第4章 金属的塑性变形与再结晶精选文档.ppt

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1、第第4章章 金属的塑性变形金属的塑性变形与再结晶与再结晶本讲稿第一页，共十五页第4章 金属的塑性变形与再结晶 n n教教学学提提示示：在在工工业业生生产产中中，由由于于铸铸态态金金属属材材料料的的晶晶粒粒粗粗大大、组组织织不不均均、成成分分偏偏析析及及组组织织不不致致密密等等缺缺陷陷，工工业业上上用用的的金金属属材材料料大大多多要要在在浇浇注注成成金金属属铸铸锭锭后后经经过过压压力力加加工工再再使使用用。因因为为通通过过压压力力加加工工时时的的塑塑性性变变形形，不不仅仅使使金金属属材材料料获获得得所所需需要要的的形形状状和和尺尺寸寸，而而且且金金属属内内部部的的组组织织发发生生很很大大变变化化

2、，从从而而使使其其性性能能发发生生变变化化。如如经经冷冷轧轧或或冷冷拉拉等等加加工工后后金金属属的的强强度度显显著著提提高高而而塑塑性性下下降降。但但塑塑性性变变形形后后的的金金属属材材料料较较之之变变形形前前已已处处于于不不稳稳定定的的高高自自由由能能状状态态，它它具具有有自自发发地地向向着着自自由由能能降降低低方方向向转转变变，当当温温度度升升高高时时可可加加速速这这种种转转变变。这这种种转转变变过过程程称称为为回回复复和和再再结结晶晶。因因此此，研研究究金金属属的的塑塑性性变变形形和和回回复复、再再结结晶晶过过程程的的发发生生、发发展展规规律律，对对合合理理地地选选用用金金属属材材料及成

3、形方法、控制和改善变形材料晶粒组织和性能，具有重要的意义。料及成形方法、控制和改善变形材料晶粒组织和性能，具有重要的意义。n n教教学学要要求求：本本章章让让学学生生了了解解塑塑性性变变形形的的本本质质，塑塑性性变变形形对对合合金金组组织织性性能能的的影影响响，及及对对塑塑性性变变形形后后的的金金属属加加热热时时将将会会产产生生一一系系列列组组织织与与性性能能的的变变化化。随随着着温温度度的的升升高，将依次产生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。高，将依次产生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。本讲稿第二页，共十五页本章知识结构本章知识结构4.1 4.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 4.2 变形金属

4、在加热时组织和性能的变化变形金属在加热时组织和性能的变化 4.3 4.3 金属的热变形加工金属的热变形加工本讲稿第三页，共十五页4.1 金属的塑性变形 4.1.1 金属单晶体的塑性变形 单晶体金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生，其中滑移是最主要的变形方式。滑移变形有如下特点：(1)滑移只能在切应力作用下发生。(2)滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。本讲稿第四页，共十五页(3)(3)滑移的距离为滑移方向上原子间距的整数倍。滑移的距离为滑移方向上原子间距的整数倍。(4)(4)滑移的同时伴随着晶体的转动。滑移的同时伴随着晶体的转动。(5)(5)滑移是由于滑移面上的位错运动而产生的。滑移是由

5、于滑移面上的位错运动而产生的。本讲稿第五页，共十五页单晶体塑性变形另一种形式是孪生。单晶体塑性变形另一种形式是孪生。由于孪生变形较滑移变形一次移动的原子较多，故其临界切应力较大，因此，只有不易产生滑移的金属(如Cd、Mg、Be等)才产生孪生变形。本讲稿第六页，共十五页 4.1.2 4.1.2 金属多晶体的塑性变形金属多晶体的塑性变形 多晶体中每个晶粒的塑性变形与单晶体相同。但是由于晶粒间有晶界多晶体中每个晶粒的塑性变形与单晶体相同。但是由于晶粒间有晶界存在，各单晶粒的位向又不相同，故多晶体的塑性变形要比单晶体更存在，各单晶粒的位向又不相同，故多晶体的塑性变形要比单晶体更加困难和复杂。加困难和复

6、杂。(1)(1)晶内滑移晶内滑移(2)(2)晶粒间的的滑移和转动晶粒间的的滑移和转动4.1.3 4.1.3 塑性变形对合金组织和性能的影响塑性变形对合金组织和性能的影响1.1.塑性变形对组织结构的影响塑性变形对组织结构的影响 织构或择优取向织构或择优取向 2.2.加工硬化加工硬化 (1)(1)位错密度随变形量增加而增加，从而使变形抗力增位错密度随变形量增加而增加，从而使变形抗力增大。大。(2)(2)随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用。随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍作用。(3)(3)随变形量增加，空位密度增加。随变形量增加，空位密度增加。(4)(4)几何硬化。

7、几何硬化。加工硬化是工业上用以提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。但加工硬化也使进一步变形困难，给生产带来一定麻烦。本讲稿第七页，共十五页3.残余内应力 所谓内应力是指平衡于金属内部的应力。内所谓内应力是指平衡于金属内部的应力。内应力的产生主要是由于金属在外力作用下，内部变形不均匀而引应力的产生主要是由于金属在外力作用下，内部变形不均匀而引起的。起的。一般将内应力分为三类。一般将内应力分为三类。第第一一类类内内应应力力平平衡衡于于金金属属表表面面与与心心部部之之间间，它它是是由由于于金金属属表表面面与与心心部部变变形形不均匀造成的，又称宏观内应力。不均匀造成的，又称宏观内应力。第第二二类

