金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、金屬學(xué)與熱處理,歡迎學(xué)習(xí),金屬的塑性變形與再結(jié)晶,,金屬的塑性變形與再結(jié)晶,塑性是金屬材料的重要特性；金屬材料通過(guò)冶煉、鑄造，獲得鑄錠后，可通過(guò)塑性加工的方法獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型材、板材、管材或線材，以及零件毛坯或零件。塑性加工包括鍛壓、軋制、 擠壓、拉拔、沖壓等方法。,金屬的塑性加工,金屬的塑性變形,金屬在承受塑性加工時(shí)， 產(chǎn)生塑性變形，宏觀上改變了材料的形狀和尺寸；微觀上改變了金屬的組織結(jié)構(gòu)；金屬的塑性變形對(duì)

2、材料的性能也會(huì)產(chǎn)生重要的影響，是金屬材料重要的強(qiáng)化手段。,金屬的塑性變形,單晶體的塑性變形多晶體的塑性變形,金屬的塑性變形,這一節(jié)的主要內(nèi)容就是從原子的角度看，金屬的塑性變形是如何發(fā)生的？,金屬的塑性變形,當(dāng)外力作用在金屬上時(shí)，如受拉，金屬內(nèi)的原子間距變大，如果這種變化是彈性范圍內(nèi)的，當(dāng)外力去除后，原子還能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)；如果外力較大，這種變化就達(dá)到了塑性階段了，當(dāng)外力去除之后，有一部分變化就不能恢復(fù)了，金屬就發(fā)生了塑性變形。作為一

3、種極限，當(dāng)外力大到一定程度，原子間的結(jié)合力被打破，那么金屬就斷了。,單晶體的塑性變形,單晶體的塑性變形的基本方式有兩種： 滑移和孿生,一、滑移,滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下，, 晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。,一、滑移,滑移只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生, 不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力(稱滑移臨界切應(yīng)力)大小不同。鎢、鉬、鐵的滑移臨界切應(yīng)力比銅、鋁的要

4、大。,,一、滑移,由于位錯(cuò)每移出晶體一次即造成一個(gè)原子間距的變形量, 因此晶體發(fā)生的總變形量一定是這個(gè)方向上的原子間距的整數(shù)倍。,一、滑移,滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進(jìn)行， 這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大，結(jié)合力最弱。因此滑移面為該晶體的密排面， 滑移方向?yàn)樵撁嫔系拿芘欧较颉?滑移系,一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。如體心立方晶格中， (110)面和[111

5、]晶向即組成一個(gè)滑移系?；葡翟蕉?， 金屬發(fā)生滑移的可能性越大， 塑性就越好。,金屬三種常見(jiàn)晶格的滑移系,滑移系,滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好。金、銀、銅、鋁等金屬的塑性高于鐵、鉻等金屬；而鐵的塑性又高于鋅、鎂等金屬。,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移非剛性滑動(dòng)，而是由位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的（1934年提出 ）。,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部

6、分沿滑移面作整體的相對(duì)滑動(dòng), 而是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在切應(yīng)力作用下,一個(gè)多余半原子面從晶體一側(cè)到另一側(cè)運(yùn)動(dòng), 即位錯(cuò)自左向右移動(dòng)時(shí), 晶體產(chǎn)生滑移。,,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,通過(guò)位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑移時(shí)： 1、只有位錯(cuò)線附近的少數(shù)原子移動(dòng)； 2、原子移動(dòng)的距離小于一個(gè)原子間距； 所以通過(guò)位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)滑移時(shí)，需要的力較??；,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,金屬的塑性變形是由滑移這種方式進(jìn)行的，而滑移又是通過(guò)位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。所以，只要阻礙

