塑性变形时组织性能的变化幻灯片.ppt

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1、塑性变形时组织性能的变化第1页，共52页，编辑于2022年，星期五晶粒拉长的程度取决于：晶粒拉长的程度取决于：变形程度变形程度 ，纤维组织越明显，拉长，纤维组织越明显，拉长 主变形图示主变形图示 两向压缩一向拉伸最有利于晶粒两向压缩一向拉伸最有利于晶粒 的拉长的拉长第2页，共52页，编辑于2022年，星期五冷变形金属的组织与所观察的试样截面冷变形金属的组织与所观察的试样截面有关：有关：冷轧钢板：冷轧钢板：纵向截面纵向截面 晶粒变形伸长最显著晶粒变形伸长最显著横向截面横向截面 晶粒变形伸长不及前者晶粒变形伸长不及前者板面板面 晶粒伸长变形不明显，不能晶粒伸长变形不明显，不能 反映板材的实际变形程

2、度反映板材的实际变形程度第3页，共52页，编辑于2022年，星期五第4页，共52页，编辑于2022年，星期五 亚结构亚结构 随随，位错缠结，位错缠结形成胞状组织形成胞状组织 亚结构，使一个晶粒分割成许多位向差亚结构，使一个晶粒分割成许多位向差 很小的亚晶粒。很小的亚晶粒。1 亚晶界亚晶界=位错墙位错墙 2 ，胞的数量，胞的数量，晶块的尺寸，晶块的尺寸，位向差位向差 第5页，共52页，编辑于2022年，星期五1第6页，共52页，编辑于2022年，星期五 小角度晶界模型小角度晶界模型1第7页，共52页，编辑于2022年，星期五 变形织构变形织构 原来紊乱的位向出现了有序化，具有严格的原来紊乱的位向

3、出现了有序化，具有严格的 位向性。这个过程叫做位向性。这个过程叫做“择优取向择优取向”。具有择优取向的晶体组织称为具有择优取向的晶体组织称为“变形织构变形织构”。第8页，共52页，编辑于2022年，星期五变形织构分为二类：变形织构分为二类：丝织构丝织构 各晶粒的某一晶向都平行各晶粒的某一晶向都平行于拉伸轴方向。于拉伸轴方向。以此晶向表示丝织构以此晶向表示丝织构面心立方：面心立方：丝织构丝织构体心立方：体心立方：丝织构丝织构 第9页，共52页，编辑于2022年，星期五 板织构板织构 各晶粒的某一晶面平行于板面，某一晶向平行于各晶粒的某一晶面平行于板面，某一晶向平行于 轧制方向轧制方向 。板织构用

4、晶面和晶向共同表示板织构用晶面和晶向共同表示 如如 (100)011板织构板织构 表示：表示：(100)平行轧面平行轧面 011平行轧向平行轧向第10页，共52页，编辑于2022年，星期五第11页，共52页，编辑于2022年，星期五 材料产生织构时，出现各向材料产生织构时，出现各向 异性。异性。不利方面：不利方面：冲压时易出现冲压时易出现“制耳效应制耳效应”第12页，共52页，编辑于2022年，星期五有利方面：有利方面：对于变压器用的硅钢片，为了提高磁对于变压器用的硅钢片，为了提高磁性，特地在最易磁化方向性，特地在最易磁化方向 形成织构。形成织构。又如六方晶体又如六方晶体 Zn板板 使使(00

5、01)晶面平行轧面，此方向不易变形晶面平行轧面，此方向不易变形 织构强化织构强化多做压力容器多做压力容器第13页，共52页，编辑于2022年，星期五二金属性能的变化二金属性能的变化机械性能的变化机械性能的变化 强度强度 （亚晶界（亚晶界，晶格畸变），晶格畸变）塑性塑性 （晶内和晶间受到破坏，附加应力）（晶内和晶间受到破坏，附加应力）各向异性各向异性 顺纤维方向的机械性能优于顺纤维方向的机械性能优于 垂直于纤维方向垂直于纤维方向第14页，共52页，编辑于2022年，星期五物理化学性质的变化物理化学性质的变化 密度密度 电阻电阻 导电性导电性 导热性导热性 引起磁性变化引起磁性变化 化学活性化学活