8、类内内应应力力平平衡衡于于晶晶粒粒之之间间或或晶晶粒粒内内不不同同区区域域之之间间，也也是是由由于于这这些些部部位位之间变形不均匀造成的，又称微观内应力。之间变形不均匀造成的，又称微观内应力。第第三三类类内内应应力力是是由由晶晶格格缺缺陷陷引引起起的的畸畸变变应应力力，变变形形金金属属中中的的主主要要内内应应力力(占占90%90%以上以上)，是使金属强化的主要原因。，是使金属强化的主要原因。残残余余内内应应力力还还会会使使金金属属耐耐蚀蚀性性下下降降，引引起起加加工工、淬淬火火过过程程中中零零件件的的变变形形和和开开裂裂。因因此此，金金属属在在塑塑性性变变形形后后，通通常常要要进进行行退退火火

9、处处理理，以以消消除除或或降降低低残余内应力。残余内应力。本讲稿第八页，共十五页4.2 变形金属在加热时组织和性能的变化 金金属属经经冷冷塑塑性性变变形形后后，晶晶格格畸畸变变严严重重。位位错错密密度度增增加加，晶晶粒粒破破碎碎，产产生生内内应应力力等等导导致致系系统统自自由由能能升升高高，因因而而处处于于组组织织不不稳稳定定的的状状态态，它它具具有有自自发发地地恢恢复复到到原原来来自自由由能能较较低低状状态态的的趋趋势势。但但在在室室温温时时，由由于于原原子子活活动动能能力力不不足足，这这种种不不稳稳定定状状态态尚尚能能维维持持相相当当长长时时间间而而不不发发生生变变化化。若若将将冷冷变变形

10、形金金属属加加热热，因因原原子子活活动动能能力力增增强强，将将会会产产生生一一系系列列组组织织与与性性能能的的变变化化。随随着着温温度度的的升升高高，将将依依次次产产生生回回复复、再再结晶和晶粒长大三个阶段，结晶和晶粒长大三个阶段，本讲稿第九页，共十五页回复回复加工硬化得到部分消除再结晶加工硬化完全消失加工硬化使金属晶体处于不不稳稳定定的应力状态，被扭曲的晶格中处于高位能的金属原子，力图恢复到平衡位置。当适适当当加加热热时时，原子活动能力增加，从而自发地恢复规则排列的位置，消除晶格畸变。使加工硬化得到部分消除。这种现象称为回复。本讲稿第十页，共十五页再结晶回复加工硬化得到部分消除再结晶加工硬化

11、完全消失当继续提高加热温度时，金属内部原子活动能力进一步提高，以某些碎晶或杂质为核心，重新生核、长大，形成新的等轴晶粒，从而使金属的组织和性能恢复到变形前的状况。加工硬化现象完全消失，这个过程称为再结晶。本讲稿第十一页，共十五页应用应用加工硬化：强化金属性能；使进一步变形困难，给生产带来麻烦。回复：冷拉钢丝卷制的弹簧进行低温退火，保持冷拉钢丝强度，消除冷卷弹簧时产生的内应力。再结晶：冷轧、拉拔、冲压过程中再结晶退火，消除加工硬化。本讲稿第十二页，共十五页4.3 金属的热变形加工1.1.热加工与冷加工的区别热加工与冷加工的区别 凡凡是是在在材材料料再再结结晶晶温温度度以以上上所所进进行行的的塑塑

12、性性变变形形加加工工称称为为热热加加工工，而而在在材料再结晶温度以下所进行的塑性变形加工称为冷加工。材料再结晶温度以下所进行的塑性变形加工称为冷加工。n n金属钨的熔点为金属钨的熔点为33803380，试计算钨在，试计算钨在11001100时的时的塑性变形加工属热加工还是冷加工。塑性变形加工属热加工还是冷加工。冷变形和热变形冷变形和热变形本讲稿第十三页，共十五页2.2.热加工对金属组织和性能的影响热加工对金属组织和性能的影响(1)力学性能提高。(2)流线 纤维组织 在制订加工工艺时，应使流线分布合理，尽量使流线与工件工作时所受到的最大拉应力方向一致，与剪切或冲击应力方向相垂直。(3)在热加工亚

13、共析钢时，常发现钢中的铁素体与珠光体呈带状或层状分布，这种组织称为带状组织。不仅降低钢的强度，而且还降低塑性和冲击韧度。轻微的带状组织可通过多次正火或高温扩散退火加正火来消除。(4)热加工可用较小的能量消耗来获得较大的变形量，但在热加工过程中钢材表面易氧化，因而其表面粗糙度增大、尺寸精度降低。热热加加工工一一般般用用于于截截面面尺尺寸寸较较大大，变变形形量量较较大大，在在室室温温下下硬硬度度大大、塑塑性性差差的的工工件件，而而冷冷加加工工一一般般用用于于截截面面尺尺寸寸较较小小，塑塑性性好好、尺尺寸精度和表面粗糙度要求较高的工件。寸精度和表面粗糙度要求较高的工件。本讲稿第十四页，共十五页小小 结结 金属材料可以在外力作用下变形而不破坏，因此有优良的压力加工成形性能。本章首先介绍了单晶体金属、多晶体金属的塑性变形及其微观机制。讨论了金属塑性变形过程中内部组织的变化以及引起的力学性能的变化。冷塑性变形后的金属材料产生加工硬化，能量升高，组织不稳定，因此又讨论了变形金属在随后的加热过程中发生的回复、再结晶和晶粒长大等问题。在上述问题研究的基础上，提出了金属热加工的概念。本讲稿第十五页，共十五页