机械工程材料 第2章 金属的塑性变形与再结晶 - 河北工业大学.ppt

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1、河北工业大学材料学院河北工业大学材料学院机械工程材料金属的塑性变形与回复再结晶金属的塑性变形与回复再结晶1 121 金属的性能指标金属的性能指标22 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形23 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形24 塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响25 冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化26 金属的热加工与金属的热加工与 冷加工冷加工 第二章第二章 金属的塑性变形、回复、金属的塑性变形、回复、再结晶与热加工再结晶与热加工2 2221 1 金属的性能指标金属的性能指标金属的性能指标金属的性能指标图图21 低碳钢的拉伸曲线低碳

2、钢的拉伸曲线一、一、金属变形的三个阶段金属变形的三个阶段1.弹性变形阶段弹性变形阶段(oa段段)1.当应力当应力 e时发生弹性变形。时发生弹性变形。2.特点：外力去除后完全恢复原状，特点：外力去除后完全恢复原状，应力、应变成正比。应力、应变成正比。即即:=E E-弹性模量弹性模量,-应变应变3、塑性变形阶段、塑性变形阶段(cd段段)1.当应力当应力 s 450B450时用洛氏硬度时用洛氏硬度时用洛氏硬度时用洛氏硬度 HRCHRC数值表示。数值表示。数值表示。数值表示。如：工具钢的硬度一般为如：工具钢的硬度一般为如：工具钢的硬度一般为如：工具钢的硬度一般为585864HRC64HRC。1.1.延

3、伸率：延伸率：延伸率：延伸率：断裂后材料的残余总变形量与原始长度之比。断裂后材料的残余总变形量与原始长度之比。断裂后材料的残余总变形量与原始长度之比。断裂后材料的残余总变形量与原始长度之比。2.2.断面收缩率：断面收缩率：断面收缩率：断面收缩率：断裂后材料的残余面积与原始面积之比断裂后材料的残余面积与原始面积之比断裂后材料的残余面积与原始面积之比断裂后材料的残余面积与原始面积之比3.3.韧性（冲击韧性）：韧性（冲击韧性）：韧性（冲击韧性）：韧性（冲击韧性）：表示材料在冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力。表示材料在冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力。表示材料在冲击载荷下抵抗变形和断裂的能力。表示材料在冲

4、击载荷下抵抗变形和断裂的能力。四四四四.硬度指标硬度指标硬度指标硬度指标材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性材料在外力作用下显现出的塑性变形能力称为材料的塑性A Ak=mg(H1-H2)，冲击功；冲击功；S0缺口横截面积缺口横截面积硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。硬度：材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。1.1.布氏硬度布氏硬度布氏硬度布氏硬度淬火钢球或硬质合金球压入试样，用淬火钢球或硬质合金球压

5、入试样，用淬火钢球或硬质合金球压入试样，用淬火钢球或硬质合金球压入试样，用“HB”HB”表示，单位是表示，单位是表示，单位是表示，单位是MPaMPa，但习惯不标单位。一但习惯不标单位。一但习惯不标单位。一但习惯不标单位。一般机加工硬度为般机加工硬度为般机加工硬度为般机加工硬度为 220220250 250 HBHB3.3.维氏硬度：维氏硬度：维氏硬度：维氏硬度：“HV”HV”，范围范围范围范围0 01000HV1000HV。三三三三.塑性指塑性指塑性指塑性指标标标标强度、塑形，与脆性相对5 522 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形单晶体变形有两种方式：单晶体变形有两种方式：单晶体变形有两种方式

6、：单晶体变形有两种方式：滑移和孪生滑移和孪生滑移和孪生滑移和孪生变形变形变形变形滑移变形容易，孪生是更困难滑移变形容易，孪生是更困难滑移变形容易，孪生是更困难滑移变形容易，孪生是更困难的一种变形方式。的一种变形方式。的一种变形方式。的一种变形方式。图图2-2 滑移变形示意图滑移变形示意图一一一一.滑移变形滑移变形滑移变形滑移变形 1.1.滑移变形在切应力的滑移变形在切应力的滑移变形在切应力的滑移变形在切应力的作用下，晶体的一部分沿一作用下，晶体的一部分沿一作用下，晶体的一部分沿一作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（定的晶面（定的晶面（定的晶面（滑移面滑移面滑移面滑移面）上的一）上的一）上的一）上