6、性溶解性溶解性耐蚀性耐蚀性 第15页，共52页，编辑于2022年，星期五6.2 回复与再结晶回复与再结晶 变形以后的金属在加热过程中可分为变形以后的金属在加热过程中可分为 回复、再结晶、晶粒长大三阶段。回复、再结晶、晶粒长大三阶段。回复：新晶粒产生以前回复：新晶粒产生以前 再结晶：产生新晶粒的过程再结晶：产生新晶粒的过程 晶粒长大：新晶粒的长大过程晶粒长大：新晶粒的长大过程第16页，共52页，编辑于2022年，星期五第17页，共52页，编辑于2022年，星期五一回复一回复定义定义 原子回到稳定的平衡位置的过程原子回到稳定的平衡位置的过程机理机理 低温回复低温回复 晶内变化主要是空位消失晶内变化

7、主要是空位消失 消失途径：与间隙原子复合消失途径：与间隙原子复合 跑到晶界或表面跑到晶界或表面 与位错起作用与位错起作用 中温回复中温回复 一部分异号位错发生复合、对消一部分异号位错发生复合、对消第18页，共52页，编辑于2022年，星期五 高温回复高温回复 形成多边化亚晶形成多边化亚晶多边化实质多边化实质：冷变形后，由于同号位：冷变形后，由于同号位错在滑移面塞积所引起点阵弯曲的晶错在滑移面塞积所引起点阵弯曲的晶体，在加热时，通过刃型位错的体，在加热时，通过刃型位错的攀移攀移和和滑移滑移，使同号位错沿滑移面法向排，使同号位错沿滑移面法向排列成小角度亚晶界的过程。列成小角度亚晶界的过程。第19页

8、，共52页，编辑于2022年，星期五位错为什么要从横向排位错为什么要从横向排列变成竖直排列？列变成竖直排列？第20页，共52页，编辑于2022年，星期五回复特点回复特点 消除大部分内应力，弹性应变基本消除消除大部分内应力，弹性应变基本消除 恢复部分物理化学性能恢复部分物理化学性能 电阻率电阻率，耐蚀性，耐蚀性 机械性能变化不大机械性能变化不大 晶粒外形、位向不变晶粒外形、位向不变 晶间、晶内微裂纹未得以修复晶间、晶内微裂纹未得以修复 去应力退火去应力退火 1第21页，共52页，编辑于2022年，星期五1第22页，共52页，编辑于2022年，星期五 二再结晶二再结晶 定义定义 随加热温度升高，在

9、形变金属的基体上出现随加热温度升高，在形变金属的基体上出现 无应变的新晶粒，直至全部基体都被这些新无应变的新晶粒，直至全部基体都被这些新 晶粒所取代的过程。晶粒所取代的过程。重结晶重结晶?第23页，共52页，编辑于2022年，星期五过程过程 形核形核 三种形核方式三种形核方式(a)亚晶粒合并形核亚晶粒合并形核(b)亚晶粒长大形核亚晶粒长大形核(c)凸出形核凸出形核第24页，共52页，编辑于2022年，星期五 晶核长大晶核长大 当各个再结晶核心长大到互相接触时，就当各个再结晶核心长大到互相接触时，就 形成了完全由大角度晶界所分界的无应变形成了完全由大角度晶界所分界的无应变 的新晶粒组织。的新晶粒

10、组织。第25页，共52页，编辑于2022年，星期五再结晶温度和再结晶时间再结晶温度和再结晶时间 再结晶温度：开始再结晶的最低温度再结晶温度：开始再结晶的最低温度TZ 测量测量TZ的方法常用的有：的方法常用的有：金相法金相法：显微镜中观察到第一个新晶粒：显微镜中观察到第一个新晶粒 或晶界因凸出形核而出现锯齿或晶界因凸出形核而出现锯齿 状边缘的退火温度。状边缘的退火温度。第26页，共52页，编辑于2022年，星期五 硬度法硬度法：硬度退火温度曲线上硬度开始：硬度退火温度曲线上硬度开始 显著降低的温度。显著降低的温度。工业生产中通常以经过大变形量（工业生产中通常以经过大变形量（70%以上）的冷变形金

11、属，经一小时退火能完以上）的冷变形金属，经一小时退火能完 全再结晶的最低退火温度定为全再结晶的最低退火温度定为TZ。再结晶时间：一定温度下，完成一定量再结晶时间：一定温度下，完成一定量 （95%）再结晶所需要的时间。）再结晶所需要的时间。第27页，共52页，编辑于2022年，星期五影响再结晶的主要因素影响再结晶的主要因素 金属本性金属本性 杂质杂质，TZ，d 如纯如纯Al，TZ =90 99%Al，TZ =290 合金元素合金元素，TZ，d 低碳钢，低碳钢，TZ 670 18-8不锈钢，不锈钢，TZ 800 第28页，共52页，编辑于2022年，星期五 变形程度变形程度 ，TZ d 关系，如图

