第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶課件

第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶

了解塑性變形的本質(zhì)與塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝。5萬噸水壓機(jī)隨后的

加熱↑壓力加工↑性能得到改善↑塑性變形↑性能變壞↑組織發(fā)生↑了解塑性變形的本質(zhì)與塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶教學(xué)目的：塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，而且更為重要的是塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。本章重點(diǎn)：

1、金屬塑性變形及其特點(diǎn)

2、塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響

3、回復(fù)與再結(jié)晶本章難點(diǎn)：塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶教學(xué)目的：第一節(jié)金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形

多晶體金屬的塑性變形第一節(jié)金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理為引起彈性變形及機(jī)理斷裂的應(yīng)力正應(yīng)力σσσσσσσσσσσσσσ外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理為引起彈性變形外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理—為引起金屬晶體產(chǎn)生塑性變形應(yīng)力。切應(yīng)力晶格就產(chǎn)生了微量的塑性變形。外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理—為引起金屬晶一、單晶體金屬的塑性變形塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

一、單晶體金屬的塑性變形塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常

滑移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。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

滑移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1、滑移變形的特點(diǎn)：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.

1、滑移變形的特點(diǎn)：⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面的面間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三種典型金屬晶格的滑移系一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格面原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格{110}6<111>2面心立方晶格{111}4<110>3密排六方晶格六方底面1底面對(duì)角線3原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方滑移系越多，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。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?；葡翟蕉?，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方⑶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是滑移方向原子間距的整數(shù)倍。

滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。

⑶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是滑移方向原子間距的整數(shù)倍。⑷滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)

滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈45°角時(shí)，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移.⑷滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶課件轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.A0

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最大切應(yīng)力方向滑移方向滑移面轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.A2、滑移的機(jī)理

晶體滑移是否是整個(gè)滑移面上的全部原子一起移動(dòng)的剛性位移？？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?；撇皇莿傂曰瑒?dòng)，而是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。例如:

對(duì)銅，按剛性整體滑動(dòng)計(jì)算出的臨界切應(yīng)力為1540MN/m2，而其實(shí)際測定值僅為1.0MN/m2。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)際測量臨界切應(yīng)力值大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。2、滑移的機(jī)理晶體滑移是否是整個(gè)滑移面上的全部原子一晶體通過位錯(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)力小。圖2-5晶體中通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成滑移的示意圖晶體通過位錯(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)生移動(dòng)，滑移的原因：內(nèi)因：滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而不是剛性滑移外因：切應(yīng)力的作用當(dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯(cuò)移出，則在晶體表面形成一條滑移線?；频脑颍寒?dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的晶體塑性變形的基本方式:晶體滑移并不是在切應(yīng)力作用下，一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生相對(duì)的整體移動(dòng)?；坪蛯\生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)塑性變形最主要的方式:滑移滑移的實(shí)質(zhì)是:晶體塑性變形的基本方式:晶體滑移并不是在切應(yīng)力作用下，一部多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。二、多晶體金屬的塑性變形多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形二、多晶體金屬的塑性變形雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，晶界處較粗，這說明晶界的變形抗力大，變形較小。二、多晶體金屬的塑性變形雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，晶界處較粗Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積1、晶界的影響

晶界處原子排列紊亂，雜質(zhì)原子較多，增大了其晶格的畸變，因而在該處滑移時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的阻力較大，難以發(fā)生變形，具有較高的塑性變形抗力。㈠多晶體塑性交形的影響因素1、晶界的影響㈠多晶體塑性交形的影響因素2、晶粒位向的影響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)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。

2、晶粒位向的影響這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。晶粒間的位向不同塑性變形產(chǎn)生不均勻性。拉伸時(shí)，在與外力成45?方向上的切應(yīng)力最大，偏移該方向越遠(yuǎn)，則切應(yīng)力越小(與外力平行或垂直方向的切應(yīng)力等于零)。各個(gè)晶粒的位向是無序的，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能接近45?方向(稱為軟位向)，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能偏離45?方向(稱為硬位向)。處于軟位向的晶粒先發(fā)生滑移變形，而處于硬位向的晶?？赡苓€只有彈性變形。