7、的一定方向（定方向（定方向（定方向（滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向）相对另）相对另）相对另）相对另一部分发生滑移。一部分发生滑移。一部分发生滑移。一部分发生滑移。6 6 2.2.滑移变形的特点滑移变形的特点滑移变形的特点滑移变形的特点 (1)(1)晶体滑移只有在切应力的作用下发生。晶体滑移只有在切应力的作用下发生。晶体滑移只有在切应力的作用下发生。晶体滑移只有在切应力的作用下发生。(2)(2)晶体滑移常沿原子的晶体滑移常沿原子的晶体滑移常沿原子的晶体滑移常沿原子的密排晶面密排晶面密排晶面密排晶面和和和和密排晶向密排晶向密排晶向密排晶向发发发发 生。生。生。生。滑移面滑移面滑移面滑移面原子的最

8、密排晶面。原子的最密排晶面。滑移方向滑移方向滑移方向滑移方向原子的最密排方向。原子的最密排方向。FCC FCC 的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：111111 BCC BCC的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：的滑移面和滑移方向为：110 110 (3)(3)晶体沿滑移方向滑移，原子移动的距离是原晶体沿滑移方向滑移，原子移动的距离是原晶体沿滑移方向滑移，原子移动的距离是原晶体沿滑移方向滑移，原子移动的距离是原 子间距的整数倍。子间距的整数倍。子间距的整数倍。子间距的整数倍。(4)(4)滑移的同滑移的同滑移的同滑

9、移的同 时伴有晶体的转动。时伴有晶体的转动。时伴有晶体的转动。时伴有晶体的转动。7 73.滑移带和滑移系滑移带和滑移系(1)(1)滑移带晶体滑移后在磨光表面滑移带晶体滑移后在磨光表面滑移带晶体滑移后在磨光表面滑移带晶体滑移后在磨光表面上出现的滑移痕迹。上出现的滑移痕迹。上出现的滑移痕迹。上出现的滑移痕迹。(2)(2)滑移系滑移系滑移系滑移系滑移系滑移面数滑移系滑移面数滑移系滑移面数滑移系滑移面数滑移方向数滑移方向数滑移方向数滑移方向数 FCCFCC结构结构结构结构 滑移系滑移系滑移系滑移系43431212如如如如:（111111）和）和）和）和 1010组成一组滑组成一组滑组成一组滑组成一组滑

10、移系移系移系移系 BCCBCC结构结构结构结构 滑移系滑移系滑移系滑移系62621212如如如如:（1010）和）和）和）和111 111 组成一组滑移组成一组滑移组成一组滑移组成一组滑移系系系系 满足：满足：满足：满足：hu+kv+lwhu+kv+lw=0=0关系关系关系关系图图2-3 钢中的滑移带及滑移线示意图钢中的滑移带及滑移线示意图滑移系越多，发生滑移的可滑移系越多，发生滑移的可滑移系越多，发生滑移的可滑移系越多，发生滑移的可能性越大，塑性越好。能性越大，塑性越好。能性越大，塑性越好。能性越大，塑性越好。滑移方向对滑移所起的作用滑移方向对滑移所起的作用滑移方向对滑移所起的作用滑移方向对

11、滑移所起的作用比滑移面大，因此面心立方比滑移面大，因此面心立方比滑移面大，因此面心立方比滑移面大，因此面心立方比体心立方塑性好。比体心立方塑性好。比体心立方塑性好。比体心立方塑性好。8 8 表表2-1 纯金属常见三种晶格的滑移系纯金属常见三种晶格的滑移系4.晶体滑移的本质是位错的运动晶体滑移的本质是位错的运动。9 9孪生变形是更困难的一种变形孪生变形是更困难的一种变形孪生变形是更困难的一种变形孪生变形是更困难的一种变形方式，方式，方式，方式，FCCFCC和和和和BCCBCC的滑移系的滑移系的滑移系的滑移系多，故常以多，故常以多，故常以多，故常以滑移滑移滑移滑移方式变形方式变形方式变形方式变形.

12、只只只只有有有有HCPHCP滑移系少，常以滑移系少，常以滑移系少，常以滑移系少，常以孪生孪生孪生孪生方式变形。方式变形。方式变形。方式变形。图图2-4 孪生变形示意图孪生变形示意图二二.孪生变形孪生变形孪生是晶体的一部分相对于另一孪生是晶体的一部分相对于另一孪生是晶体的一部分相对于另一孪生是晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面部分沿着一定的晶面部分沿着一定的晶面部分沿着一定的晶面(孪生面孪生面孪生面孪生面)产生一定角度的均匀切变产生一定角度的均匀切变产生一定角度的均匀切变产生一定角度的均匀切变(即即即即转动转动转动转动)。通过孪生，孪生面两。通过孪生，孪生面两。通过孪生，孪生面两。通过孪生

