属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使变金属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使变形均匀；晶粒越细，晶界曲折越多，可阻碍裂形均匀；晶粒越细，晶界曲折越多，可阻碍裂纹的扩展，所以，塑性、韧性也越好；纹的扩展，所以，塑性、韧性也越好；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n经过塑性变形后，金属在组织和性能方经过塑性变

18、形后，金属在组织和性能方面发生了以下四个方面的变化：面发生了以下四个方面的变化：1、晶粒沿变形方向被拉长，性能趋于各向晶粒沿变形方向被拉长，性能趋于各向异性异性：经塑性变形，在力的作用下，随：经塑性变形，在力的作用下，随着金属外形的压扁或拉长，其内部晶粒着金属外形的压扁或拉长，其内部晶粒的形状也会被压扁或拉长。如书的形状也会被压扁或拉长。如书P21图图2-11所示，此时，性能也呈明显的各向异所示，此时，性能也呈明显的各向异性，如图（性，如图（c）所示，其纵向的强度和塑所示，其纵向的强度和塑性远远大于横向。性远远大于横向。2、加工硬化加工硬化：在塑性变形过程中，随着变形在塑性变形过程中，随着变形

19、程度的增加，金属的强度、硬度增加，程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象就是加工而塑性、韧性下降，这一现象就是加工硬化，或形变强化。硬化，或形变强化。2.1 加工硬化的机理：加工硬化的机理：在金属未变形或少变形时，位错密在金属未变形或少变形时，位错密度的分布是均匀的，但在大量变形后，度的分布是均匀的，但在大量变形后，由于位错的运动和交互作用，位错不再由于位错的运动和交互作用，位错不再均匀分布，并使晶粒碎化成许多位向略均匀分布，并使晶粒碎化成许多位向略有差别的亚晶粒，变形量越大，亚晶界有差别的亚晶粒，变形量越大，亚晶界越多，位错密度越大。这种在亚晶界外越多，位错密度越大。这

20、种在亚晶界外大量堆积的位错，以及它们之间的相互大量堆积的位错，以及它们之间的相互干扰作用，会阻碍位错的运动，使金属干扰作用，会阻碍位错的运动，使金属塑性变形的抗力增大，表现在宏观上是：塑性变形的抗力增大，表现在宏观上是：强度和硬度显著增高，塑性和韧性下降。强度和硬度显著增高，塑性和韧性下降。书书P77图图5-14 2.2 实际意义：实际意义：优点：优点：a、广泛用来提高金属材料的强度；（例广泛用来提高金属材料的强度；（例如：自行车链条的链板的制作）如：自行车链条的链板的制作）b、有利于金属进行均匀变形；（例如：有利于金属进行均匀变形；（例如：冷拔钢丝）冷拔钢丝）c、可以提高工件在使用过程中的安

21、全性。可以提高工件在使用过程中的安全性。缺点：缺点：会给金属进一步加工造成困难，为此中会给金属进一步加工造成困难，为此中间需进行再结晶退火处理。间需进行再结晶退火处理。3、晶粒择优取向，形成变形织构：晶粒择优取向，形成变形织构：随着变随着变形程度的增加，各晶粒的晶格位向会沿着形程度的增加，各晶粒的晶格位向会沿着变形方向发生转动。当变形量很大时，金变形方向发生转动。当变形量很大时，金属中每个晶粒的晶格位向大体趋于一致，属中每个晶粒的晶格位向大体趋于一致，这种现象称为择优取向，所形成的结构称这种现象称为择优取向，所形成的结构称为变形织构。变形织构的形成，会使各种为变形织构。变形织构的形成，会使各种

22、性能呈现各向异性。性能呈现各向异性。优点：优点：利用它所形成的各向异性；（例如：利用它所形成的各向异性；（例如：制造变压器铁芯的硅钢片）制造变压器铁芯的硅钢片）缺点：缺点：也是因为它所形成的各向异性；也是因为它所形成的各向异性；（例如：制耳现象，（例如：制耳现象，书书P77图图5-15）4、产生残余应力产生残余应力：金属在塑性变形时，：金属在塑性变形时，外力所做的功大部分转化为热能，但还外力所做的功大部分转化为热能，但还有一部分（约有一部分（约10%）保留在金属的内部，）保留在金属的内部，形成残余应力。形成残余应力。4.1 宏观内应力宏观内应力（第一类内应力）（第一类内应力）：由：由于物体各部