圖2-10多晶體金屬不均勻塑性變形過程的示意圖（二）多晶體金屬的塑性變形過程晶粒間的位向不同塑性變形產(chǎn)生不均勻性。圖2-10多晶體多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。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粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬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σσ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45°的（二）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響1金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度越高。金屬的強(qiáng)度提高金屬晶粒越細(xì)晶界總面積↑→具有不同位向的晶?！诲e(cuò)障礙↑→↑→↑塑性變形抗力提高（二）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響1金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度2金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬晶粒越細(xì)↑→單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目↑→有利于滑移的位向的晶粒數(shù)減少應(yīng)力集中金屬的塑性、韌性避免斷裂→→↑↑變形越均勻↑2金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬晶粒越細(xì)↑→單位3晶粒越細(xì)金屬的斷裂韌性越好晶粒越細(xì)小，晶界越多且越曲折→不利于裂紋的傳播→斷裂時(shí)需消耗較大的功→斷裂韌性也較好。細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度、硬度較高，塑性較好，韌性也較好。工程上通常希望獲得細(xì)小而均勻的晶粒組織，從而具有較高的綜合力學(xué)性能。3晶粒越細(xì)金屬的斷裂韌性越好晶粒越細(xì)小，晶界越多且越曲折第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性2產(chǎn)生織構(gòu)，出現(xiàn)各向異性3晶粒破碎1位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)金屬一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。

一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向a)正火態(tài)(b)變形40%(c)變形80%圖2-11工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化400×a)正火態(tài)(b)變形40%隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細(xì)條狀或者纖維狀；晶粒被拉長或者壓扁細(xì)條狀纖維組織等軸晶粒變形度增加隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細(xì)條狀或者纖維狀；晶

當(dāng)變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑移產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，將取得接近一致的結(jié)構(gòu)稱變形織構(gòu)，又稱擇優(yōu)取向。2產(chǎn)生織構(gòu)，出現(xiàn)各向異性當(dāng)變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)。

拉拔引起的織構(gòu)稱為絲織構(gòu)。絲織構(gòu):

各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后，其（110）平行于拔絲方向。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主要有兩種類型：織構(gòu)有時(shí)使材料的加工成形性能惡化。拉拔引起的織構(gòu)稱為絲織構(gòu)。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方軋制引起的織構(gòu)稱為板織構(gòu)。板織構(gòu)：各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向。例低碳鋼的板織構(gòu)為{001}〈110〉。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主要有兩種類型：織構(gòu)有時(shí)使材料的加工成形性能惡化。軋制引起的織構(gòu)稱為板織構(gòu)。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主

變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均勻的塑性變形會(huì)使薄板沖壓產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象。制耳示意圖

變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均勻的塑性變形會(huì)使3晶粒破碎形成亞晶粒

隨著變形的增大→位錯(cuò)密度明顯增大→滑移地帶增多→晶粒逐漸“碎化”成許多位向略有不的亞晶粒。3晶粒破碎形成亞晶粒隨著變形的增大→位錯(cuò)密度明顯增大二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響纖維組織的形成，使金屬的性能具有方向性，沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性明顯高于垂直方向的強(qiáng)度和塑性晶粒破碎和位錯(cuò)密度增加，使金屬的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降。組織上的變化，是否會(huì)引起性能上的變化？二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響纖維組織的形成，使金屬的性能具有1.產(chǎn)生加工硬化冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅1.產(chǎn)生加工硬化冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼加工硬化金屬發(fā)生冷塑性變形后，隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化(workhardening)。加工硬化原因：（1）塑性變形↑

→位錯(cuò)密度增加，相互纏結(jié)，運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑（2）塑性變形量↑→晶粒變形、破碎，形成亞晶粒，亞晶界阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)度和硬度↑加工硬化的原因加工硬化金屬發(fā)生冷塑性變形后，隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度冷塑性變形與性能關(guān)系冷塑性變形與性能關(guān)系(1)它是提高不方便進(jìn)行熱處理的合金構(gòu)件金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨性的重要手段之一，特別是對(duì)那些不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的金屬及合金尤為重要。如冷卷彈簧，高錳鋼制作的坦克、拖拉機(jī)帶履、破碎機(jī)顎板和奧氏體不銹鋼等。加工硬化在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義：加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一(1)它是提高不方便進(jìn)行熱處理的合金構(gòu)件金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨

(2)它是某些工件或半成品能夠拉伸或冷沖壓加工成形的重要基礎(chǔ)，有利于金屬均勻變形。如金屬薄板在沖壓過程中，彎角處變形最嚴(yán)重，首先產(chǎn)生加工硬化，因此該處變形到一定程度后，隨后的變形就轉(zhuǎn)移到其他部分，這樣便可得到厚薄均勻的沖壓件。(2)它是某些工件或半成品能夠拉伸或冷沖壓加工成形的重要基2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力(innerstress)是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力，它是由于金屬在外力作用下，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力對(duì)金屬所做的功，約90%以上變成了熱而散失。不到10%的功則以位能的形式儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部，從而導(dǎo)致金屬內(nèi)能的升高。大量金屬原子偏離了原來的平衡位置而處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致金屬內(nèi)部的變形不均勻及晶格畸變。2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力(innerstress內(nèi)應(yīng)力一般分為以下三類：1．第一類內(nèi)應(yīng)力它是由于金屬的表面和心部塑性變形不均勻造成的，存在于宏觀范圍內(nèi)．故又稱宏觀內(nèi)應(yīng)力。2．第二類內(nèi)應(yīng)力它是由于晶粒之間變形不均勻造成的，存在于晶粒間，故又稱微觀內(nèi)應(yīng)力或晶間內(nèi)應(yīng)力。3．第三類內(nèi)應(yīng)力:是金屬變形強(qiáng)化的主要原因它是由于晶格畸變、原子偏離平衡位置造成的。存在于原子之間，又稱晶格畸變應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力一般分為以下三類：殘余應(yīng)力的存在，會(huì)造成：第一類內(nèi)應(yīng)力主要使工件產(chǎn)生變形；零件加工后，殘余應(yīng)力隨時(shí)間的延長而緩慢松弛，使零件產(chǎn)生變形，影響尺寸精度。第二類內(nèi)應(yīng)力會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋；物理、化學(xué)性能變化

，電阻增加，金屬的耐腐蝕性下降。第三類內(nèi)應(yīng)力則使工件強(qiáng)度、硬度升高，塑性和耐蝕性下降。殘余應(yīng)力的存在，會(huì)造成：第三節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶

金屬塑性變形后，點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)及晶界等晶格缺陷大量增加，引起金屬組織與性能變化，當(dāng)這種變化對(duì)生產(chǎn)不利時(shí)，應(yīng)設(shè)法予以消除。一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化二、金屬的再結(jié)晶溫度三、再結(jié)晶退火后的晶粒度第三節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶金屬塑性變形后，點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)及晶界冷變形導(dǎo)致晶格畸變、晶粒破碎被拉長或壓扁、缺陷增多、內(nèi)應(yīng)力升高，處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前的穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢；低溫下，原子的活動(dòng)能力弱，這種趨勢無法完成；加熱可提高原子活動(dòng)能力→原子擴(kuò)散→晶格畸變消失，從而會(huì)發(fā)生:回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化冷變形導(dǎo)致晶格畸變、晶粒破碎被拉長或壓扁、缺陷增多、內(nèi)應(yīng)力升變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖性能變化組織變化內(nèi)應(yīng)力塑性強(qiáng)度晶粒度回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大溫度變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖性能變化組織變化內(nèi)應(yīng)力塑性一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化1、回復(fù)回復(fù)：加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移→重新排列。如空位與其他缺陷合并，同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。1、回復(fù)回復(fù)：加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬晶粒的大小與形狀無明顯的變化；位錯(cuò)密度變化不大；電阻明顯降低；強(qiáng)度硬度略有降低，內(nèi)應(yīng)力明顯下降?；旧媳３旨庸び不Ч?；特點(diǎn)與變化晶粒的大小與形狀無明顯的變化；基本上保持加工硬化效果；特點(diǎn)與

用于保留加工硬化而降低內(nèi)應(yīng)力改善其它的物理性能的場合。比如冷拔高強(qiáng)度鋼絲，利用加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生的高強(qiáng)度，此外，由于殘余內(nèi)應(yīng)力對(duì)其使用有不利的影響，所以采用低溫退火以消除殘余應(yīng)力。工程應(yīng)用用于保留加工硬化而降低內(nèi)應(yīng)力改善其它的物理性能的場合。工工程應(yīng)用降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸；提高導(dǎo)電性；防止晶間應(yīng)力腐蝕開裂等

。此階段稱為“去應(yīng)力退火”工程應(yīng)用降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸；

當(dāng)冷塑性變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱為再結(jié)晶。

再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。黃銅冷變形33%2.再結(jié)晶形核

3s580℃部分結(jié)晶5s580℃完全結(jié)晶8s580℃當(dāng)冷塑性變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能加熱溫度較高；組織恢復(fù)為細(xì)小的等軸晶粒；內(nèi)應(yīng)力完全消失；加工硬化效果消除，材料的塑性變形能力恢復(fù)；性能：強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性恢復(fù)。特點(diǎn)與變化此階段又稱再結(jié)晶退火應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對(duì)變形后金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性，以利于后面的變形加工。加熱溫度較高；特點(diǎn)與變化此階段又稱再結(jié)晶退火應(yīng)用工業(yè)上利用再再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織3再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長晶粒的長大是通過晶界遷移進(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。晶粒的長大的方式：晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織二、金屬的再結(jié)晶溫度