7、位錯(cuò)的移動(dòng)就可以阻礙滑移的進(jìn)行，從而提高了塑性變形的抗力，使強(qiáng)度提高。金屬材料常用的五種強(qiáng)化手段（固溶強(qiáng)化、加工硬化、晶粒細(xì)化、彌散強(qiáng)化、淬火強(qiáng)化）都是通過(guò)這種機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。,三、孿生,在切應(yīng)力作用下晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)發(fā)生切變的變形過(guò)程稱孿生。發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶體稱為孿晶。孿晶與未變形部分晶體原子分布形成對(duì)稱。孿生所需的臨界切應(yīng)力比滑移的大得多。孿生只在滑移很難進(jìn)行的情況下才發(fā)生。

8、體心立方晶格金屬（如鐵）在室溫或受沖擊時(shí)才發(fā)生孿生。而滑移系較少的密排六方晶格金屬如鎂、鋅、鎘等, 則比較容易發(fā)生孿生。,四、多晶體的塑性變形,工程上使用的金屬絕大部分是多晶體。多晶體中每個(gè)晶粒的變形基本方式與單晶體相同。但由于多晶體材料中，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，因此變形要復(fù)雜得多。,四、多晶體的塑性變形,多晶體中每個(gè)晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切應(yīng)力方向(稱晶粒處于軟位向), 另一些晶粒的滑移面和滑

9、移方向與最大切應(yīng)力方向相差較大(稱晶粒處于硬位向)。在發(fā)生滑移時(shí)，軟位向晶粒先開(kāi)始。當(dāng)位錯(cuò)在晶界受阻逐漸堆積時(shí)，其它晶粒發(fā)生滑移。因此多晶體變形時(shí)晶粒分批地逐步地變形，變形分散在材料各處。,四、多晶體的塑性變形,第二個(gè)要注意的問(wèn)題是晶界的影響。晶界是原子排列不規(guī)則的地方，它對(duì)位錯(cuò)的移動(dòng)有阻礙作用，要想使位錯(cuò)通過(guò)晶界，外界必須對(duì)它施加更大的力，所以晶界處的強(qiáng)度比晶內(nèi)高。,四、多晶體的塑性變形,晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界面積越多，對(duì)位錯(cuò)的阻

10、礙作用越大，金屬的強(qiáng)度越高。晶界與強(qiáng)度之間的關(guān)系有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式（Hall—Petch公式）： σ=σ0+k×d-1/2,四、多晶體的塑性變形,具有細(xì)小晶粒的材料不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性也較高，這是其他強(qiáng)化手段不能達(dá)到的。晶粒越細(xì)，金屬的變形越分散，減少了應(yīng)力集中，推遲裂紋的形成和發(fā)展，使金屬在斷裂之前可發(fā)生較大的塑性變形，因此使金屬的塑性提高。 由于細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度較高，塑性較

11、好，所以斷裂時(shí)需要消耗較大的功，因而韌性也較好。,四、多晶體的塑性變形,我們一般將通過(guò)使材料的組織變細(xì)來(lái)改善其性能的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化或晶粒細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。,溫 故 知 新,單晶體塑性變形的方式什么是滑移系?滑移系的數(shù)目對(duì)金屬的塑性有什么影響?金屬的滑移是通過(guò)什么方式實(shí)現(xiàn)的?多晶體的塑性變形與單晶體有什么區(qū)別?,,單晶體塑性變形的方式,單晶體的塑性變形的基本方式有兩種： 滑移

12、和孿生。 滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下, 晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。,,滑移系,一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。如體心立方晶格中， (110)面和[111 ]晶向即組成一個(gè)滑移系?；葡翟蕉啵?金屬發(fā)生滑移的可能性越大， 塑性就越好。,,金屬三種常見(jiàn)晶格的滑移系,,位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體