12、示关系，如图示第29页，共52页，编辑于2022年，星期五 保温时间保温时间 一定，保温时间越长，一定，保温时间越长，TZ 原始晶粒度原始晶粒度 在其他条件相同的情况下，原始晶粒在其他条件相同的情况下，原始晶粒 越细小，则变形抗力越大，贮存能越高，越细小，则变形抗力越大，贮存能越高，TZ，d第30页，共52页，编辑于2022年，星期五再结晶特点再结晶特点 内应力全部消除内应力全部消除 恢复了机械性能恢复了机械性能 强度强度、塑性、塑性 修复了显微裂纹修复了显微裂纹 使化学成分均匀使化学成分均匀 消除了各向异性消除了各向异性 1第31页，共52页，编辑于2022年，星期五1第32页，共52页，编

13、辑于2022年，星期五三晶粒长大三晶粒长大 正常长大（均匀长大）正常长大（均匀长大）晶界能晶界能是晶粒长大的推动力。是晶粒长大的推动力。它有如下特点：它有如下特点：晶粒长大是依靠晶界的移动，使大晶粒晶粒长大是依靠晶界的移动，使大晶粒 吞并小晶粒，并不是晶粒的合并。吞并小晶粒，并不是晶粒的合并。第33页，共52页，编辑于2022年，星期五 晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力。晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力。第34页，共52页，编辑于2022年，星期五 长大过程中，三个晶粒的交角趋于长大过程中，三个晶粒的交角趋于120 稳定的二维晶粒呈六边形。稳定的二维晶粒呈六边形。晶粒长大速度比再结晶速度要小得

14、多晶粒长大速度比再结晶速度要小得多 晶粒长大均匀晶粒长大均匀，平均，平均 尺寸连续增大尺寸连续增大第35页，共52页，编辑于2022年，星期五 反常长大（二次再结晶）反常长大（二次再结晶）第36页，共52页，编辑于2022年，星期五 二次再结晶产生的条件如下：二次再结晶产生的条件如下：微粒（杂质或第二相粒子）微粒（杂质或第二相粒子）阻碍晶界移动阻碍晶界移动 再结晶织构再结晶织构 只在一定取向上易长大只在一定取向上易长大 晶粒间的位向差小晶粒间的位向差小 晶界迁移率小晶界迁移率小 表面有热蚀沟（板材高温长期加热形成）表面有热蚀沟（板材高温长期加热形成）第37页，共52页，编辑于2022年，星期五

15、四再结晶织构四再结晶织构 冷变形后的金属在再结晶过程中所形成冷变形后的金属在再结晶过程中所形成 的织构的织构 金属在变形过程中所形成的变形织构，金属在变形过程中所形成的变形织构，再结晶后可出现三种情况：再结晶后可出现三种情况：保持或加强原有织构保持或加强原有织构 形成新的织构形成新的织构 晶粒取向混乱晶粒取向混乱第38页，共52页，编辑于2022年，星期五五再结晶图五再结晶图 以图解的形式表示再结晶结束后以图解的形式表示再结晶结束后 的平均晶粒尺寸与变形程度、再的平均晶粒尺寸与变形程度、再 结晶温度的关系。结晶温度的关系。第一类再结晶图：冷加工工艺第一类再结晶图：冷加工工艺 退火退火 Td 静

16、态静态第二类再结晶图：热加工工艺第二类再结晶图：热加工工艺 热加工热加工 Td 动态动态第39页，共52页，编辑于2022年，星期五温度一定，温度一定，d 的关系的关系变形程度一定，变形程度一定，Td的关系的关系 第40页，共52页，编辑于2022年，星期五6.3 热加工变形时组织性能的变化热加工变形时组织性能的变化 热加工：在再结晶温度以上进行的加工，属热加工：在再结晶温度以上进行的加工，属 于完全软化过程于完全软化过程一热加工的特点一热加工的特点 1.变形抗力小变形抗力小 能耗少能耗少 2.塑性升高塑性升高 产生断裂的倾向性减小产生断裂的倾向性减小 3.不易形成变形织构不易形成变形织构 4

17、.性能均匀性较差性能均匀性较差 5.表面质量、尺寸精度较差表面质量、尺寸精度较差第41页，共52页，编辑于2022年，星期五 二金属组织性能的变化二金属组织性能的变化 1.使组织致密使组织致密 2.使晶粒细化使晶粒细化 3.使夹杂物、第二相破碎使夹杂物、第二相破碎 4.形成纤维组织形成纤维组织 金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布，金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布，形成金属流线。形成金属流线。第42页，共52页，编辑于2022年，星期五 金属流线金属流线第43页，共52页，编辑于2022年，星期五这种纤维组织不能因再结晶而改变，仍处这种纤维组织不能因再结晶而改变，仍处于拉长状态。须经反向压缩变