晶粒大小影響金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性,因此生產(chǎn)上非常重視控制再結(jié)晶后的晶粒度,特別是對(duì)那些無相變的鋼和合金。

再結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，若溫度過低不能發(fā)生再結(jié)晶；若溫度過高，則會(huì)發(fā)生晶粒長大，因此要獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，必須在一個(gè)合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱二、金屬的再結(jié)晶溫度晶粒大小影響金屬的強(qiáng)度、再結(jié)晶溫度：系指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，能夠完成再結(jié)晶或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定程度的最低溫度。

在工業(yè)生產(chǎn)中，通常以經(jīng)過70%以上的大變形量的冷變形加工金屬，經(jīng)一小時(shí)退火能完全再結(jié)晶的最低溫度。再結(jié)晶溫度：系指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，能夠完成再結(jié)晶或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。T再與ε的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素1、金屬的預(yù)先變形程度當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。

預(yù)先變形度越大→產(chǎn)生的位錯(cuò)等晶體缺陷便愈多→內(nèi)能愈高→組織愈不穩(wěn)定→加熱時(shí)易較早出現(xiàn)再結(jié)晶金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。T再與ε的關(guān)系影響再純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔

其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4－

273如Fe的T再=(1538+273)×0.4－273=451℃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:純度下降，則再結(jié)晶溫度提高。2、金屬的純度純度下降，則再結(jié)晶溫度提高。2、金屬的純度金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，特別是高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使金屬再結(jié)晶溫度顯著提高。如純Fe的T再=724K（451℃），而加入少量碳變成低碳鋼后，T再提高到813K（540℃）。實(shí)際金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈（0.5～0.7）T熔

其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，特別是高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界3、加熱速度和加熱時(shí)間↑加熱速度→再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,

↑加熱時(shí)間→原子擴(kuò)散充分→再結(jié)晶溫度降低。生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100~200℃。黃銅580oC保溫8秒后的組織黃銅580oC保溫15分后的組織3、加熱速度和加熱時(shí)間↑加熱速度→再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素1、加熱溫度和保溫時(shí)間

加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素1、加熱溫度和保溫時(shí)間再結(jié)2、預(yù)先變形度當(dāng)變形度很小時(shí)：晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.當(dāng)變形達(dá)到2～10%時(shí)：只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度稱臨界變形度。預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度→變形均勻程度.2、預(yù)先變形度當(dāng)變形度很小時(shí)：晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，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，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。

對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時(shí)(90%)，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān).當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時(shí)再結(jié)晶全圖再結(jié)晶全圖一、冷加工與熱加工的區(qū)別第四節(jié)金屬的熱加工再結(jié)晶溫度是冷熱加工的分界線；

低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。

為什么要進(jìn)行熱加工？何謂冷加工和熱加工？一、冷加工與熱加工的區(qū)別第四節(jié)金屬的熱加工再結(jié)晶溫度是冷熱如Fe

的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃

以下的加工仍為冷加工。而Sn

的再結(jié)晶溫度為-71℃，則其在室溫下的加工為熱加工。熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工不會(huì)帶來加工硬化效果。巨型自由鍛件如Fe的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃以下的加工仍第四節(jié)金屬的熱加工軋制模鍛拉拔第四節(jié)金屬的熱加工軋制模鍛拉拔（1)改善鑄錠和鋼坯的組織和性能。熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金中的氣孔焊合，使粗大的樹枝晶或拄狀晶破碎，從而使組織致密、成分均勻、晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。

鍛壓熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響（1)改善鑄錠和鋼坯的組織和性能。熱加工可使鑄態(tài)金屬與合金熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖30鋼鑄態(tài)和鍛態(tài)的力學(xué)性能比較狀態(tài)σb/MPaσs/MPaδ/(%)Ψ/(%)αk

/(J/cm)鍛態(tài)530310204570鑄態(tài)500280152735

鋼經(jīng)熱塑性交形后，其強(qiáng)度、塑性、沖擊韌性均較鑄態(tài)為高。因此在工程上受力復(fù)雜、載面較大的工件(如齒輪、軸、刀具、模具等)大多數(shù)要通過熱塑性變形加工來制造。30鋼鑄態(tài)和鍛態(tài)的力學(xué)性能比較狀態(tài)σb/MPaσs/(2)形成纖維組織(加工流線)