13、，孪生面两边的两部分晶体形成边的两部分晶体形成边的两部分晶体形成边的两部分晶体形成镜面对称镜面对称镜面对称镜面对称关系。发生孪生的部分关系。发生孪生的部分关系。发生孪生的部分关系。发生孪生的部分(即切即切即切即切变部分变部分变部分变部分)叫做叫做叫做叫做“孪晶带孪晶带孪晶带孪晶带”，简，简，简，简称称称称“孪晶孪晶孪晶孪晶”。1010滑称与滑称与孪生的区别孪生的区别4 4）孪生变形引起很大的晶格畸变，塑性变形量比滑移）孪生变形引起很大的晶格畸变，塑性变形量比滑移）孪生变形引起很大的晶格畸变，塑性变形量比滑移）孪生变形引起很大的晶格畸变，塑性变形量比滑移的小（一般的小（一般的小（一般的小（一般1

14、0%)10%)，但孪生引起晶体位向改变，因，但孪生引起晶体位向改变，因，但孪生引起晶体位向改变，因，但孪生引起晶体位向改变，因而能促进滑移的发生。而能促进滑移的发生。而能促进滑移的发生。而能促进滑移的发生。孪生只在滑移很难进行时才发生，面心立方金属一般不孪生只在滑移很难进行时才发生，面心立方金属一般不孪生只在滑移很难进行时才发生，面心立方金属一般不孪生只在滑移很难进行时才发生，面心立方金属一般不发生孪生。发生孪生。发生孪生。发生孪生。1 1）滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶滑移变形时，滑移的距离

15、是原子间距的整数倍，晶体的位向不发生变化；孪生变形时，孪晶中相邻原子面体的位向不发生变化；孪生变形时，孪晶中相邻原子面体的位向不发生变化；孪生变形时，孪晶中相邻原子面体的位向不发生变化；孪生变形时，孪晶中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数，且孪晶位向发生变化，的相对位移为原子间距的分数，且孪晶位向发生变化，的相对位移为原子间距的分数，且孪晶位向发生变化，的相对位移为原子间距的分数，且孪晶位向发生变化，且与未变形部分形成对称。且与未变形部分形成对称。且与未变形部分形成对称。且与未变形部分形成对称。2 2）孪生所需临界的切应力比滑移的大得多；）孪生所需临界的切应力比滑移的大得多；）孪生所需临界的

16、切应力比滑移的大得多；）孪生所需临界的切应力比滑移的大得多；3 3）孪生的变形速度极快，接近声速。）孪生的变形速度极快，接近声速。）孪生的变形速度极快，接近声速。）孪生的变形速度极快，接近声速。1111 23 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 实际金属多为实际金属多为实际金属多为实际金属多为多晶体多晶体多晶体多晶体，多晶体是由许多位向不同的小，多晶体是由许多位向不同的小，多晶体是由许多位向不同的小，多晶体是由许多位向不同的小单晶体单晶体单晶体单晶体组成。组成。组成。组成。每一个小单晶体称为一个晶粒，晶粒与晶粒间的界限为每一个小单晶体称为一个晶粒，晶粒与晶粒间的界限为每一个小单晶体称为一个晶粒，

17、晶粒与晶粒间的界限为每一个小单晶体称为一个晶粒，晶粒与晶粒间的界限为晶界晶界晶界晶界。一、多晶体变形有以下特点：一、多晶体变形有以下特点：1 1、相邻晶粒的阻碍、相邻晶粒的阻碍：多晶体中，晶界两侧晶粒的位向不同，多晶体中，晶界两侧晶粒的位向不同，晶体的滑移即位错的滑移不能越过晶界。晶体的滑移即位错的滑移不能越过晶界。2 2、相邻晶粒的协调：、相邻晶粒的协调：每个晶粒都处于其它晶粒的包围之中，每个晶粒都处于其它晶粒的包围之中，为了保持材料的连续性，一个处于为了保持材料的连续性，一个处于有利位向有利位向的的易变形易变形晶粒变形晶粒变形时，相邻晶粒必须同时进行相应的协调变形时，相邻晶粒必须同时进行相