23、分的不均匀变形所引起的，于物体各部分的不均匀变形所引起的，它是在整个物体范围内处于平衡的力。它是在整个物体范围内处于平衡的力。（例如：冷拉圆钢）（例如：冷拉圆钢）4.2 微观内应力（第二类内应力）微观内应力（第二类内应力）：由：由于晶粒或晶内不同区域变形不均匀引于晶粒或晶内不同区域变形不均匀引起的，它是在晶粒或晶内不同区域内起的，它是在晶粒或晶内不同区域内处于平衡的力。处于平衡的力。4.3 晶格畸变力（第三类内应力）晶格畸变力（第三类内应力）：位错等：位错等晶格缺陷的产生而引起的晶格畸变的内应晶格缺陷的产生而引起的晶格畸变的内应力，它是在晶界、滑移面等附近不多的原力，它是在晶界、滑移面等附近不

24、多的原子群范围内维持平衡的。它是金属强化的子群范围内维持平衡的。它是金属强化的主要原因，也是变形金属中的主要内应力。主要原因，也是变形金属中的主要内应力。残余内应力的存在对金属材料的性能残余内应力的存在对金属材料的性能是有害的，它能导致材料及工件的是有害的，它能导致材料及工件的变形、变形、开裂和产生应力腐蚀开裂和产生应力腐蚀。所以，在塑变之后，。所以，在塑变之后，通常应进行退火处理，以消除或降低这些通常应进行退火处理，以消除或降低这些内应力。内应力。第三节第三节 塑性变形后的金属在加热时的组塑性变形后的金属在加热时的组织和性能的变化织和性能的变化n 金属塑性变形后，强度、硬度增加，金属塑性变形

25、后，强度、硬度增加，塑性、韧性下降，这对于某些应用是重塑性、韧性下降，这对于某些应用是重要的，但却给进一步冷变形加工带来了要的，但却给进一步冷变形加工带来了困难。为此，常常需将金属加热进行退困难。为此，常常需将金属加热进行退火处理，使其塑性、韧性升高，强度、火处理，使其塑性、韧性升高，强度、硬度下降。硬度下降。1、变形金属在加热时的组织和性能的变变形金属在加热时的组织和性能的变化化:在变形金属中，由于晶粒破碎拉长及在变形金属中，由于晶粒破碎拉长及位错等晶格缺陷大量增加，使其内能增加，位错等晶格缺陷大量增加，使其内能增加，在热力学上处于不稳定的亚稳状态。所以，在热力学上处于不稳定的亚稳状态。所以

26、，一旦对其进行加热使原子有了足够高的活一旦对其进行加热使原子有了足够高的活动能力，那么，形变金属就能从亚稳状态动能力，那么，形变金属就能从亚稳状态向稳定状态转变，从而引起一系列组织和向稳定状态转变，从而引起一系列组织和性能的变化。性能的变化。退火退火：将金属材料加热到某一规定温度，：将金属材料加热到某一规定温度，保温一定时间，然后缓慢冷到室温的一保温一定时间，然后缓慢冷到室温的一种热处理工艺。退火便可以达到以上的种热处理工艺。退火便可以达到以上的目的目的。由。由回复、再结晶以及晶粒长大回复、再结晶以及晶粒长大三个阶段综合组成的。三个阶段综合组成的。1.1 回复回复：在加热温度较低时，原子的活动

27、能：在加热温度较低时，原子的活动能力较差，从显微组织几乎看不出任何变化，仅力较差，从显微组织几乎看不出任何变化，仅因金属中的一些点缺陷的迁移而引起的某些晶因金属中的一些点缺陷的迁移而引起的某些晶内的变化内的变化。如书如书P78图图5-16，可见，回复时，可见，回复时，强度、硬度、塑性等变化不大（力学性能变化强度、硬度、塑性等变化不大（力学性能变化不大），而会使内应力以及一些物理性能得到不大），而会使内应力以及一些物理性能得到改善。改善。这种只消除内应力，而保留强化效果的工这种只消除内应力，而保留强化效果的工艺叫做艺叫做低温去应力退火（将工件加热到较低温低温去应力退火（将工件加热到较低温度度25