13、的相對(duì)滑動(dòng), 而是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在切應(yīng)力作用下,一個(gè)多余半原子面從晶體一側(cè)到另一側(cè)運(yùn)動(dòng), 即位錯(cuò)自左向右移動(dòng)時(shí), 晶體產(chǎn)生滑移。,,多晶體的塑性變形,多晶體中每個(gè)晶粒位向不一致，各晶粒不是同時(shí)開(kāi)始滑移的，而是分批逐次進(jìn)行的。多晶體中, 由于晶界上原子排列不很規(guī)則, 阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng), 使變形抗力增大。,,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬塑性變形的機(jī)理,那塑性變形后金屬的組織和性能是否也發(fā)生了變化呢？,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬塑性變形的機(jī)理,那塑

14、性變形后金屬的組織和性能是否也發(fā)生了變化呢？,是的，金屬塑性變形后組織和性能發(fā)生了明顯的變化，這正我們今天要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。,學(xué) 無(wú) 止 境,塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響,塑性變形對(duì)金屬性能的影響塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 殘余內(nèi)應(yīng)力,一、塑性變形對(duì)金屬性能的影響,演示試驗(yàn),1、加工硬化,金屬發(fā)生塑性變形時(shí)， 隨變形度的增大， 金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高， 塑性和韌性明顯下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化， 也叫形變

15、強(qiáng)化或冷作硬化。,2、加工硬化示意圖,,3、加工硬化的原因,金屬發(fā)生塑性變形時(shí), 位錯(cuò)密度增加, 位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng), 相互纏結(jié), 造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的增大, 引起塑性變形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎細(xì)化, 使強(qiáng)度得以提高。,加工硬化的原因,,,4、加工硬化的意義,強(qiáng)化金屬的重要途徑；加工硬化是金屬冷沖壓成型的保證；提高構(gòu)件在使用過(guò)程中的安全性。,強(qiáng)化手段,加工硬化是金屬材料五大強(qiáng)化手段之一；在生產(chǎn)中可通過(guò)冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲

16、的強(qiáng)度。特別是對(duì)于純金屬和不能熱處理強(qiáng)化的材料，冷變形加工是強(qiáng)化它們的主要手段；,鏈條板的軋制,材料為Q345（16Mn) 鋼 的自行車鏈條經(jīng) 過(guò)五次軋制，厚度由3.5mm壓縮到1.2mm，總變形量為65%，硬 度從150HBS提高到275HBS；抗拉強(qiáng)度從510MPa提高到980MPa；使承載能力提高了將 近一倍。,彈簧鋼絲的強(qiáng)化,65Mn彈簧鋼絲經(jīng)冷拉后，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000~3000MPa,，比一般鋼材的強(qiáng)

17、度提高4~6倍。,高錳鋼的加工硬化,高錳鋼（ZGMn13)屬于奧氏體鋼，熱處理不能強(qiáng)化，它的主要強(qiáng)化手段就是加工硬化。當(dāng)高錳鋼受到激烈摩擦或劇烈沖擊時(shí)，其表面部分就會(huì)產(chǎn)生微量塑性變形，隨之產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，使其硬度和強(qiáng)度快速提高，從而能夠作為耐磨鋼使用。,高錳鋼的加工硬化,,高錳鋼的加工硬化,,金屬的冷成型加工的保證,金屬的冷成型正是利用了材料的加工硬化特性，使塑性變形均勻地分布于整個(gè)工件上，而不致于集中在某些局部而導(dǎo)致最終斷裂。,

18、提高構(gòu)件的安全性,構(gòu)件在使用過(guò)程中，往往不可避免地會(huì)某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中和過(guò)載現(xiàn)象，在這種情況下，由于金屬能加工硬化，使局部過(guò)載部位在產(chǎn)生少量塑性變形之后，提高了屈服強(qiáng)度并與所承受的應(yīng)力達(dá)到平衡，變形就不會(huì)繼續(xù)發(fā)展，從而在一定程度上提高了構(gòu)件的安全性。,加工硬化的不利影響,加工硬化使金屬在塑性變形過(guò)程中變形抗力逐漸增加，以致喪失繼續(xù)變形的能力。為了消除加工硬化，使金屬重新恢復(fù)變形的能力，必須對(duì)其進(jìn)行中間退火，這樣就增加了生產(chǎn)成本，而且延