18、应的协调变形。在对多晶体进行拉伸变形时，并不是所有晶粒都处于有利在对多晶体进行拉伸变形时，并不是所有晶粒都处于有利在对多晶体进行拉伸变形时，并不是所有晶粒都处于有利在对多晶体进行拉伸变形时，并不是所有晶粒都处于有利位向，只有大多数晶粒都处于有利位向时才能变形，故需要晶位向，只有大多数晶粒都处于有利位向时才能变形，故需要晶位向，只有大多数晶粒都处于有利位向时才能变形，故需要晶位向，只有大多数晶粒都处于有利位向时才能变形，故需要晶粒间协调变形。粒间协调变形。粒间协调变形。粒间协调变形。1212二、晶粒大小的影响：二、晶粒大小的影响：晶粒越细，晶界面积越大，相互协调越困难，阻碍晶粒越细，晶界面积越大

19、，相互协调越困难，阻碍晶粒越细，晶界面积越大，相互协调越困难，阻碍晶粒越细，晶界面积越大，相互协调越困难，阻碍变形抗力越大，材料的强度越高，硬度越大变形抗力越大，材料的强度越高，硬度越大变形抗力越大，材料的强度越高，硬度越大变形抗力越大，材料的强度越高，硬度越大.结论：晶粒越细，变形抗力越大结论：晶粒越细，变形抗力越大结论：晶粒越细，变形抗力越大结论：晶粒越细，变形抗力越大,强度、硬度越高强度、硬度越高强度、硬度越高强度、硬度越高;且变形不易产生应力集中，使变形均匀。从而使材料且变形不易产生应力集中，使变形均匀。从而使材料且变形不易产生应力集中，使变形均匀。从而使材料且变形不易产生应力集中，使

20、变形均匀。从而使材料的塑性、韧性越好，表现出综合性能好。的塑性、韧性越好，表现出综合性能好。的塑性、韧性越好，表现出综合性能好。的塑性、韧性越好，表现出综合性能好。1313三、多晶体的塑性变形过程三、多晶体的塑性变形过程n n由于主要存在由于主要存在晶界对滑移的阻碍和晶粒晶界对滑移的阻碍和晶粒间位向差间位向差造成的造成的滑移的转移滑移的转移n n因此，随着外力的持续作用，多晶体金因此，随着外力的持续作用，多晶体金属的塑性变形是：晶粒分批地逐步地发属的塑性变形是：晶粒分批地逐步地发生，由少数晶粒开始，逐步扩大到多数生，由少数晶粒开始，逐步扩大到多数晶粒，最后到全体晶粒；从不均匀变形晶粒，最后到全

21、体晶粒；从不均匀变形逐步发展到均匀的变形。逐步发展到均匀的变形。1414多晶体多晶体竹节状竹节状变形变形图图26 多晶体变形的竹节状示意图多晶体变形的竹节状示意图多晶体变形呈多晶体变形呈多晶体变形呈多晶体变形呈竹节状竹节状竹节状竹节状。晶晶晶晶界界界界处处处处能能能能量量量量较较较较高高高高，不不不不易易易易变变变变形形形形，故多晶体变形呈竹节状。故多晶体变形呈竹节状。故多晶体变形呈竹节状。故多晶体变形呈竹节状。晶晶晶晶粒粒粒粒越越越越细细细细，晶晶晶晶界界界界面面面面积积积积越越越越大大大大，阻阻阻阻碍碍碍碍作作作作用用用用越越越越大大大大，材材材材料料料料的的的的强强强强度越高。度越高。度

22、越高。度越高。151524 塑性变形对材料组织和性能的影响塑性变形对材料组织和性能的影响一一.塑性变形对材料组织结构的影响塑性变形对材料组织结构的影响1晶粒变形成纤维状组织晶粒变形成纤维状组织 塑性变形后晶粒沿轧制方向被拉长，呈纤维狀塑性变形后晶粒沿轧制方向被拉长，呈纤维狀的条纹（晶界），为的条纹（晶界），为纤维组织纤维组织。图图2-11 变形前后晶粒形状示意图变形前后晶粒形状示意图图图2-12 低碳钢低碳钢50%变形后的纤维组织变形后的纤维组织1616 2.形变亚结构形成形变亚结构形成 当当当当变变变变形形形形量量量量增增增增大大大大时时时时，位位位位错错错错密密密密度度度度增增增增加加加加

23、且且且且不不不不均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布，堆堆堆堆积积积积在在在在局局局局部部部部形形形形成成成成许许许许多多多多位位位位错错错错缠缠缠缠结结结结，位位位位错错错错的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布使使使使晶晶晶晶粒粒粒粒分分分分化化化化成成成成许许许许多多多多位位位位向向向向略略略略有有有有不不不不同同同同的的的的小小小小晶晶晶晶块块块块即即即即亚亚亚亚晶晶晶晶粒粒粒粒，称为称为称为称为形变亚结构形变亚结构形变亚结构形变亚结构。金属变形后的亚结构金属变形后的亚结构AuAuNiNi合金的亚晶合金的亚晶 17173.形变织构的产生形变织构的产生当变形量很大时（当变形量很大时

