第三章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、l塑性變形及其隨后的加熱對(duì)金塑性變形及其隨后的加熱對(duì)金屬材料的組織和性能有著顯著屬材料的組織和性能有著顯著的影響。的影響。了解塑性變形的本質(zhì)，了解塑性變形的本質(zhì)，塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，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，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝。正確確定加工工藝。 5萬(wàn)噸水壓機(jī)萬(wàn)噸水壓機(jī)一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形l單晶體受力后，外力在任何單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為晶面上都可分解為正應(yīng)力正應(yīng)力和和切應(yīng)力切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。性變形及解理斷裂。只有在只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才切應(yīng)

2、力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。能產(chǎn)生塑性變形。外力在晶外力在晶面上的分面上的分解解切應(yīng)力作切應(yīng)力作用下的變用下的變形形鋅單晶拉鋅單晶拉伸照片伸照片l塑性變形有兩種形式：塑性變形有兩種形式：滑移和孿生滑移和孿生。在多數(shù)情況下，在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以滑移方式進(jìn)行的。金屬的塑性變形是以滑移方式進(jìn)行的。 l 滑移滑移l滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。l1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn) ：l 滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生?；浦荒茉谇袘?yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最產(chǎn)生滑移的最

3、小切應(yīng)力稱小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力。 l滑移常沿晶體中原子密滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。度最大的晶面和晶向發(fā)生。因?yàn)樵用芏茸畲蟮木嬉驗(yàn)樵用芏茸畲蟮木婧途蛑g原子間距最大，和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小需切應(yīng)力最小。l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。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。 l一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)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

4、系l滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。l因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格，因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格，體心立方晶格好于密排六方晶格。體心立方晶格好于密排六方晶格。l 滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍。整數(shù)倍。l滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線滑移線，若干，若干條滑移線組成一個(gè)條滑移線組成一個(gè)滑移帶滑移帶。 滑移帶和滑移線示意圖滑移

5、帶和滑移線示意圖銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶l 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)?；频耐瑫r(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。l轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移面上滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)?；品较蛳蜃畲笄袘?yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 l轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)晶體滑移后使正應(yīng) 力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶。力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶。l當(dāng)滑移面、滑移方向與外力軸方向都呈當(dāng)滑移面、滑移方向與外力軸方向都呈45角時(shí)，角時(shí)，滑移方向上的切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移?；品较蛏系那袘?yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移。l滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)

6、生變化?；坪?，滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。 l2、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理l把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大 3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。l滑移是通過滑移面上位滑移是通過滑移面上位 錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。l晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)

7、性。位錯(cuò)的易動(dòng)性。l 孿生孿生l孿生孿生是指晶體的一部分沿一是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部定晶面和晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變發(fā)生切變的部分稱的部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿，沿其發(fā)生孿生的晶面稱其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面孿生面，孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。晶體呈鏡面對(duì)稱。 l與滑移相比：與滑移相比：l孿生使晶格位向發(fā)生改變孿生使晶格位向發(fā)生改變；l所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快變形速度極快, 接近聲速；接近聲速；l孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移

8、量小于一個(gè)原子間距。l密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶退火孿晶。 （ABCABCABCABCABCABCBACBA） 奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿

9、晶二、二、多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 l單個(gè)晶粒變形與單晶體相似。而單個(gè)晶粒變形與單晶體相似。而 多晶體變形比單晶體復(fù)雜得多。多晶體變形比單晶體復(fù)雜得多。l 晶界及晶粒位向差的影響晶界及晶粒位向差的影響 l1、晶界的影響、晶界的影響 l當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái)，稱來(lái)，稱位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行，則必須增加。要使變形繼續(xù)進(jìn)行，則必須增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。位錯(cuò)塞積示意圖位錯(cuò)塞積示意圖l2、晶粒位向的影響、晶粒位向的影響l由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)

10、生塑性變形由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變便成為塑性變形晶粒的變 形阻力。由于晶粒間的這形阻力。由于晶粒間的這 種相互約束，使得多晶體種相互約束，使得多晶體 金屬的塑性變形抗力提高。金屬的塑性變形抗力提高。 l 多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程l多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于接近于45的晶粒。的