熱加工使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析、非金屬夾雜物沿變形方向拉長，形成彼此平行的宏觀條紋，稱作流線，由這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。影響：使鋼產(chǎn)生各向異性，拉伸時(shí)流線伸長的方向具有較好的力學(xué)性能，垂直于流線方向的力學(xué)性能較差。吊鉤中的纖維組織(2)形成纖維組織(加工流線)吊鉤中的纖維組織三軍可奪帥也，匹夫不可奪志也。——《論語·子罕》這個(gè)世界本來就是痛苦的，沒有例外的。我不僅僅是你的媽媽，更是你的朋友。你想成為幸福的人嗎？但愿你首先學(xué)會(huì)吃得起苦?！栏衲蚴澜缟现挥邢氩坏降氖?，沒有做不成的事；世界上只有想不通的人，沒有走不通的路。盆景秀木正因?yàn)楸蝗四鐞?，才破滅了成為棟梁之材的夢。與其守成法，毋寧尚自然；與其求劃一，毋寧展個(gè)性?！淘嘣诮?jīng)過歲月的磨礪之后,每個(gè)人都可能擁有一對(duì)閃閃發(fā)光的翅膀,在自己的歲月里化繭成蝶。其實(shí)世界上沒有那么多的如果，有時(shí)候，我們一瞬間失去的東西就是永恒。太陽雖有黑點(diǎn)，卻在奮力燃燒中樹立了光輝的形象。身體健康，學(xué)習(xí)進(jìn)步！三軍可奪帥也，匹夫不可奪志也。——《論語·子罕》身體健康，學(xué)第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶

了解塑性變形的本質(zhì)與塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝。5萬噸水壓機(jī)隨后的

加熱↑壓力加工↑性能得到改善↑塑性變形↑性能變壞↑組織發(fā)生↑了解塑性變形的本質(zhì)與塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶教學(xué)目的：塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，而且更為重要的是塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。本章重點(diǎn)：

1、金屬塑性變形及其特點(diǎn)

2、塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響

3、回復(fù)與再結(jié)晶本章難點(diǎn)：塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶教學(xué)目的：第一節(jié)金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形

多晶體金屬的塑性變形第一節(jié)金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理為引起彈性變形及機(jī)理斷裂的應(yīng)力正應(yīng)力σσσσσσσσσσσσσσ外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理為引起彈性變形外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理—為引起金屬晶體產(chǎn)生塑性變形應(yīng)力。切應(yīng)力晶格就產(chǎn)生了微量的塑性變形。外力在晶面上的分解彈性變形與塑性變形的微觀機(jī)理—為引起金屬晶一、單晶體金屬的塑性變形塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

一、單晶體金屬的塑性變形塑性變形的形式：滑移和孿生。金屬常

滑移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。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。

滑移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1、滑移變形的特點(diǎn)：⑴滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力.

1、滑移變形的特點(diǎn)：⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面的面間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。⑵滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格{110}{111}{110}{111}晶格滑移面滑移方向滑移系三種典型金屬晶格的滑移系一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系。體心立方晶格面原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格{110}6<111>2面心立方晶格{111}4<110>3密排六方晶格六方底面1底面對(duì)角線3原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方滑移系越多，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。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?；葡翟蕉?，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方⑶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是滑移方向原子間距的整數(shù)倍。

滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。

⑶滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是滑移方向原子間距的整數(shù)倍。⑷滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)

滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈45°角時(shí)，滑移方向上切應(yīng)力最大，因而最容易發(fā)生滑移.⑷滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶課件轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.A0

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最大切應(yīng)力方向滑移方向滑移面轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.A2、滑移的機(jī)理

晶體滑移是否是整個(gè)滑移面上的全部原子一起移動(dòng)的剛性位移？？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。滑移不是剛性滑動(dòng)，而是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。例如:

