06金屬的塑性變形與再結(jié)晶解析

1、第六講第六講金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶 主講：曹光明主講：曹光明金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、金屬及合金的塑性變形。 1、單晶體的塑變； 2、多晶體的塑變 二、塑變對(duì)金屬的組織及性能的影響。 三、塑變金屬在加熱時(shí)組織及性能的變化。 1、回復(fù)； 2、再結(jié)晶； 3、晶粒長(zhǎng)大。 四、金屬的熱加工 1、冷熱加工的區(qū)別； 2、對(duì)組織及性能的影響； 3、熱加工金屬晶粒組織控制。 金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、金屬及合金的塑性變形一、金屬及合金的塑性變形 什么是塑變？ 在外力作用下發(fā)生了不可回復(fù)的殘余變形。 1、單晶體的塑變、單晶體的塑變 方式：方式： 滑移和孿生，滑移和孿生， 其中滑移是主要的。

2、其中滑移是主要的。 （1）滑移： 晶體的兩部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 拉伸時(shí)，外力在晶內(nèi)某一晶面上分解為兩種應(yīng)力： 切應(yīng)力切應(yīng)力 使晶格產(chǎn)生彈性歪扭后滑移。 正應(yīng)力正應(yīng)力 只引起晶格彈性伸長(zhǎng)進(jìn)而拉斷 。、 滑移變形的要點(diǎn)：滑移變形的要點(diǎn)： 滑移只在切應(yīng)力作用下發(fā)生； 滑移距離為原子間距的整數(shù)倍； 滑移常沿晶體中原子的密排面和密排方向進(jìn)行； 金屬的塑性變形與再結(jié)晶滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：1106111 262=12 1114110343=120001 120 313=3 晶體的滑移造成滑移帶晶體的滑移造成滑移帶 金屬的塑性變形與再結(jié)

3、晶滑移帶滑移線滑移的同時(shí)伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) FFF滑移方向F滑移面法線方向外力F在滑移面滑移方向上的分切應(yīng)力為： = cos/cosFAFA其中coscos稱為取向因子。當(dāng)或?yàn)?0時(shí)，當(dāng)=45時(shí)，= coscos=coscos coscos=0，此時(shí)晶體不會(huì)滑移；coscos=1/2為最大，此時(shí)晶體處于有利于滑移的位向上?；频臋C(jī)理：滑移的機(jī)理： 金屬的塑性變形與再結(jié)晶剛性滑移模型剛性滑移模型： 位錯(cuò)模型：位錯(cuò)模型： 3點(diǎn)假設(shè)： 晶體理想完整； 剛性滑移； 滑移距離為原子間距的整數(shù)倍 。（2）孿生）孿生 金屬的塑性變形與再結(jié)晶在切應(yīng)力作用下，晶體的的兩部分沿一定的晶面和

4、晶向產(chǎn)生整體的剪切變形。 孿生與滑移的主要區(qū)別：孿生與滑移的主要區(qū)別： 變形方式；變形方式； 變形后的位向變形后的位向 孿生是使一部分晶體整體發(fā)生均勻的切變；而滑移則集中在一些滑移面上。 孿生使一個(gè)晶體的兩部分沿一個(gè)公共晶面構(gòu)成了鏡面對(duì)稱關(guān)系；而滑移則不改變晶體的位向。 原子位移距離不同原子位移距離不同孿生時(shí)，孿晶帶中的原子沿孿生方向的位移量為原子間距的的分?jǐn)?shù)值；而滑移為原子間距的整數(shù)倍。 孿生變形困難孿生變形困難 一般先滑移，滑移困難后，發(fā)生孿生，二者交替進(jìn)行 。 2、多晶體的塑變、多晶體的塑變 金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）多晶體塑變的特點(diǎn)：晶界的阻礙： 雙晶粒拉伸出現(xiàn)竹節(jié)現(xiàn)象 晶界處變形困

5、難 原因: 晶界處原子排列紊亂，阻礙位錯(cuò)的滑移。 雙晶粒拉伸試驗(yàn)晶界受晶粒位向的影響： 多晶體每個(gè)晶粒的變形需與周圍其它晶粒的變形相協(xié)調(diào)。 塑變過(guò)程： 各晶粒變形不同時(shí)，分批進(jìn)行。（2）晶粒大小對(duì)塑變的影響）晶粒大小對(duì)塑變的影響 金屬的塑性變形與再結(jié)晶12siyK d其中：s為屈服極限，i 、 ky為材料常數(shù)，d為晶粒平均直徑。 影響s的因素： 晶粒越細(xì)，晶界越多，晶粒位向影響越大，s越大； 晶粒度： 而且、也提高， 原因是：原子間結(jié)合力越大，s越大； 晶粒越多，變形越分散，各晶粒變形均勻，不易導(dǎo)致應(yīng)力集中，故斷裂前變形量較大。 細(xì)晶強(qiáng)化：細(xì)晶強(qiáng)化： 由于細(xì)化晶粒而使強(qiáng)度硬度升高的現(xiàn)象。3、合