24、（当变形量很大时（当变形量很大时（7070以上），晶粒严重破碎，且发生转动，大多数晶粒趋以上），晶粒严重破碎，且发生转动，大多数晶粒趋以上），晶粒严重破碎，且发生转动，大多数晶粒趋以上），晶粒严重破碎，且发生转动，大多数晶粒趋向于沿轧制方向排列，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变向于沿轧制方向排列，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变向于沿轧制方向排列，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变向于沿轧制方向排列，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构叫做形变织构。使材料呈现明显的各向异性。织构。使材料呈现明显的各向异性。织构。使材料呈现明显的各向异性。织构。使材料呈现明显的

25、各向异性。晶面和晶向平行于轧制方向晶面和晶向平行于轧制方向晶向平行于拉拔方向晶向平行于拉拔方向晶体结构晶体结构板（辗轧）结构板（辗轧）结构丝（拉拔）结构丝（拉拔）结构面心立方面心立方a a黄铜黄铜(100)112(100)112100100主主纯铜纯铜(146)21-1(146)21-1或或(123)1-21(123)1-21111111主主体心立方体心立方(100)011(100)011110110密排六方密排六方(0001)1 0-1 0(0001)1 0-1 01 0-1 01 0-1 01818 二、塑性变形对材料性能的影响二、塑性变形对材料性能的影响1.1.加工硬化加工硬化加工硬化加

26、工硬化由于对材料变形量的增加导致材料的由于对材料变形量的增加导致材料的由于对材料变形量的增加导致材料的由于对材料变形量的增加导致材料的 b b HB HB d d d d a a a ak k 的现象。的现象。的现象。的现象。n n加工硬化具有极其重要的加工硬化具有极其重要的实际意义。实际意义。图2-10 低碳钢的加工硬化现象 加工硬化有利于金属进行均匀变形有利于金属进行均匀变形，因为金属已变形部分得到强化时，继续的变形将主要在未变形部分中发展。第三，它可保证保证金属零件和构件的工作安全性工作安全性，因为金属具有较好的变形强化能力，能防止短时超载引起的突然断裂。是一种非常是一种非常重要的强化手

27、段重要的强化手段重要的强化手段重要的强化手段 ，如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等 ；加工硬化机理、增加及减少位错对强度的增强作用加工硬化机理、增加及减少位错对强度的增强作用1919 择优取向的制耳现象择优取向的制耳现象2.2.性能的方向性性能的方向性性能的方向性性能的方向性 纤维组织由于晶粒沿轧制纤维组织由于晶粒沿轧制纤维组织由于晶粒沿轧制纤维组织由于晶粒沿轧制方向被拉长，顺纤维方方向被拉长，顺纤维方方向被拉长，顺纤维方方向被拉长，顺纤维方向的性能与横向不同。向的性能与横向不同。向的性能与横向不同。向的性能与横向不同。3.3.择优取向择优取向择优取向择优取向 由于产生了

28、形变织构，沿由于产生了形变织构，沿由于产生了形变织构，沿由于产生了形变织构，沿某一方向的性能与其它方向明某一方向的性能与其它方向明某一方向的性能与其它方向明某一方向的性能与其它方向明显不同。显不同。显不同。显不同。如：对具有织构的铜板深如：对具有织构的铜板深如：对具有织构的铜板深如：对具有织构的铜板深冲压成型时将出现冲压成型时将出现冲压成型时将出现冲压成型时将出现“制耳制耳制耳制耳”现现现现象。硅钢片，由于深冲压使多象。硅钢片，由于深冲压使多象。硅钢片，由于深冲压使多象。硅钢片，由于深冲压使多数晶粒沿数晶粒沿数晶粒沿数晶粒沿 排列排列排列排列.提高了提高了提高了提高了方向的导磁率方向的导磁率方

29、向的导磁率方向的导磁率b b b b大大大大b b b b小小小小2020 4.残余内应力残余内应力 由于变形，晶粒破碎，金属由于变形，晶粒破碎，金属由于变形，晶粒破碎，金属由于变形，晶粒破碎，金属内部变形不均匀内部变形不均匀内部变形不均匀内部变形不均匀，产生，产生，产生，产生了内应力。了内应力。了内应力。了内应力。第一类内应力第一类内应力第一类内应力第一类内应力(宏观内应力宏观内应力宏观内应力宏观内应力)：由于金属表层：由于金属表层：由于金属表层：由于金属表层和心部和心部和心部和心部或这一部分和那一部分变形不均造成的应力为或这一部分和那一部分变形不均造成的应力为或这一部分和那一部分变形不均造

