4第四章-金屬的塑性變形和再結(jié)晶

《機(jī)械工程材料》

-----教材配套PPT課件第四章金屬的塑性變形

和再結(jié)晶第四章金屬的塑性變形

與再結(jié)晶第一節(jié)金屬的塑性變形第二節(jié)冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響第三節(jié)塑性變形金屬加熱時(shí)組織和性能的變化第四節(jié)金屬的熱變形加工第一節(jié)金屬的塑性變形1彈性變形：當(dāng)外力消除后，金屬能恢復(fù)原來(lái)形狀的變形，稱為彈性變形。2塑性變形：當(dāng)金屬因受外力作用而發(fā)生變形，外力撤消后不能消失的那部分變形稱為塑性變形，或稱永久變形。

單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。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（a）未變形（b）彈性變形（c）彈、塑性變形（d）塑性變形在切應(yīng)力作用下晶體產(chǎn)生滑移的變形過(guò)程：二、多晶體金屬的塑性變形單個(gè)晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。㈠晶界及晶粒位向差的影響1、晶界的影響當(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),稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行,則必須增加外力,從而使金屬的變形抗力提高。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(lái)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。

㈢晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。因?yàn)榻饘倬ЯＴ郊?xì)，晶界總面積越大，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，使金屬塑性變形的抗力越高。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系Cu-Zn合金金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加,金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)力塑性材料脆性材料第二節(jié)冷塑性變形對(duì)組織和性能的影響

一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響金屬發(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(zhǎng)或壓扁。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.塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒.變形前變形后軋制鋁板的“制耳”現(xiàn)象二、加工硬化

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(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅三、殘余內(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)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間(宏觀內(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(微觀內(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。曲軸中內(nèi)應(yīng)力的模擬第三節(jié)塑性變形金屬在加熱時(shí)

組織和性能的變化

金屬經(jīng)冷變形后,組織處于不穩(wěn)定狀態(tài),有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。

加熱溫度℃黃銅㈠回復(fù)回復(fù)加熱溫度較低時(shí)，晶格畸變程度減輕，從而使內(nèi)應(yīng)力有所降低，塑性略有恢復(fù)，強(qiáng)度和硬度稍有下降，這個(gè)階段稱為回復(fù)。在回復(fù)階段，組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。㈡再結(jié)晶當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長(zhǎng)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(guò)程稱再結(jié)晶。鐵素體變形80%670℃加熱650℃加熱再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過(guò)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(guò)程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580oC保溫8秒后的組織580oC保溫3秒后的組織580oC保溫4秒后的組織冷變形(變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶T再與ε的關(guān)系影響再結(jié)晶溫度的因素為：1、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大,再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(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:T再（K）≈0.4T熔（K）

其中T再、T熔為絕對(duì)溫度.金屬熔點(diǎn)越高,T再也越高.再結(jié)晶也是晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程，但不是相變過(guò)程，再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相同。由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化

㈢再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580oC保溫8秒后的組織580oC保溫15分后的組織700oC保溫10分后的組織第四節(jié)金屬的熱變形加工

一、冷加工與熱加工的區(qū)別在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來(lái)劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。軋制模鍛拉拔如Fe的再結(jié)晶溫度為451℃，其在400℃以下的加工仍為冷加工。而Pb(熔點(diǎn)為327℃)

的再結(jié)晶溫度為-33℃，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(lái)加工硬化效果。巨型自由鍛件自由鍛金屬的冷熱加工模鍛自由鍛軋制正擠壓反擠壓拉拔沖壓二、熱加工對(duì)金屬組織和性能的影響

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。鍛壓熱軋粗晶粒材料變形拉長(zhǎng)的晶粒再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶完成晶粒細(xì)而均勻材料熱加工動(dòng)態(tài)再結(jié)晶示意圖熱加工使鑄態(tài)金屬中的非金屬夾雜沿變形方向拉長(zhǎng)，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。它使鋼產(chǎn)生各向異性，在制定加工工藝時(shí)，應(yīng)使流線分布合理，盡量與拉應(yīng)力方向一致。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織在加工亞共析鋼時(shí),發(fā)現(xiàn)鋼中的F與P呈帶狀分布，這種組織稱帶