11、晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由一批晶不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有當(dāng)有 大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬 便顯示出明顯的塑性變形。便顯示出明顯的塑性變形。 銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶銅多晶試樣拉伸后形成的滑移帶l 晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響l金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。l因金屬因金屬晶粒

12、越細(xì)，晶晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶的具有不同位向的晶粒越多粒越多，使金屬塑性，使金屬塑性變形的抗力越高。變形的抗力越高。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度的關(guān)系晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度的關(guān)系l金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。l因因晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，金屬在斷裂前消耗的金屬在斷裂前消耗

13、的功也大，功也大，因而其韌性因而其韌性也比較好。也比較好。鋅單晶和多晶的拉伸曲線鋅單晶和多晶的拉伸曲線l根據(jù)組織，合金可分為根據(jù)組織，合金可分為單相固溶體單相固溶體和和多相混合物多相混合物兩兩種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同。不同。奧氏體奧氏體珠光體珠光體l一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化l單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但程也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、

14、韌性下降，稱溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化。 l產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變?nèi)苜|(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高。 Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系合金成分與性能關(guān)系l二、二、多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化l當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，當(dāng)合金的組

15、織由多相混合物組成時(shí)，合金的塑性合金的塑性變形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的變形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量 和分布有關(guān)。和分布有關(guān)。l第二相可以是純金屬、固第二相可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金溶體或化合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。中第二相多數(shù)是化合物。 + 鈦合金鈦合金(固溶體第二相固溶體第二相)l當(dāng)在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)當(dāng)在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)，對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性都，對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性都不利；不利；l當(dāng)在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)當(dāng)在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)，可提高強(qiáng)度、硬度，但，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降低塑性和韌性；會(huì)降低塑性和韌性；顆粒

16、釘扎作用的電鏡照片顆粒釘扎作用的電鏡照片l當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，第二相顆粒越細(xì)，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化或或沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化。l彌散強(qiáng)化的原因彌散強(qiáng)化的原因是由于硬的顆粒不易被切變，因而是由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。l一、一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 l金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變

17、化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。l塑性變形還使塑性變形還使 晶粒破碎為亞晶粒破碎為亞 晶粒。晶粒。工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化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在塑性變形過程中，由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，在塑性變形過程中，由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)變形達(dá)到當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與外力一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與外

18、力方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)織構(gòu)或或擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向.。l形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性，在深沖零件時(shí)，易，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻?，F(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的各向異性導(dǎo)致的“制耳制耳”變形前變形前變形后變形后二、二、加工硬化加工硬化 l隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。加工硬化

19、。l產(chǎn)生加工硬化的原因是：產(chǎn)生加工硬化的原因是：l1、隨變形量增加，位錯(cuò)密度、隨變形量增加，位錯(cuò)密度增加增加(為什么？為什么？)，由于位錯(cuò)，由于位錯(cuò)之間的交互作用之間的交互作用(堆積、纏結(jié)堆積、纏結(jié)等等)，使變形抗力增加。，使變形抗力增加。 強(qiáng)度與冷變形量的關(guān)系強(qiáng)度與冷變形量的關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度的關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度的關(guān)系l2、隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化、隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化。l3、隨變形量增加、隨變形量增加, 空位密度增加。空位密度增加。l4、幾何硬化、幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起。：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起。l由于加工硬化的存在，使已變形部分發(fā)生硬化而停止由于加工硬化的存在，使已變形部分發(fā)生硬化而停止變

20、形，而未變形部分開始變形，因此，變形，而未變形部分開始變形，因此，沒有加工硬化，沒有加工硬化，金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。l加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，尤其對(duì)于那些尤其對(duì)于那些不能以熱處理強(qiáng)化的金屬和合金更為重要不能以熱處理強(qiáng)化的金屬和合金更為重要。三、三、殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力 l內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受是由于金屬受力時(shí)，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變力時(shí)，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只有形時(shí)，外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于轉(zhuǎn)化為

21、內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。金屬中。 l內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：l第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間（宏觀內(nèi)應(yīng)平衡于表面與心部之間（宏觀內(nèi)應(yīng)力）。力）。l第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間，平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間，（微觀內(nèi)應(yīng)力）（微觀內(nèi)應(yīng)力） 。l第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 l第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度強(qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。降低。l內(nèi)應(yīng)力的存在，內(nèi)應(yīng)力的存