6、金的塑變、合金的塑變 金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）單相固溶體的塑變）單相固溶體的塑變 與純金屬基本相同，但存在固溶強(qiáng)化。原因是： 溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。 用“溶質(zhì)原子氣團(tuán)”理論解釋 。（2）兩相合金的塑變）兩相合金的塑變 兩相合金一般是： 固溶體 + 金屬間化合物 基體相 塑性好 強(qiáng)化相 硬、脆、難以變形 合金的性能取決于強(qiáng)化相的分布狀態(tài)： 在晶界上網(wǎng)狀分布： 、k較差，強(qiáng)度低； 在晶內(nèi)層狀分布： 、k較好，有一定的強(qiáng)度； 在晶內(nèi)彌散分布： 強(qiáng)化作用顯著。 二、塑變對(duì)金屬的組織及性能的影響二、塑變對(duì)金屬的組織及性能的影響 金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)，形成纖維組織，

7、性能趨于各向異性； （2）晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化； （3）產(chǎn)生形變織構(gòu)（晶粒位向的擇優(yōu)取向），性能趨于各向異性。 4、物化性能。 導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁、抗蝕性下降。 絲織構(gòu)板織構(gòu)冷沖件的“制耳”現(xiàn)象 冷變形會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力：冷變形會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力： 金屬的塑性變形與再結(jié)晶有三類內(nèi)應(yīng)力有三類內(nèi)應(yīng)力： 外力去除后殘留于金屬內(nèi)部并自相平衡的的應(yīng)力。 第一類：宏觀殘余應(yīng)力 工件各個(gè)部分變形不均勻引起的，在整個(gè)金屬體積范圍內(nèi)存在。 第二類：微觀殘余應(yīng)力 晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆蛞鸬?，在晶?；騺喚С叨确秶鷥?nèi)存在。 第三類：晶格畸變應(yīng)力 由位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷引起的，在原子尺度范圍內(nèi)存在。 此類應(yīng)力是主要

8、的，占存儲(chǔ)能的80-90%。 三、金屬在加熱時(shí)組織及性能的變化三、金屬在加熱時(shí)組織及性能的變化 金屬的塑性變形與再結(jié)晶冷變形金屬由于組織變化， 導(dǎo)致加工硬化， 內(nèi)應(yīng)力很大， 不穩(wěn)定， 通常施以退火：去應(yīng)力退火， 去應(yīng)力，改善某些物化性能。 再結(jié)晶退火， 消除加工硬化。 冷變形金屬加熱時(shí)的變化分為以下三個(gè)階段：冷變形金屬加熱時(shí)的變化分為以下三個(gè)階段： 1、回復(fù)：、回復(fù)： 此時(shí)溫度低， 只有點(diǎn)缺陷的消失及位錯(cuò)的遷移（滑移、攀移）， 晶格畸變減輕，應(yīng)力下降，物性恢復(fù)。 去應(yīng)力退火， 由于顯微組織沒(méi)有明顯的變化，力性基本不變。 2、再結(jié)晶：、再結(jié)晶： 溫度較高時(shí)（TT再）， 原子擴(kuò)散能力升高， 金屬中

9、發(fā)生新晶粒的形核與長(zhǎng)大， 原來(lái)加工硬化組織恢復(fù)為新的等軸狀晶， 應(yīng)力徹底消除，力性得以回復(fù)。 再結(jié)晶退火。3、晶粒長(zhǎng)大、晶粒長(zhǎng)大 金屬的塑性變形與再結(jié)晶自發(fā)過(guò)程 符合能量最低原理：晶粒長(zhǎng)大可減少晶界面積，使晶界能下降，組織更穩(wěn)定。 需控制長(zhǎng)大： T加熱，t加熱 。正常晶粒長(zhǎng)大： 異常晶粒長(zhǎng)大（又稱二次再結(jié)晶）： 很多晶粒同步均勻長(zhǎng)大。 少數(shù)晶粒產(chǎn)生急劇長(zhǎng)大而形成粗大組織。當(dāng)冷變形度在2-10%時(shí)， 金屬畸變能小，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力小，再結(jié)晶晶核少，少數(shù)再結(jié)晶晶粒持續(xù)長(zhǎng)大而形成粗大組織。變形度一般采取30-70%的變形度。變形度太大也會(huì)產(chǎn)生異常晶粒長(zhǎng)大。四、金屬的熱加工四、金屬的熱加工 金屬的塑性變形與再結(jié)晶1、冷熱加工的區(qū)別：、冷熱加工的區(qū)別： TT再：冷加工； TT再：熱加工。 但無(wú)嚴(yán)格界限。 2、對(duì)組織及性能的影響、對(duì)組織及性能的影響 （1）消除鑄態(tài)金屬的某些缺陷，提高致密度及力性。 氣孔、疏松焊合；消除某些偏析；細(xì)化晶粒，改善夾雜物的形態(tài)、分布 。（2）形成熱加工的纖維組織（流線），性能各向異性。 對(duì)象： 枝晶偏析、非金屬夾雜物 縱向橫向， 流線應(yīng)與零件受力最大的方向一致 （3）出現(xiàn)帶狀組織 橫向、k下降，切削性能惡化。 3、熱加工金屬晶粒組織控制、熱加工金屬晶粒組織控制 金屬的塑性變