30、成的应力为或这一部分和那一部分变形不均造成的应力为宏观宏观宏观宏观内应力。内应力。内应力。内应力。第二类内应力：相邻晶粒之间或晶内不同区域变形第二类内应力：相邻晶粒之间或晶内不同区域变形第二类内应力：相邻晶粒之间或晶内不同区域变形第二类内应力：相邻晶粒之间或晶内不同区域变形不均造成的内应力为不均造成的内应力为不均造成的内应力为不均造成的内应力为微观内应力。微观内应力。微观内应力。微观内应力。第三种内应力：位错等晶格缺陷附近的晶格畸变则第三种内应力：位错等晶格缺陷附近的晶格畸变则第三种内应力：位错等晶格缺陷附近的晶格畸变则第三种内应力：位错等晶格缺陷附近的晶格畸变则叫做叫做叫做叫做晶格畸变应力。

31、晶格畸变应力。晶格畸变应力。晶格畸变应力。残余内应力：残余内应力：残余内应力：残余内应力：指去除外力后残留于且平衡于金属内部指去除外力后残留于且平衡于金属内部指去除外力后残留于且平衡于金属内部指去除外力后残留于且平衡于金属内部的应力。的应力。的应力。的应力。10%10%外力功化为内应力残留于金属中。外力功化为内应力残留于金属中。外力功化为内应力残留于金属中。外力功化为内应力残留于金属中。退火可消除或降低内应力退火可消除或降低内应力2121 1.1.温度：温度：温度：温度：T T回复回复回复回复（0.250.250.30.3）TmTm 2.2.组织：晶粒外形无变化。（仍然是拉长的粒）组织：晶粒外

32、形无变化。（仍然是拉长的粒）组织：晶粒外形无变化。（仍然是拉长的粒）组织：晶粒外形无变化。（仍然是拉长的粒）3.3.性能：故强度与硬度稍下降，内应力大大下降，电性能：故强度与硬度稍下降，内应力大大下降，电性能：故强度与硬度稍下降，内应力大大下降，电性能：故强度与硬度稍下降，内应力大大下降，电阻率明显上升。阻率明显上升。阻率明显上升。阻率明显上升。25 冷变形金属在加热时组织和性能的变化冷变形金属在加热时组织和性能的变化应用：工业上的除应力退火，对应回复过程。应用：工业上的除应力退火，对应回复过程。应用：工业上的除应力退火，对应回复过程。应用：工业上的除应力退火，对应回复过程。目的：恢复某些物理

33、与化学性能，但保留加工硬化效果。目的：恢复某些物理与化学性能，但保留加工硬化效果。目的：恢复某些物理与化学性能，但保留加工硬化效果。目的：恢复某些物理与化学性能，但保留加工硬化效果。冷变形金属经加热后将发生冷变形金属经加热后将发生回复、再结晶回复、再结晶和和晶晶粒长大粒长大三个阶段。其组织和性能的变化如下：三个阶段。其组织和性能的变化如下：由于加热温度不高，由于加热温度不高，由于加热温度不高，由于加热温度不高，1 1）位错稍发生移动，由无规则排列变为规则排列（可发）位错稍发生移动，由无规则排列变为规则排列（可发）位错稍发生移动，由无规则排列变为规则排列（可发）位错稍发生移动，由无规则排列变为规

34、则排列（可发生生生生“多边形化多边形化多边形化多边形化”），形成一些新的亚晶粒；），形成一些新的亚晶粒；），形成一些新的亚晶粒；），形成一些新的亚晶粒；2 2）主要是空位的运动：扩散到晶）主要是空位的运动：扩散到晶）主要是空位的运动：扩散到晶）主要是空位的运动：扩散到晶界和表面而消失；或与间隙原子相结合而对消；或在位错上沉积而消灭；晶格界和表面而消失；或与间隙原子相结合而对消；或在位错上沉积而消灭；晶格界和表面而消失；或与间隙原子相结合而对消；或在位错上沉积而消灭；晶格界和表面而消失；或与间隙原子相结合而对消；或在位错上沉积而消灭；晶格恢复为较规整的状态。恢复为较规整的状态。恢复为较规整的状态

