1、金屬的塑性變形金屬的塑性變形與與再結(jié)晶再結(jié)晶一、金屬的塑性變形（單晶體、多晶一、金屬的塑性變形（單晶體、多晶體）體）二、對金屬組織和性能的影響二、對金屬組織和性能的影響三、回復和再結(jié)晶三、回復和再結(jié)晶四、金屬的熱塑性變形四、金屬的熱塑性變形 一、金屬的塑性變形一、金屬的塑性變形壓力加工方法：軋制、擠壓、冷拔、鍛造、冷沖壓壓力加工方法：軋制、擠壓、冷拔、鍛造、冷沖壓塑性變形：形成成品塑性變形：形成成品 、改變金屬的組織和性能、改變金屬的組織和性能1.單晶體金屬的塑性變形單晶體金屬的塑性變形1)滑移滑移2)孿生孿生2.多晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性變形1)晶界的影響晶界的影響2)晶粒位向的影

2、響晶粒位向的影響3)晶粒大小的影響晶粒大小的影響1) 外力作用下和變形，在外力作用去除外力作用下和變形，在外力作用去除后不能恢復的變形稱為塑性變形后不能恢復的變形稱為塑性變形2) 正應(yīng)力不能引起單晶體的塑性變形，正應(yīng)力不能引起單晶體的塑性變形，只有切應(yīng)力引起彈性變形和塑性變形只有切應(yīng)力引起彈性變形和塑性變形3) 單晶體的塑性變形有滑移和孿生，主單晶體的塑性變形有滑移和孿生，主要以滑移的形式進行。要以滑移的形式進行。1. 滑移滑移 是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面或晶向相對于另一部分發(fā)生滑動分沿一定的晶面或晶向相對于另一部分發(fā)生滑動的現(xiàn)象。圖的現(xiàn)

3、象。圖7-501. 滑移的特點滑移的特點1) 滑移時切應(yīng)力大于臨界切應(yīng)力；滑移時切應(yīng)力大于臨界切應(yīng)力；2) 滑移只能在晶體內(nèi)一定的晶面和晶向上形成。滑移只能在晶體內(nèi)一定的晶面和晶向上形成。晶體中能發(fā)生滑移的晶面和晶向，稱滑移面和滑移晶體中能發(fā)生滑移的晶面和晶向，稱滑移面和滑移方向。方向。3) 滑移面和滑移方向（滑移系）越多，金屬的滑移面和滑移方向（滑移系）越多，金屬的塑性越好。塑性越好。滑移方向?qū)λ苄缘挠绊懕然泼娲蟆；品较驅(qū)λ苄缘挠绊懕然泼娲蟆?)實際上滑移是借助于位錯的移動來實現(xiàn)的。實際上滑移是借助于位錯的移動來實現(xiàn)的。圖圖7-51 銅滑移的理論臨界切應(yīng)力銅滑移的理論臨界切應(yīng)力640M

4、Pa，實際為，實際為0.1MPa大量的位錯移出晶體的表面，就形成了宏觀的塑性大量的位錯移出晶體的表面，就形成了宏觀的塑性變形。變形。圖圖7-52孿生孿生 是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿是單晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿晶面和晶向相對于另一部分晶面和晶向相對于另一部分轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象。圖圖7-53孿生的特點孿生的特點1) 所需切應(yīng)力比滑移時大得多所需切應(yīng)力比滑移時大得多2) 使晶體的一部分發(fā)生晶格位向的改變使晶體的一部分發(fā)生晶格位向的改變3) 孿生帶中相鄰原子面的相對位移只有孿生帶中相鄰原子面的相對位移只有一個原子間距的幾分之幾一一個原子間距的幾分之幾一4) 孿生的變形速度極快，

5、接近聲速。孿生的變形速度極快，接近聲速。晶界對塑性變形有較大的阻礙作用。晶界晶界對塑性變形有較大的阻礙作用。晶界越多，多晶體塑性變形的抗力越大。越多，多晶體塑性變形的抗力越大。多晶體中晶粒位向各異，從而提高了塑性多晶體中晶粒位向各異，從而提高了塑性變形抗力變形抗力1. 晶粒越細，強度越高：晶粒越細，強度越高：在一定體積內(nèi)的晶體內(nèi)在一定體積內(nèi)的晶體內(nèi)晶粒數(shù)目越多，晶界也越多，并且晶粒的位向分晶粒數(shù)目越多，晶界也越多，并且晶粒的位向分布紊亂，因而塑性變形抗力也越大，即強度越高。布紊亂，因而塑性變形抗力也越大，即強度越高。2. 晶粒越細，塑性和韌性越好晶粒越細，塑性和韌性越好：在總變形量相在總變形量