28、0300、保温、缓冷的工艺）、保温、缓冷的工艺）。（例如：。（例如：经深冲工艺制成的黄铜弹壳）经深冲工艺制成的黄铜弹壳）1.2 再结晶：再结晶：当金属被加热到较高温度时，当金属被加热到较高温度时，原子的活动能力增大，在变形的晶粒内部开原子的活动能力增大，在变形的晶粒内部开始出现新的小晶粒，随着时间的延长，新晶始出现新的小晶粒，随着时间的延长，新晶粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑粒不断出现并长大，这个过程一直进行到塑性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴性变形后的纤维状晶粒完全改组为新的等轴晶粒为止。这一过程实质上是一个新的晶粒晶粒为止。这一过程实质上是一个新的晶粒重新生核和成长的过程，但

29、晶格的型式并不重新生核和成长的过程，但晶格的型式并不发生变化，仍与旧晶粒的晶格型式相同，所发生变化，仍与旧晶粒的晶格型式相同，所以称为以称为再结晶。再结晶后，金属的强度、硬再结晶。再结晶后，金属的强度、硬度降低，塑性、韧性大大提高，加工硬化现度降低，塑性、韧性大大提高，加工硬化现象消除。象消除。如图如图5-16。n再结晶温度（再结晶温度（T再再）：通常再结晶温度是指再结晶开始的温通常再结晶温度是指再结晶开始的温度，它与金属的变形程度和纯度等因素度，它与金属的变形程度和纯度等因素有关；但需注意的是再结晶过程不是一有关；但需注意的是再结晶过程不是一个恒温过程，而是在一定温度范围内进个恒温过程，而是

30、在一定温度范围内进行的过程。行的过程。n影响再结晶温度的因素：影响再结晶温度的因素：金属的预变形度金属的预变形度：金属的预变形度越金属的预变形度越大大，晶体缺陷就越多，则组织就越不稳，晶体缺陷就越多，则组织就越不稳定，定，再结晶温度再结晶温度 就越低就越低。如书如书P79图图5-17，从图中可以看出，当变形程度达到，从图中可以看出，当变形程度达到一定程度后，再结晶温度趋于某一最低一定程度后，再结晶温度趋于某一最低值，这一温度称为值，这一温度称为最低再结晶温度最低再结晶温度。大。大量实验证明：量实验证明：纯金属：纯金属：T再（再（min）=（0.350.4）T熔熔；合金：合金：T再（再（min）

31、=（0.50.7）T熔熔；注：温度的单位为注：温度的单位为K；思考题：未经塑性变形的金属会不会发生再结思考题：未经塑性变形的金属会不会发生再结晶过程？晶过程？金属的纯度金属的纯度：金属的纯度越低金属的纯度越低，金属中，金属中的微量元素或合金元素，尤其是高熔点元的微量元素或合金元素，尤其是高熔点元素，常常趋向于位错、晶界处偏聚，因此素，常常趋向于位错、晶界处偏聚，因此会阻碍原子扩散和晶界的迁移，会阻碍原子扩散和晶界的迁移，从而再结从而再结晶温度显著提高晶温度显著提高。加热速度和保温时间加热速度和保温时间：因为再结晶的形：因为再结晶的形核和长大都需要时间，核和长大都需要时间，所以加热速度越大所以加

32、热速度越大，在不同的温度下停留的时间短，使之来不在不同的温度下停留的时间短，使之来不及形核和长大及形核和长大，而推迟到更高的温度下才，而推迟到更高的温度下才会发生再结晶；会发生再结晶；保温时间越长，保温时间越长，原子的扩散能力越大，原子的扩散能力越大，再再结晶温度就越低。结晶温度就越低。再结晶退火：再结晶退火：将冷变形的金属加热到再结将冷变形的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶的处理过程，晶温度以上，使其发生再结晶的处理过程，称为再结晶退火。称为再结晶退火。再结晶退火的温度经常再结晶退火的温度经常定为最低再结晶温度以上定为最低再结晶温度以上100200。书书P79表表5-2，几种常见金属