18、形或采用高于拉长状态。须经反向压缩变形或采用高温长时间退火才能消除。温长时间退火才能消除。纤维组织的存在，使金属产生各向异性。纤维组织的存在，使金属产生各向异性。顺纤维方向较垂直于纤维方向具有较高的顺纤维方向较垂直于纤维方向具有较高的机械性能，尤其是塑性和韧性。见表机械性能，尤其是塑性和韧性。见表3-2 第44页，共52页，编辑于2022年，星期五用热加工方法制造零件时：用热加工方法制造零件时：尽量使流线与零件工作时所受到的最尽量使流线与零件工作时所受到的最大拉应力方向相一致，与外加的剪切大拉应力方向相一致，与外加的剪切应力或冲击力的方向相垂直。应力或冲击力的方向相垂直。减弱纤维组织的方法：减

19、弱纤维组织的方法：提高材料的洁净度提高材料的洁净度 减少第二相的体积百分数减少第二相的体积百分数第45页，共52页，编辑于2022年，星期五5.形成带状组织形成带状组织 不同结构的晶粒呈层状排列不同结构的晶粒呈层状排列 低碳钢经热轧后，珠光体和铁素低碳钢经热轧后，珠光体和铁素体有时沿轧向呈带状分布，构成带状体有时沿轧向呈带状分布，构成带状组织。这种组织是由于组织。这种组织是由于枝晶偏析枝晶偏析或或夹夹杂物杂物在压力加工过程中被拉长所造成。在压力加工过程中被拉长所造成。第46页，共52页，编辑于2022年，星期五 带状组织带状组织 第47页，共52页，编辑于2022年，星期五带状组织也会产生各向

20、异性，但若不存在带状组织也会产生各向异性，但若不存在较多的拉长非金属夹杂物时，对钢的横向较多的拉长非金属夹杂物时，对钢的横向机械性能影响并不显著，反之，则会使钢机械性能影响并不显著，反之，则会使钢横向的塑性和冲击韧性明显下降。横向的塑性和冲击韧性明显下降。消除带状组织的方法：消除带状组织的方法：正火处理正火处理 高温扩散退火（磷偏析引起）高温扩散退火（磷偏析引起）第48页，共52页，编辑于2022年，星期五6.4 温加工变形时组织性能的变化温加工变形时组织性能的变化 冷加工：强度冷加工：强度、塑性、塑性、表面质量、表面质量、尺寸精度尺寸精度 热加工：强度热加工：强度、塑性、塑性、表面质量、表面

21、质量、尺寸精度尺寸精度 温加工：介于二者之间温加工：介于二者之间 T回回 T T再再 属于不完全硬化变形属于不完全硬化变形 第49页，共52页，编辑于2022年，星期五一温加工的目的一温加工的目的改善材料的加工性能改善材料的加工性能 高速钢：高速钢：冷加工冷加工 产生严重断裂产生严重断裂 150加工加工 只有不严重的裂边只有不严重的裂边 300 加工加工 无裂纹，可进行拉拔无裂纹，可进行拉拔第50页，共52页，编辑于2022年，星期五 改善产品的使用性能改善产品的使用性能 提高力学性能提高力学性能 在塑性降低不多的情况下提高强度。在塑性降低不多的情况下提高强度。见表见表3-3 减小松驰现象减小

22、松驰现象 提高疲劳强度提高疲劳强度 亚晶界亚晶界，不利于疲劳裂纹的传播，不利于疲劳裂纹的传播第51页，共52页，编辑于2022年，星期五思考题思考题1.冷加工变形后冷加工变形后,金属的组织和性能有何变化金属的组织和性能有何变化?2.什么叫变形织构什么叫变形织构?它分几种它分几种?织构对材料性能有何影响织构对材料性能有何影响3.什么叫回复什么叫回复(再结晶再结晶)?回复回复(再结晶再结晶)的特点的特点?4.什么叫二次再结晶什么叫二次再结晶?它发生的原因有哪些它发生的原因有哪些?5.什么叫再结晶图什么叫再结晶图?它有何作用它有何作用?学会看懂再结晶图学会看懂再结晶图.6.热加工有哪些特点热加工有哪些特点?它与冷加工相比有什么区别它与冷加工相比有什么区别?7.温加工的目的温加工的目的?第52页，共52页，编辑于2022年，星期五