19、長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。,軋鋼,,金屬塑性變形時(shí)其它性能的變化,導(dǎo)電性下降（電阻升高）、導(dǎo)磁性下降；化學(xué)活性增加，電極電位提高；耐腐蝕性下降。,二、塑性變形對(duì)金屬組織的影響,冷變形纖維組織的形成亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化形變織構(gòu)產(chǎn)生,冷變形纖維組織,金屬發(fā)生塑性變形后, 晶粒發(fā)生變形, 沿形變方向被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí), 晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時(shí)), 金屬中的夾雜物也被拉長(zhǎng), 形成纖維組織。,亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化,金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí), 由于位錯(cuò)的密度增大并

20、發(fā)生交互作用, 大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū), 并相互纏結(jié), 形成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 從而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)（亞晶粒）。,,,,,亞結(jié)構(gòu)示意圖,,,形變織構(gòu)產(chǎn)生,金屬塑性變形到很大程度(70%以上)時(shí), 由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 使各晶粒的位向趨近于一致, 形成特殊的擇優(yōu)取向, 這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。形變織構(gòu)一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 稱為絲織構(gòu), 例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后, 其平行

21、于拔絲方向; 另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向, 稱為板織構(gòu), 低碳鋼的板織構(gòu)為{001}。,形變織構(gòu),制 耳,殘余內(nèi)應(yīng)力,由于金屬在發(fā)生塑性變形時(shí), 金屬內(nèi)部變形不均勻, 位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多， 金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。即外力去除后，金屬內(nèi)部會(huì)殘留下來(lái)應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件變形或開(kāi)裂。齒輪等零件，如表面通過(guò)噴丸處理，可產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力，則可提高疲勞強(qiáng)度。,殘余內(nèi)應(yīng)力,

22、第一類殘余應(yīng)力（?Ⅰ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力， 由整個(gè)物體變形不均勻引起。 第二類殘余應(yīng)力（?Ⅱ）：微觀內(nèi)應(yīng)力， 由晶粒變形不均勻引起。 第三類殘余應(yīng)力（?Ⅲ）：點(diǎn)陣畸變內(nèi)應(yīng)力，

23、 由位錯(cuò)、空位等引起。80-90%。,,殘余內(nèi)應(yīng)力的消除,金屬塑性變形后的殘余內(nèi)應(yīng)力，可以通過(guò)去應(yīng)力退火來(lái)消除；如經(jīng)拉延成型的黃銅彈殼在280℃左右進(jìn)行去應(yīng)力退火，以避免變形和應(yīng)力腐蝕。,殘余內(nèi)應(yīng)力的利用,生產(chǎn)中有意控制殘余內(nèi)應(yīng)力的分布，使其與工作應(yīng)力方向相反，可以提高工件的力學(xué)性能。右圖是鋼板彈簧的例子。,學(xué)海無(wú)涯,金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生很大的變化。如果對(duì)變形后的金屬進(jìn)行加熱，金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能又會(huì)發(fā)生變化。隨

24、著加熱溫度的提高，變形金屬將相繼發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大過(guò)程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,一、 回復(fù) 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無(wú)可見(jiàn)變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過(guò)程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,1、 顯微組織變化（示意圖） 回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無(wú)可見(jiàn)變化；,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,2、 性能變化 （1） 力

25、學(xué)性能（示意圖） 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。 （2） 物理性能 電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。 耐蝕性：由于內(nèi)應(yīng)力降低，耐應(yīng)力腐蝕性提高。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 內(nèi)應(yīng)力變化 回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消 第二、三類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與

