新-第四章金屬的塑性變形和再結(jié)晶

1、 塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響有顯著的影響. 了解塑性變形的本質(zhì)了解塑性變形的本質(zhì),塑性變形及加塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝確確定加工工藝.外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片l塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移和孿生。滑移和孿生。l金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。 l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面

2、和滑移方向。方向。通常是晶體中的密排面和密排方向通常是晶體中的密排面和密排方向。 體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶多多 腳腳 蟲(chóng)蟲(chóng) 的的 爬爬 行行l(wèi)晶體通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移晶體通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱(chēng)作現(xiàn)

3、象稱(chēng)作位錯(cuò)的易動(dòng)性位錯(cuò)的易動(dòng)性。孿晶組織孿晶組織孿生示意圖孿生示意圖Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯(cuò)塞積界的位錯(cuò)塞積便成為塑性變形晶便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相于晶粒間的這種相互約束，使得多晶互約束，使得多晶體金屬的塑性變形體金屬的塑性變形抗力提高?？沽μ岣摺?細(xì)，晶界總面積越大細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬使金屬塑性變形的抗力越高塑性變形的抗力越高。細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化是工業(yè)生產(chǎn)中重要的強(qiáng)化方法。是工業(yè)生產(chǎn)中重要的強(qiáng)化方法。形的晶粒數(shù)目也越形的晶粒數(shù)目也越多，變形

4、越均勻，多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加度和塑性同時(shí)增加,金屬在斷裂前消耗金屬在斷裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韌性也比較好。韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料 得模糊不清。得模糊不清。l塑性變形還使晶粒塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。破碎為亞晶粒。5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%l形變織構(gòu)使金屬呈形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象現(xiàn)象，使零件邊緣不，使零件邊

5、緣不齊，厚薄不勻。齊，厚薄不勻。各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無(wú)無(wú)冷塑性變形量，冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅冷塑性變形量，冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，伸長(zhǎng)率，%1040鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵l內(nèi)應(yīng)力的存在，內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，使金屬耐蝕性下降，引起零件加引起零件加工、淬火過(guò)程中的變形和開(kāi)裂，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。工、淬火過(guò)程中的變形和開(kāi)裂，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，因此，金屬在塑性變

6、形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上于高密度位錯(cuò)基體上冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒

7、后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織原子穿過(guò)原子穿過(guò)晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散晶界遷晶界遷移方向移方向冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織分后的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶黃銅的再結(jié)晶T再再與與的關(guān)系的關(guān)系l

8、純金屬的最低再結(jié)晶溫度純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系: T再再0.4T熔熔l金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T再再也越高也越高.l提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長(zhǎng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間加熱時(shí)間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。l生產(chǎn)中，把生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱(chēng)為消除加工硬化的熱處理稱(chēng)為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響不均勻，再結(jié)晶晶不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，粒大小相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大易互相吞并和長(zhǎng)大,再結(jié)晶后晶粒特別再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度粗大，這個(gè)變形度稱(chēng)稱(chēng)臨界變形度臨界變形度。軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔巨型自由鍛件巨型自由鍛件鍛壓鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖結(jié)晶示意圖滾壓成型后螺