對(duì)銅，按剛性整體滑動(dòng)計(jì)算出的臨界切應(yīng)力為1540MN/m2，而其實(shí)際測定值僅為1.0MN/m2。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)際測量臨界切應(yīng)力值大3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。2、滑移的機(jī)理晶體滑移是否是整個(gè)滑移面上的全部原子一晶體通過位錯(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)力小。圖2-5晶體中通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成滑移的示意圖晶體通過位錯(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)生移動(dòng)，滑移的原因：內(nèi)因：滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而不是剛性滑移外因：切應(yīng)力的作用當(dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的滑移量，同一滑移面上，若有大量位錯(cuò)移出，則在晶體表面形成一條滑移線?；频脑颍寒?dāng)一根位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)原子間距的晶體塑性變形的基本方式:晶體滑移并不是在切應(yīng)力作用下，一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生相對(duì)的整體移動(dòng)?；坪蛯\生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)塑性變形最主要的方式:滑移滑移的實(shí)質(zhì)是:晶體塑性變形的基本方式:晶體滑移并不是在切應(yīng)力作用下，一部多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形復(fù)雜。二、多晶體金屬的塑性變形多晶體由許多晶粒組成，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，變形二、多晶體金屬的塑性變形雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，晶界處較粗，這說明晶界的變形抗力大，變形較小。二、多晶體金屬的塑性變形雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，晶界處較粗Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積Cu-4.5Al合金晶界的位錯(cuò)塞積1、晶界的影響

晶界處原子排列紊亂，雜質(zhì)原子較多，增大了其晶格的畸變，因而在該處滑移時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到的阻力較大，難以發(fā)生變形，具有較高的塑性變形抗力。㈠多晶體塑性交形的影響因素1、晶界的影響㈠多晶體塑性交形的影響因素2、晶粒位向的影響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)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。

2、晶粒位向的影響這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。晶粒間的位向不同塑性變形產(chǎn)生不均勻性。拉伸時(shí)，在與外力成45?方向上的切應(yīng)力最大，偏移該方向越遠(yuǎn)，則切應(yīng)力越小(與外力平行或垂直方向的切應(yīng)力等于零)。各個(gè)晶粒的位向是無序的，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能接近45?方向(稱為軟位向)，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能偏離45?方向(稱為硬位向)。處于軟位向的晶粒先發(fā)生滑移變形，而處于硬位向的晶?？赡苓€只有彈性變形。

圖2-10多晶體金屬不均勻塑性變形過程的示意圖（二）多晶體金屬的塑性變形過程晶粒間的位向不同塑性變形產(chǎn)生不均勻性。圖2-10多晶體多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶粒。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粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬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σσ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45°的（二）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響1金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度越高。金屬的強(qiáng)度提高金屬晶粒越細(xì)晶界總面積↑→具有不同位向的晶?！诲e(cuò)障礙↑→↑→↑塑性變形抗力提高（二）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響1金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度2金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬晶粒越細(xì)↑→單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目↑→有利于滑移的位向的晶粒數(shù)減少應(yīng)力集中金屬的塑性、韌性避免斷裂→→↑↑變形越均勻↑2金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬晶粒越細(xì)↑→單位3晶粒越細(xì)金屬的斷裂韌性越好晶粒越細(xì)小，晶界越多且越曲折→不利于裂紋的傳播→斷裂時(shí)需消耗較大的功→斷裂韌性也較好。細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度、硬度較高，塑性較好，韌性也較好。工程上通常希望獲得細(xì)小而均勻的晶粒組織，從而具有較高的綜合力學(xué)性能。3晶粒越細(xì)金屬的斷裂韌性越好晶粒越細(xì)小，晶界越多且越曲折第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性2產(chǎn)生織構(gòu)，出現(xiàn)各向異性3晶粒破碎1位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響一、塑性變形對(duì)金屬一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向異性金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。

一、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響1形成纖維組織，出現(xiàn)各向a)正火態(tài)(b)變形40%(c)變形80%圖2-11工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化400×a)正火態(tài)(b)變形40%隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細(xì)條狀或者纖維狀；晶粒被拉長或者壓扁細(xì)條狀纖維組織等軸晶粒變形度增加隨著應(yīng)變量的增加，晶粒被拉長或者壓扁，呈細(xì)條狀或者纖維狀；晶

當(dāng)變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑移產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)，將取得接近一致的結(jié)構(gòu)稱變形織構(gòu)，又稱擇優(yōu)取向。2產(chǎn)生織構(gòu)，出現(xiàn)各向異性當(dāng)變形量很大時(shí)，原來位向不同的晶粒因滑晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)。

拉拔引起的織構(gòu)稱為絲織構(gòu)。絲織構(gòu):

各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后，其（110）平行于拔絲方向。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主要有兩種類型：織構(gòu)有時(shí)使材料的加工成形性能惡化。拉拔引起的織構(gòu)稱為絲織構(gòu)。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方軋制引起的織構(gòu)稱為板織構(gòu)。板織構(gòu)：各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向。例低碳鋼的板織構(gòu)為{001}〈110〉。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主要有兩種類型：織構(gòu)有時(shí)使材料的加工成形性能惡化。軋制引起的織構(gòu)稱為板織構(gòu)。變形織構(gòu)根據(jù)加工變形方式的不同主