26、性能變化,4、 回復(fù)機(jī)理 （1） 低溫回復(fù)（0.1－0.3Tm） 移至晶界、位錯(cuò)處點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng) 空位＋間隙原子 消失 缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對(duì)）,,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,（2）中溫回復(fù)  （0.3－0.5T

27、m） 異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷位錯(cuò)滑移 位錯(cuò)纏結(jié)重新排列 位錯(cuò)密度降低 亞晶粒長(zhǎng)大,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,（3） 高溫回復(fù)（>0.5Tm）位錯(cuò)攀移（＋滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。,,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,5、 回復(fù)退火的應(yīng)用

28、 去應(yīng)力退火：降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開(kāi)裂，提高耐蝕性。 如冷卷彈簧的定型、黃銅彈殼的去應(yīng)力等。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,二、再結(jié)晶 冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無(wú)畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過(guò)程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,1、組織與性能變化 變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度和硬

29、度明顯降低，而塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除， 此時(shí)內(nèi)應(yīng)力全部消失，物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。 再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 再結(jié)晶溫度 變形后的金屬發(fā)生再結(jié)晶的溫度是一個(gè)溫度范圍，并非某一恒定溫度。一般所說(shuō)的再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再), 通常用經(jīng)大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經(jīng)一小時(shí)加熱后能

30、完全再結(jié)晶的最低溫度來(lái)表示。 最低再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點(diǎn)有如下關(guān)系： T再=(0.35～0.4)T熔點(diǎn)  式中的溫度單位為絕對(duì)溫度(K)。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 再結(jié)晶溫度 最低再結(jié)晶溫度與下列因素有關(guān)：    預(yù)先變形度：金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對(duì)變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大, 金屬的晶

31、體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定, 最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后, 金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。       金屬的熔點(diǎn)：熔點(diǎn)越高, 最低再結(jié)晶溫度也就越高。,,雜質(zhì)和合金元素：由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點(diǎn)元素, 阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。如高純度鋁(99.999%)的最低再結(jié)晶溫度為80℃, 而工業(yè)純鋁(99.0%)的最

32、低再結(jié)晶溫度提高到了290℃。  加熱速度和保溫時(shí)間：再結(jié)晶是一個(gè)擴(kuò)散過(guò)程, 需要一定時(shí)間才能完成。提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生, 而保溫時(shí)間越長(zhǎng), 再結(jié)晶溫度越低。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,4、 再結(jié)晶的應(yīng)用 由于塑性變形后的金屬加熱發(fā)生再結(jié)晶后，可消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性， 因此生產(chǎn)中常用再結(jié)晶退火工藝來(lái)恢復(fù)金屬塑性變形的能力，以便繼續(xù)進(jìn)行形變加工。,,例如生產(chǎn)

33、鐵鉻鋁電阻絲時(shí)，在冷拔到一定的變形度后，要進(jìn)行氫氣保護(hù)再結(jié)晶退火，以繼續(xù)冷拔獲得更細(xì)的絲材。  為了縮短處理時(shí)間，實(shí)際采用的再結(jié)晶退火溫度比該金屬的最低再結(jié)晶溫度要高100～200℃。,金屬的熱加工,一、金屬的熱加工與冷加工,金屬塑性變形的加工方法有熱加工和冷加工兩種。熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時(shí)是否加熱來(lái)區(qū)分，而是根據(jù)變形時(shí)的溫度處于再結(jié)晶溫度以上還是以下來(lái)劃分的。 從金屬學(xué)的角度出發(fā)，冷、熱變形加

34、工是以再結(jié)晶溫度為界限的，低于再結(jié)晶溫度的變形稱為冷變形加工；高于再結(jié)晶溫度的變形就稱為熱變形加工。,金屬的熱加工與冷加工,不能憑直覺(jué)判斷；如鎢的再結(jié)晶溫度為1200 ℃ ，其在1000 ℃的變形加工仍是冷加工；又如鉛、錫等金屬，在室溫下的變形就是熱變形加工；,金屬的冷加工,在金屬的再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工。如低碳鋼的冷軋、冷拔、冷沖等。 由于加工溫度處于再結(jié)晶溫度以下， 金屬材料發(fā)生塑性變形時(shí)不會(huì)伴隨再結(jié)晶過(guò)程。因