22、在，使金屬耐蝕性下降，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。l一一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化 l金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前組織狀態(tài)的傾向。但恢復(fù)到變形前組織狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)在常溫下，原子擴(kuò)散能力小，不穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間散能力小，不穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，而加熱而加

23、熱則使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生則使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大晶和晶粒長(zhǎng)大。 l1. 回復(fù)回復(fù)l回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)的近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。位錯(cuò)的近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如如空位與空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而而使缺陷數(shù)量減少等。使缺陷數(shù)量減少等。l由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的無(wú)序狀態(tài)變?yōu)榇褂捎谖诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的無(wú)序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞晶界，直分布，形成亞晶界?這一過程稱這

24、一過程稱多邊形化多邊形化。多邊形化示意圖多邊形化示意圖l在回復(fù)階段在回復(fù)階段，金屬組織變化不，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降阻率等顯著下降。l工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱理方法稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。l2. 再結(jié)晶再結(jié)晶l當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變大，晶粒的形狀開

25、始發(fā)生變化，化，由破碎拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)橛善扑槔L(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒完整的等軸晶粒。這種。這種冷變冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱組的過程稱再結(jié)晶再結(jié)晶。鐵素體變形鐵素體變形80%650加熱加熱670加熱加熱l再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不是相變過程，是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。和成分完全相同。l由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化塑性、韌性提高，加工硬化消失消失。580

26、C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l再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。，這是一個(gè)自發(fā)的過程。晶粒的長(zhǎng)大晶粒的長(zhǎng)大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低 。580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫

27、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二、二、再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度l再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱最低溫度稱再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度。580C保

28、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影響再結(jié)晶溫度的因素為：影響再結(jié)晶溫度的因素為：l1、金屬的預(yù)先變形程度：、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大，金屬預(yù)先變形程度越大，再結(jié)晶溫度越低。再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度。l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：T再再0.4T熔

29、。熔。l其中其中T再再、T熔熔為絕對(duì)溫度。為絕對(duì)溫度。l金屬的熔點(diǎn)越高金屬的熔點(diǎn)越高，T再再也越高。也越高。l2、金屬的純度、金屬的純度l金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，擴(kuò)散和晶界遷移作用，使金屬再結(jié)晶溫度顯著提高使金屬再結(jié)晶溫度顯著提高。l3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間l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)加提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，使原子擴(kuò)散充分，再結(jié)晶溫度降低。熱時(shí)間，使原子擴(kuò)散充分，再結(jié)晶溫度降低。l工業(yè)生產(chǎn)中，把工業(yè)生產(chǎn)中，把消除加工硬化

30、的熱處理稱為消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度常比再結(jié)晶溫度高再結(jié)晶退火溫度常比再結(jié)晶溫度高100 200。 三三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素 l1、加熱溫度和保溫時(shí)間、加熱溫度和保溫時(shí)間l加熱溫度越高，保溫時(shí)間加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。加熱溫度的影響尤為顯著。 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l預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響。預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響。l當(dāng)變形度很小時(shí)當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶。

31、，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶。l當(dāng)變形達(dá)到當(dāng)變形達(dá)到210%時(shí)時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極，只有部分晶粒變形，變形極預(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)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度預(yù)先變形度不均勻，再結(jié)晶晶粒大不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞小相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大，再結(jié)晶后晶并和長(zhǎng)大，再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形粒特別粗大，這個(gè)變形度稱度稱臨界變形度臨界變形度。l當(dāng)超過臨界變形度后當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越，隨變形程度增加，變形越來(lái)越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶來(lái)越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。基本不變。 l對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時(shí)（量相當(dāng)大時(shí)（ 90%），），再結(jié)晶后晶粒又重新出再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān)。這與形成織構(gòu)有關(guān)。第四節(jié) 金屬的熱變形 l一、冷變形與熱變形的區(qū)別一、冷變形與熱變形的區(qū)別l在金屬學(xué)中，冷熱變形的界限是以再結(jié)晶溫度來(lái)劃在金屬學(xué)中，冷熱變形的