35、。恢复为较规整的状态。一、回复阶段一、回复阶段一、回复阶段一、回复阶段:在加热温度较低时，由于点缺陷和位错的迁移引起的在加热温度较低时，由于点缺陷和位错的迁移引起的在加热温度较低时，由于点缺陷和位错的迁移引起的在加热温度较低时，由于点缺陷和位错的迁移引起的某些晶内变化称为回复。某些晶内变化称为回复。某些晶内变化称为回复。某些晶内变化称为回复。2222二、再结晶阶段二、再结晶阶段-形核和长大的过程形核和长大的过程(一一一一)再结晶过程及对金属组织、性能的影响再结晶过程及对金属组织、性能的影响再结晶过程及对金属组织、性能的影响再结晶过程及对金属组织、性能的影响1.1.温度：温度：温度：温度：T T

36、再结晶再结晶再结晶再结晶（0.350.350.40.4）TmTm2.2.组织：拉长的晶粒变成等轴晶粒（依靠扩散来完成）组织：拉长的晶粒变成等轴晶粒（依靠扩散来完成）组织：拉长的晶粒变成等轴晶粒（依靠扩散来完成）组织：拉长的晶粒变成等轴晶粒（依靠扩散来完成）,无相变无相变无相变无相变。3 3 性能：性能：性能：性能：b bHBHBd d d d a a a ak k ,基本恢复到变形前的况基本恢复到变形前的况基本恢复到变形前的况基本恢复到变形前的况。23232.2.影响再结晶后晶粒度因素影响再结晶后晶粒度因素影响再结晶后晶粒度因素影响再结晶后晶粒度因素(1)(1)加热温度越高，保温时间越长，晶粒

37、易于粗化。加热温度越高，保温时间越长，晶粒易于粗化。加热温度越高，保温时间越长，晶粒易于粗化。加热温度越高，保温时间越长，晶粒易于粗化。(2)(2)变形度越大，变形便愈趋于均匀，生核率愈大，晶变形度越大，变形便愈趋于均匀，生核率愈大，晶变形度越大，变形便愈趋于均匀，生核率愈大，晶变形度越大，变形便愈趋于均匀，生核率愈大，晶粒度便会愈细愈均匀粒度便会愈细愈均匀粒度便会愈细愈均匀粒度便会愈细愈均匀.但必须大于临界变形度（但必须大于临界变形度（但必须大于临界变形度（但必须大于临界变形度（2 21010）。(3)(3)材料的纯度越高，使材料的纯度越高，使材料的纯度越高，使材料的纯度越高，使T T再结晶

38、再结晶再结晶再结晶，晶粒易于粗化。可加，晶粒易于粗化。可加，晶粒易于粗化。可加，晶粒易于粗化。可加入少量入少量入少量入少量WW、MoMo、VV等阻碍晶粒长大（阻碍扩散及晶等阻碍晶粒长大（阻碍扩散及晶等阻碍晶粒长大（阻碍扩散及晶等阻碍晶粒长大（阻碍扩散及晶界迁移），使晶粒细化。界迁移），使晶粒细化。界迁移），使晶粒细化。界迁移），使晶粒细化。(二二)再结晶温度及影响再结晶后粒度因素再结晶温度及影响再结晶后粒度因素1.1.再结晶温度完全发生再结晶（再结晶温度完全发生再结晶（再结晶温度完全发生再结晶（再结晶温度完全发生再结晶（9595已再结晶）的最已再结晶）的最已再结晶）的最已再结晶）的最低温度。低

39、温度。低温度。低温度。24241）当变形度很小时当变形度很小时,由于金属的晶格畸变很小，不足以引起再结晶，故晶粒度仍保持原样。2）当变形度在当变形度在210%范围内时范围内时，再结晶后的晶粒度比较粗大。因为这时金属中仅有仅有部分晶粒发生变形，部分晶粒发生变形，再结晶时的生核数目很少，从而得到粗大晶粒。这个变形量称临临界变形度，界变形度，生产中应尽量避免这一范围的加工变形，以免形成粗大晶粒而降低性能。变形度与再结晶晶粒度的关系变形度与再结晶晶粒度的关系临界变形度（临界变形度（临界变形度（临界变形度（2 21010）再结晶退火温度越再结晶退火温度越再结晶退火温度越再结晶退火温度越高晶粒越易于粗化高

40、晶粒越易于粗化高晶粒越易于粗化高晶粒越易于粗化2525 图图216 纯铁的变形度与再结晶晶粒度的关系纯铁的变形度与再结晶晶粒度的关系 3）当变形大于临大于临界变形度界变形度之后，随着变形度的增加，变形便愈趋于均匀，再结晶时的生核率便愈大，再结晶后的晶粒度便会愈细愈均匀。2626 三三.晶粒长大阶段晶粒长大阶段 再再再再结结结结晶晶晶晶完完完完成成成成后后后后，晶晶晶晶粒粒粒粒是是是是细细细细小小小小的的的的，但但但但随随随随着着着着温温温温度度度度继继继继续续续续升升升升高高高高或或或或保保保保温温温温时时时时间间间间过过过过长长长长晶晶晶晶粒粒粒粒自自自自发发发发长长长长大大大大（晶晶晶晶界

