金屬學(xué)及熱處理課件：塑性變形與強化

金屬的塑性變形再結(jié)晶與強化[目標]1.掌握金屬塑性變形機理、強化本質(zhì)和途徑；

2.了解回復(fù)與再結(jié)晶、熱加工、冷加工；金屬的斷裂因素；

[重點]

金屬強化本質(zhì)和途徑；[難點]

金屬塑性變形機理。金屬的塑性變形、再結(jié)晶與強化5.1金屬的變形5.1.1單晶體金屬的塑性變形

金屬在常溫下的塑性變形，主要是通過晶體滑移進行。鋅單晶體的滑移變形示意圖金屬塑性變形、再結(jié)晶與強化(a)單晶體(b)剪切彈性變形(c)滑移(d)新的平衡單晶體在切應(yīng)力作用下的滑移示意圖

1.理想晶體：剛性滑移一系列晶面滑移累積

明顯的塑性變形滑移帶與滑移線示意圖2.實際晶體：位錯運動位錯運動的阻力↑

強度↑

5.1.2多晶體金屬的塑性變形多晶體的塑性變形要比單晶體的復(fù)雜得多。2.

晶粒位向：對位錯運動阻礙↑，強度↑

1.

晶界：對位錯運動阻礙↑，強度↑

3.晶粒度：晶粒細↑對位錯運動阻礙↑，強度↑

5.2塑性變形對組織和性能的影響5.2.1塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響2.亞結(jié)構(gòu)的形成1.纖維組織的形成

3.形成形變織構(gòu)，造成制耳現(xiàn)象滑移面或晶粒位向趨于一致邊緣不齊厚薄不均5.2.2塑性變形對金屬性能的影響1.產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象及殘余內(nèi)應(yīng)力大量位錯和缺陷

晶格畸變↑強硬度↑

內(nèi)應(yīng)力↑

熱脹冷縮組織改變大小力的大小不同變形程度不同機械加工

溫度變化變形開裂↑

（1）與外載荷一致時：承載能力↓（2）與外載荷相反時：承載能力↑

采用噴丸、滾壓、拋光、表面滲碳、表面淬火--壓應(yīng)力疲勞抗力↑（3）不穩(wěn)定狀態(tài)：釋放內(nèi)應(yīng)力

自發(fā)變形晶格畸變應(yīng)力占90%內(nèi)應(yīng)力特點2.產(chǎn)生各向異性（1）晶粒被拉細拉長:纖維組織（2）晶粒轉(zhuǎn)動:織構(gòu)各向異性邊緣不齊厚薄不均3.影響金屬物理/化學(xué)性能磁導(dǎo)率↑（沿軋制方向）5.3回復(fù)與再結(jié)晶5.3.1冷塑性變形金屬在加熱時組織和性能的變化冷變形金屬加熱時的變化無明顯

變化形成等軸晶全部消除強度↓塑性↑大部分去除強度略↓塑性略↑再結(jié)晶晶粒長大強度↓塑性↓組織

內(nèi)應(yīng)力性能回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大1.回復(fù)去應(yīng)力退火缺陷：遷移、合并、消失位錯：重排消除：晶格畸變2.再結(jié)晶再結(jié)晶退火消除加工硬化再結(jié)晶：塑性↑5.3.2金屬的再結(jié)晶溫度

金屬材料開始再結(jié)晶溫度的主要相關(guān)因素：變形程度化學(xué)成分雜質(zhì)含量原始組織開始再結(jié)晶溫度與冷變形度的關(guān)系

課堂練習：再結(jié)晶溫度的計算最低再結(jié)晶退火溫度T再（K）純金屬：T再≈（0.35～0.4）T熔合金：T再≈（0.5～0.7）T熔例：計算純鉛的再結(jié)晶溫度（328+273）*0.4-273=-32.6℃Fe的T再≈450C鎢的

T再：1364℃5.3.3再結(jié)晶退火后的晶粒度再結(jié)晶退火溫度對晶粒大小的影響再結(jié)晶退火后晶粒大小與預(yù)先變形度的關(guān)系5.4金屬的熱塑性變形

熱塑性變形：高于再結(jié)晶溫度以上的塑性變形過程。

因塑性變形引起的硬化過程和回復(fù)再結(jié)晶引起的軟化過程幾乎同時存在。熱軋鋼板動態(tài)再結(jié)晶示意圖5.4.1熱塑性變形與冷塑性變形的不同5.4.2熱塑性變形對金屬組織和性能的影響1.改善鑄錠組織：壓合氣孔、縮松→致密度↑形成熱變形纖維組織：沿流線方向力學(xué)性能更高↑3.形成帶狀組織：各向異性、塑性韌性↓a)模鍛拖鉤b）切削加工拖鉤熱軋低碳鋼板的帶狀組織4.改變晶粒度：重新形成A、再結(jié)晶5.5金屬強化途徑5.5.1金屬強化原理

主要有兩個方向：盡可能減少金屬晶體中的位錯數(shù)目，使其接近于理想晶體；增加位錯密度或位錯運動阻力。位錯密度和強度關(guān)系

5.5.2金屬的強化途徑1.固溶強化晶格畸變↑

位錯運動阻力↑

強度↑

2.第二相強化數(shù)量多：強、硬↑；塑、韌↓金屬化合物多、細、勻：彌散強化網(wǎng)狀、大塊：脆

3.細化晶粒強化晶粒直徑×100（mm）Rm/MPaA×1009.716828.87.018430.62.521539.50.226848.80.1627050.70.128450.0晶粒細化：強度↑

塑性↑3.細化晶粒強化晶粒細化：強度↑塑性↑晶粒細小

晶界↑

阻礙↑受力均勻↑位向↑

滑移機會↑總承載能力↑總變形量↑

晶粒數(shù)量↑

強度↑強度↑塑-韌↑塑-韌↑4.加工硬化（冷變形強化）變形度↑

位錯密度↑

位錯運動阻力↑亞晶界↑強度↑塑性↓（1）加工硬化的應(yīng)用使變形均勻不能熱處理合金的強化，如：不銹鋼、高錳鋼、鋁合金、銅合金（