變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均勻的塑性變形會(huì)使薄板沖壓產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象。制耳示意圖

變形織構(gòu)的各相異性是明顯的。其不均勻的塑性變形會(huì)使3晶粒破碎形成亞晶粒

隨著變形的增大→位錯(cuò)密度明顯增大→滑移地帶增多→晶粒逐漸“碎化”成許多位向略有不的亞晶粒。3晶粒破碎形成亞晶粒隨著變形的增大→位錯(cuò)密度明顯增大二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響纖維組織的形成，使金屬的性能具有方向性，沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性明顯高于垂直方向的強(qiáng)度和塑性晶粒破碎和位錯(cuò)密度增加，使金屬的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降。組織上的變化，是否會(huì)引起性能上的變化？二、塑性變形對(duì)金屬性能的影響纖維組織的形成，使金屬的性能具有1.產(chǎn)生加工硬化冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅1.產(chǎn)生加工硬化冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼加工硬化金屬發(fā)生冷塑性變形后，隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化(workhardening)。加工硬化原因：（1）塑性變形↑

→位錯(cuò)密度增加，相互纏結(jié)，運(yùn)動(dòng)阻力加大→變形抗力↑（2）塑性變形量↑→晶粒變形、破碎，形成亞晶粒，亞晶界阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→強(qiáng)度和硬度↑加工硬化的原因加工硬化金屬發(fā)生冷塑性變形后，隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度冷塑性變形與性能關(guān)系冷塑性變形與性能關(guān)系(1)它是提高不方便進(jìn)行熱處理的合金構(gòu)件金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨性的重要手段之一，特別是對(duì)那些不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的金屬及合金尤為重要。如冷卷彈簧，高錳鋼制作的坦克、拖拉機(jī)帶履、破碎機(jī)顎板和奧氏體不銹鋼等。加工硬化在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義：加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一(1)它是提高不方便進(jìn)行熱處理的合金構(gòu)件金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨

(2)它是某些工件或半成品能夠拉伸或冷沖壓加工成形的重要基礎(chǔ)，有利于金屬均勻變形。如金屬薄板在沖壓過程中，彎角處變形最嚴(yán)重，首先產(chǎn)生加工硬化，因此該處變形到一定程度后，隨后的變形就轉(zhuǎn)移到其他部分，這樣便可得到厚薄均勻的沖壓件。(2)它是某些工件或半成品能夠拉伸或冷沖壓加工成形的重要基2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力(innerstress)是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力，它是由于金屬在外力作用下，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力對(duì)金屬所做的功，約90%以上變成了熱而散失。不到10%的功則以位能的形式儲(chǔ)存于金屬內(nèi)部，從而導(dǎo)致金屬內(nèi)能的升高。大量金屬原子偏離了原來的平衡位置而處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致金屬內(nèi)部的變形不均勻及晶格畸變。2、形成殘余內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力(innerstress內(nèi)應(yīng)力一般分為以下三類：1．第一類內(nèi)應(yīng)力它是由于金屬的表面和心部塑性變形不均勻造成的，存在于宏觀范圍內(nèi)．故又稱宏觀內(nèi)應(yīng)力。2．第二類內(nèi)應(yīng)力它是由于晶粒之間變形不均勻造成的，存在于晶粒間，故又稱微觀內(nèi)應(yīng)力或晶間內(nèi)應(yīng)力。3．第三類內(nèi)應(yīng)力:是金屬變形強(qiáng)化的主要原因它是由于晶格畸變、原子偏離平衡位置造成的。存在于原子之間，又稱晶格畸變應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力一般分為以下三類：殘余應(yīng)力的存在，會(huì)造成：第一類內(nèi)應(yīng)力主要使工件產(chǎn)生變形；零件加工后，殘余應(yīng)力隨時(shí)間的延長而緩慢松弛，使零件產(chǎn)生變形，影響尺寸精度。第二類內(nèi)應(yīng)力會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋；物理、化學(xué)性能變化

，電阻增加，金屬的耐腐蝕性下降。第三類內(nèi)應(yīng)力則使工件強(qiáng)度、硬度升高，塑性和耐蝕性下降。殘余應(yīng)力的存在，會(huì)造成：第三節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶

金屬塑性變形后，點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)及晶界等晶格缺陷大量增加，引起金屬組織與性能變化，當(dāng)這種變化對(duì)生產(chǎn)不利時(shí)，應(yīng)設(shè)法予以消除。一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化二、金屬的再結(jié)晶溫度三、再結(jié)晶退火后的晶粒度第三節(jié)回復(fù)與再結(jié)晶金屬塑性變形后，點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)及晶界冷變形導(dǎo)致晶格畸變、晶粒破碎被拉長或壓扁、缺陷增多、內(nèi)應(yīng)力升高，處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，有自發(fā)恢復(fù)到變形前的穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢；低溫下，原子的活動(dòng)能力弱，這種趨勢無法完成；加熱可提高原子活動(dòng)能力→原子擴(kuò)散→晶格畸變消失，從而會(huì)發(fā)生:回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化冷變形導(dǎo)致晶格畸變、晶粒破碎被拉長或壓扁、缺陷增多、內(nèi)應(yīng)力升變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖性能變化組織變化內(nèi)應(yīng)力塑性強(qiáng)度晶粒度回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大溫度變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖性能變化組織變化內(nèi)應(yīng)力塑性一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能的變化1、回復(fù)回復(fù)：加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移→重新排列。如空位與其他缺陷合并，同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。1、回復(fù)回復(fù)：加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬晶粒的大小與形狀無明顯的變化；位錯(cuò)密度變化不大；電阻明顯降低；強(qiáng)度硬度略有降低，內(nèi)應(yīng)力明顯下降。基本上保持加工硬化效果；特點(diǎn)與變化晶粒的大小與形狀無明顯的變化；基本上保持加工硬化效果；特點(diǎn)與

用于保留加工硬化而降低內(nèi)應(yīng)力改善其它的物理性能的場合。比如冷拔高強(qiáng)度鋼絲，利用加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生的高強(qiáng)度，此外，由于殘余內(nèi)應(yīng)力對(duì)其使用有不利的影響，所以采用低溫退火以消除殘余應(yīng)力。工程應(yīng)用用于保留加工硬化而降低內(nèi)應(yīng)力改善其它的物理性能的場合。工工程應(yīng)用降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸；提高導(dǎo)電性；防止晶間應(yīng)力腐蝕開裂等

。此階段稱為“去應(yīng)力退火”工程應(yīng)用降低內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸；

當(dāng)冷塑性變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱為再結(jié)晶。

再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同。黃銅冷變形33%2.再結(jié)晶形核

3s580℃部分結(jié)晶5s580℃完全結(jié)晶8s580℃當(dāng)冷塑性變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能加熱溫度較高；組織恢復(fù)為細(xì)小的等軸晶粒；內(nèi)應(yīng)力完全消失；加工硬化效果消除，材料的塑性變形能力恢復(fù)；性能：強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性恢復(fù)。特點(diǎn)與變化此階段又稱再結(jié)晶退火應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對(duì)變形后金屬進(jìn)行再結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性，以利于后面的變形加工。加熱溫度較高；特點(diǎn)與變化此階段又稱再結(jié)晶退火應(yīng)用工業(yè)上利用再再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織3再結(jié)晶后的晶粒長大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長晶粒的長大是通過晶界遷移進(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。晶粒的長大的方式：晶粒的長大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。晶黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織黃銅再結(jié)晶和晶粒長大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為38％的組織二、金屬的再結(jié)晶溫度

晶粒大小影響金屬的強(qiáng)度、塑性和韌性,因此生產(chǎn)上非常重視控制再結(jié)晶后的晶粒度,特別是對(duì)那些無相變的鋼和合金。

再結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，若溫度過低不能發(fā)生再結(jié)晶；若溫度過高，則會(huì)發(fā)生晶粒長大，因此要獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，必須在一個(gè)合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱二、金屬的再結(jié)晶溫度晶粒大小影響金屬的強(qiáng)度、再結(jié)晶溫度：系指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，能夠完成再結(jié)晶或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定程度的最低溫度。

在工業(yè)生產(chǎn)中，通常以經(jīng)過70%以上的大變形量的冷變形加工金屬，經(jīng)一小時(shí)退火能完全再結(jié)晶的最低溫度。再結(jié)晶溫度：系指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，能夠完成再結(jié)晶或再結(jié)晶達(dá)到規(guī)定金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。T再與ε的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素1、金屬的預(yù)先變形程度當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。

預(yù)先變形度越大→產(chǎn)生的位錯(cuò)等晶體缺陷便愈多→內(nèi)能愈高→組織愈不穩(wěn)定→加熱時(shí)易較早出現(xiàn)再結(jié)晶金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。T再與ε的關(guān)系影響再純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系:T再≈0.4T熔

其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.T再℃=(T熔℃+273)×0.4－

273如Fe的T再=(1538+273)×0.4－27