41、界界界面面面面积积积积减减减减小小小小，界界界界面面面面能能能能降降降降低低低低）得得得得到到到到粗粗粗粗大大大大晶晶晶晶粒粒粒粒组组组组织织织织，从从从从而而而而强强强强度度度度、硬硬硬硬度度度度明明明明显显显显下下下下降；塑性韧性明显上升。降；塑性韧性明显上升。降；塑性韧性明显上升。降；塑性韧性明显上升。图图217 冷变形金属加热时组织及性能变化冷变形金属加热时组织及性能变化晶粒长大阶段示意图晶粒长大阶段示意图“二次再结晶二次再结晶”272726 金属的热加工与金属的热加工与 冷加工冷加工1.1.热加工后可使铸态组织中的气孔、疏松、裂纹焊合，致密度提高，热加工后可使铸态组织中的气孔、疏松、

42、裂纹焊合，致密度提高，热加工后可使铸态组织中的气孔、疏松、裂纹焊合，致密度提高，热加工后可使铸态组织中的气孔、疏松、裂纹焊合，致密度提高，b b 。2.2.热加工后可使铸态组织中的枝晶破碎，晶粒细化。热加工后可使铸态组织中的枝晶破碎，晶粒细化。热加工后可使铸态组织中的枝晶破碎，晶粒细化。热加工后可使铸态组织中的枝晶破碎，晶粒细化。3.3.热加工热加工热加工热加工可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生改变，使它们沿可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生改变，使它们沿可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生改变，使它们沿可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生改变，使它

43、们沿着变形的方向破碎并拉长，形成所谓热加工着变形的方向破碎并拉长，形成所谓热加工着变形的方向破碎并拉长，形成所谓热加工着变形的方向破碎并拉长，形成所谓热加工“纤维组织纤维组织纤维组织纤维组织”（流线），使金属（流线），使金属（流线），使金属（流线），使金属的机械性能具有明显的各向异性，纵向的强度、塑性和韧性显著大于其横向。的机械性能具有明显的各向异性，纵向的强度、塑性和韧性显著大于其横向。的机械性能具有明显的各向异性，纵向的强度、塑性和韧性显著大于其横向。的机械性能具有明显的各向异性，纵向的强度、塑性和韧性显著大于其横向。也也也也可产生可产生可产生可产生“带状组织带状组织带状组织带状组织”（具

44、有明显层状），使性能变坏。（具有明显层状），使性能变坏。（具有明显层状），使性能变坏。（具有明显层状），使性能变坏。一一一一.冷加工与热加工冷加工与热加工冷加工与热加工冷加工与热加工（根据金属的再结晶温度分）根据金属的再结晶温度分）根据金属的再结晶温度分）根据金属的再结晶温度分）1.1.冷加工：在再结晶温度以下的加工为冷加工，加工后产生加工冷加工：在再结晶温度以下的加工为冷加工，加工后产生加工冷加工：在再结晶温度以下的加工为冷加工，加工后产生加工冷加工：在再结晶温度以下的加工为冷加工，加工后产生加工硬化。硬化。硬化。硬化。2.2.热加工在再结晶温度以上的加工为热加工，加工后无加工硬热加工在再结

45、晶温度以上的加工为热加工，加工后无加工硬热加工在再结晶温度以上的加工为热加工，加工后无加工硬热加工在再结晶温度以上的加工为热加工，加工后无加工硬化现象。化现象。化现象。化现象。例如：例如：例如：例如：FeFe的的的的 T T再结晶再结晶再结晶再结晶450450，SnSn的的的的T T再结晶再结晶再结晶再结晶2525，二、热加工特点动态回复和动态再结晶二、热加工特点动态回复和动态再结晶二、热加工特点动态回复和动态再结晶二、热加工特点动态回复和动态再结晶三、热加工对组织和性能的影响三、热加工对组织和性能的影响三、热加工对组织和性能的影响三、热加工对组织和性能的影响2828图图218 曲轴流曲轴流 线分布线分布图图219 拖钩的纤拖钩的纤 维组织维组织a)锻模钩锻模钩 b)切削加工钩切削加工钩锻件锻件2929