35、此冷加工對(duì)金屬組織和性能的影響即是前面的所述塑性變形的影響規(guī)律。 與冷加工前相比，金屬材料的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，即產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象。,金屬的冷加工,性能變化是單向的：　　變形前　　　　　　　　　變形后,,軟,硬,加工硬化,金屬的熱加工,在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工稱為熱加工，例如鋼材的熱鍛和熱軋。熱加工溫度：　　T再<T熱加工<T熔－100～200℃,金屬的熱加工,在熱變形加工時(shí)，由于溫度處于再

36、結(jié)晶溫度以上，材料性能的變化是雙向的，因?yàn)樵诎l(fā)生加工硬化的同時(shí)，還發(fā)生著再結(jié)晶，也就是因?yàn)樽冃伟l(fā)生的硬化和因?yàn)樵俳Y(jié)晶發(fā)生的軟化在同時(shí)進(jìn)行著。那一個(gè)方面占優(yōu)勢(shì)要看是變形度和加熱溫度的具體情況。,金屬的熱加工,金屬材料發(fā)生塑性變形后，隨即發(fā)生再結(jié)晶過(guò)程。因此塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過(guò)程的軟化作用所消除，使材料保持良好的塑性狀態(tài)。,金屬的熱加工,性能變化是雙向的：　　變形前　　　　　　　　　變形后,,軟,軟,加工硬化,,再結(jié)晶

37、,二、金屬熱加工對(duì)組織與性能的變化,消除鑄態(tài)組織缺陷,熱加工能使鑄態(tài)金屬中的氣孔、疏松、微裂紋焊合，提高金屬的致密度；減輕甚至消除樹(shù)枝晶偏析和改善夾雜物、第二相的分布等；提高金屬的力學(xué)性能，特別是韌性和塑性。,消除鑄態(tài)組織缺陷,熱加工能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹(shù)枝晶和柱狀晶，并通過(guò)再結(jié)晶獲得等軸細(xì)晶粒，而使金屬的力學(xué)性能全面提高。但這與熱加工的變形量和加工終了溫度關(guān)系很大，采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、 快的冷卻速度可獲得細(xì)小晶粒

38、。,熱加工流線,熱加工能使金屬中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物和第二相沿金屬流動(dòng)方向被拉長(zhǎng)，形成纖維組織(或稱“流線”)，使金屬的力學(xué)性能特別是塑性和韌性具有方向性，縱向上的性能顯著大于橫向上的。因此熱加工時(shí)應(yīng)力求工件流線分布合理。,熱加工流線,鍛造曲軸的合理流線分布，可保證曲軸工作時(shí)所受的最大拉應(yīng)力與流線一致，而外加剪切應(yīng)力或沖擊力與流線垂直，使曲軸不易斷裂。切削加工制成的曲軸，其流線分布不合理，易沿軸肩發(fā)生斷裂。,熱加工流線,形成帶狀

39、組織,鋼中的鐵素體或滲碳體以伸長(zhǎng)的雜質(zhì)為核心形核，形成帶狀組織。帶狀組織能造成材料的各向異性，應(yīng)加以注意。避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高溫 擴(kuò)散退火或正火可以消除帶狀組織。,三、熱加工的優(yōu)點(diǎn),可持續(xù)大變形量加工動(dòng)力消耗小提高材料質(zhì)量和性能,三、熱加工的優(yōu)點(diǎn),由于熱加工可使金屬的組織和性能得到顯著改善，所以受力復(fù)雜、載荷較大的重要工件，一般都采用熱加工方法來(lái)制造。,四、超塑性,超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別