33、及合金的最低再，几种常见金属及合金的最低再结晶温度和再结晶退火温度。结晶温度和再结晶退火温度。1.3 晶粒长大：晶粒长大：再结晶完成以后，随着加热再结晶完成以后，随着加热温度的升高或保温时间的延长，晶粒之间温度的升高或保温时间的延长，晶粒之间就会相互吞并而长大，这一现象称为晶粒就会相互吞并而长大，这一现象称为晶粒长大。长大。如图如图5-16所示；所示；n这里所指的相互吞并实质上是一个晶粒的这里所指的相互吞并实质上是一个晶粒的边界向另一晶粒迁移的过程，把另一晶粒边界向另一晶粒迁移的过程，把另一晶粒中的晶格位向逐步地改变成为与这个晶粒中的晶格位向逐步地改变成为与这个晶粒的晶格位向相同，于是另一晶粒

34、便逐步地的晶格位向相同，于是另一晶粒便逐步地被这一晶粒吞并而成为一个大晶粒。被这一晶粒吞并而成为一个大晶粒。书书P80图图5-18。n类型类型：根据再结晶后晶粒长大过程的特：根据再结晶后晶粒长大过程的特征，可将晶粒的长大过程分为两类。征，可将晶粒的长大过程分为两类。正常长大正常长大：随着温度的升高或保：随着温度的升高或保温时间的延长，晶粒均匀连续的长大。温时间的延长，晶粒均匀连续的长大。（因为晶粒长大是一个表面能降低的过（因为晶粒长大是一个表面能降低的过程，所以晶粒长大是一个自发过程，但程，所以晶粒长大是一个自发过程，但长大速度不大。）长大速度不大。）异常长大异常长大：晶粒不连续、不均匀晶粒不

35、连续、不均匀的长大，也叫做的长大，也叫做二次再结晶二次再结晶。当金属材。当金属材料冷变形不均匀，经过再结晶后得到大料冷变形不均匀，经过再结晶后得到大小不等的晶粒，由于大小晶粒之间的能小不等的晶粒，由于大小晶粒之间的能量相差悬殊，大晶粒会吞并周围大量的量相差悬殊，大晶粒会吞并周围大量的小晶粒小晶粒，从而得到异常粗大的晶粒，使从而得到异常粗大的晶粒，使金属的力学性能显著下降。金属的力学性能显著下降。1.4 再结晶后的晶粒大小：再结晶后的晶粒大小：变形金属经再结晶退火后，强度、硬变形金属经再结晶退火后，强度、硬度下降，塑性、韧性上升。但这并不意度下降，塑性、韧性上升。但这并不意味着与变形前完全一样，

36、中心问题是再味着与变形前完全一样，中心问题是再结晶后的晶粒大小，所以，就必须了解结晶后的晶粒大小，所以，就必须了解决定再结晶退火后晶粒度的因素有哪些决定再结晶退火后晶粒度的因素有哪些？加热温度的影响加热温度的影响：再结晶时，再结晶时，加热温度越高加热温度越高，原子的活动，原子的活动能力越强，越有利于晶界的迁移，所以，能力越强，越有利于晶界的迁移，所以，退退火后晶粒越粗大火后晶粒越粗大；同时，；同时，在加热温度一定时，在加热温度一定时，保温时间越长，晶粒越粗大保温时间越长，晶粒越粗大。书书P80图图5-19。变形度的影响：变形度的影响：如书如书P80图图5-20所示：它的影响实际所示：它的影响实

37、际上是变形均匀程度的问题。上是变形均匀程度的问题。当变形度很小时当变形度很小时，晶粒度仍保持晶粒度仍保持原样原样；（因为变形度小，畸变能小，不；（因为变形度小，畸变能小，不足以引起再结晶）足以引起再结晶）当变形度在当变形度在2%10%时，再结晶时，再结晶后的晶粒特别粗大后的晶粒特别粗大。（因为在此情况下，。（因为在此情况下，金属中仅有部分晶粒发生变形，变形极金属中仅有部分晶粒发生变形，变形极不均匀，再结晶时的生核数目少，所以不均匀，再结晶时的生核数目少，所以再结晶后的晶粒度极不均匀，晶粒极易再结晶后的晶粒度极不均匀，晶粒极易相互吞并长大）我们将此范围的变形度相互吞并长大）我们将此范围的变形度称

38、为称为“临界变形度临界变形度”，生产上应尽量避，生产上应尽量避免在此范围内变形。免在此范围内变形。当变形大于临界变形度后当变形大于临界变形度后，随着，随着变形的增加，变形便越趋于均匀，再结变形的增加，变形便越趋于均匀，再结晶时的形核数目越多，晶时的形核数目越多，故晶粒就越细小故晶粒就越细小均匀均匀。当变形度大于当变形度大于90%以上时，某些以上时，某些金属还会出现晶粒的异常长大。金属还会出现晶粒的异常长大。第四节第四节 金属的热加工（自学）金属的热加工（自学）1、热加工与冷加工的区别：、热加工与冷加工的区别：2、热加工对金属组织与性能的影响：、热加工对金属组织与性能的影响：作业：作业：1、解释

39、下列名词：滑移、滑移系、加工硬、解释下列名词：滑移、滑移系、加工硬化、回复、再结晶；化、回复、再结晶；2、指出下列名词的主要区别：、指出下列名词的主要区别：弹性变形与塑性变形弹性变形与塑性变形 再结晶与二次再结晶再结晶与二次再结晶 热加工与冷加工热加工与冷加工 3、金属的塑性变形有哪几种方式？在什么、金属的塑性变形有哪几种方式？在什么条件下会发生滑移变形？说明滑移机理？条件下会发生滑移变形？说明滑移机理？4、说明下列现象产生的原因？、说明下列现象产生的原因？滑移面是原子密度最大的晶面滑移面是原子密度最大的晶面，滑移方向是原子密度最大的方向；，滑移方向是原子密度最大的方向；晶界处滑移阻力最大；晶

40、界处滑移阻力最大；实际测得的晶体滑移所需的临实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小；界切应力比理论计算的数值小；Zn、-Fe、Cu的塑性不同；的塑性不同；5、为什么细晶粒强度高，塑性、韧为什么细晶粒强度高，塑性、韧性也好？性也好？6、多晶体塑性变形的特点？在多晶、多晶体塑性变形的特点？在多晶体中，哪些晶粒最先滑移？体中，哪些晶粒最先滑移？7、金属经冷塑性变形后，组织和性、金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？能发生什么变化？8、金属的再结晶温度受到哪些因素、金属的再结晶温度受到哪些因素的影响？再结晶退火前后组织和性能有的影响？再结晶退火前后组织和性能有何变化？何变化？9、金

41、属铸件能否通过再结晶退火来、金属铸件能否通过再结晶退火来细化晶粒，为什么？细化晶粒，为什么？10、用冷拔紫铜管通过冷弯的方法制造机器上、用冷拔紫铜管通过冷弯的方法制造机器上的输油管，为了避免开裂，弯前应进行什么热的输油管，为了避免开裂，弯前应进行什么热处理？处理？11、在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，、在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一端时间再进行弯折，铅板又象最初一而稍隔一端时间再进行弯折，铅板又象最初一样柔软，这是什么原因？样柔软，这是什么原因？12、用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温、用冷拔钢丝缠绕的螺旋弹簧，经低温回火后，其弹力要比未经回火的好，这是为什回火后，其弹力要比未经回火的好，这是为什么？么？13、在冷拔钢丝时，如果总的变形量很大，、在冷拔钢丝时，如果总的变形量很大，则中间需穿插几次退火工序，这是为什么？中则中间需穿插几次退火工序，这是为什么？中间退火温度应选多高？间退火温度应选多高？