6、相同的條件下，變形被分散在較多的晶粒內(nèi)進行，同的條件下，變形被分散在較多的晶粒內(nèi)進行，因而比較均勻，從而使其在斷裂前能承受較大的因而比較均勻，從而使其在斷裂前能承受較大的塑性變形，表現(xiàn)出較高的塑性和韌性；相反，晶塑性變形，表現(xiàn)出較高的塑性和韌性；相反，晶粒越粗，變形局限在少數(shù)晶粒內(nèi)進行，容易過早粒越粗，變形局限在少數(shù)晶粒內(nèi)進行，容易過早斷裂，因而塑性、韌性比較差。斷裂，因而塑性、韌性比較差。由于細晶粒金屬具有較好的強度、塑性與韌性。故由于細晶粒金屬具有較好的強度、塑性與韌性。故生產(chǎn)中常希望金屬材料得到細小而均勻的晶粒生產(chǎn)中常希望金屬材料得到細小而均勻的晶粒。 二、塑性變形對金屬組織和二、塑性變

7、形對金屬組織和性能的影響性能的影響1. 對金屬性能的影響對金屬性能的影響1) 加工硬化：加工硬化：強度和硬度顯著提高，韌性和塑性下降強度和硬度顯著提高，韌性和塑性下降2) 各向異性：各向異性：沿纖維方向的強度和塑性大于垂直纖維方向沿纖維方向的強度和塑性大于垂直纖維方向3) 理化性能變化理化性能變化：電阻增大、導磁性和腐蝕性降低電阻增大、導磁性和腐蝕性降低2. 對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響3. 殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力1. 加工硬化：加工硬化：也稱也稱為為形變強化形變強化，即隨即隨塑性變形程度的增塑性變形程度的增加，金屬的強度和加，金屬的強度和硬度顯著提高，而硬度顯著提高，而塑性和韌性下

8、降。塑性和韌性下降。冷塑性變形對金屬冷塑性變形對金屬性能的主要影響是性能的主要影響是造成加工硬化。造成加工硬化。圖圖7-552.2.加工硬化的優(yōu)缺點：加工硬化的優(yōu)缺點：1) 強化金屬材料的重要手段：純金屬或強化金屬材料的重要手段：純金屬或不能熱處理強化的材料不能熱處理強化的材料 ，如某些不，如某些不銹鋼銹鋼2) 是工件能夠成型的重要因素是工件能夠成型的重要因素 3) 進一步冷塑性變形困難，必須中間熱進一步冷塑性變形困難，必須中間熱處理，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)處理，增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。效率。1.晶粒變形：晶粒變形：1)外力作用下，金屬變形，內(nèi)部晶粒沿變形方向伸長外力作用下，金屬變

9、形，內(nèi)部晶粒沿變形方向伸長2)變形程度很大時，晶粒變成纖維狀，晶界模糊，形成變形程度很大時，晶粒變成纖維狀，晶界模糊，形成纖維組織，使金屬的機械性能有了明顯的方向性纖維組織，使金屬的機械性能有了明顯的方向性2.晶粒晶粒“破碎破碎”1)晶粒外形發(fā)生變化，晶粒內(nèi)部鑲嵌塊尺寸細碎化，位晶粒外形發(fā)生變化，晶粒內(nèi)部鑲嵌塊尺寸細碎化，位錯密度增加，晶格畸變較嚴重，因而增加滑移阻力錯密度增加，晶格畸變較嚴重，因而增加滑移阻力加工硬化的根本原因加工硬化的根本原因3.產(chǎn)生形變織構(gòu)：當金屬變形到很大程度（產(chǎn)生形變織構(gòu)：當金屬變形到很大程度（70%以以上）時，晶粒轉(zhuǎn)動到使晶粒位向趨于一致的上）時，晶粒轉(zhuǎn)動到使晶粒位

10、向趨于一致的“擇擇優(yōu)取向優(yōu)取向”的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。形成后難以消除，在生產(chǎn)中應(yīng)避免形成后難以消除，在生產(chǎn)中應(yīng)避免1. 殘余內(nèi)應(yīng)力：是指當外力去除后殘留于殘余內(nèi)應(yīng)力：是指當外力去除后殘留于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力有：金屬內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力有：1) 主要是晶格畸變主要是晶格畸變2) 金屬內(nèi)外變形不一致金屬內(nèi)外變形不一致3) 晶粒之間變形不一致晶粒之間變形不一致2. 后果：后果：1) 強度、耐蝕性降低強度、耐蝕性降低2) 引起機件變形和裂紋引起機件變形和裂紋采用退火處理予以降低或消除采用退火處理予以降低或消除 三、金屬的再結(jié)晶三、金屬的再結(jié)晶1. 回復回復2. 再結(jié)晶再結(jié)晶影響再結(jié)晶溫度的因素影響再結(jié)晶溫

11、度的因素3. 晶粒長大晶粒長大 圖圖7-561. 回復：加熱溫度不太高，晶格畸變回復：加熱溫度不太高，晶格畸變程度減小，內(nèi)應(yīng)力大大降低。程度減小，內(nèi)應(yīng)力大大降低。 金屬的組織無明顯的變化，機械性能也金屬的組織無明顯的變化，機械性能也沒有明顯的變化沒有明顯的變化1.再結(jié)晶：冷塑性變形金屬加熱到較高溫度時，再結(jié)晶：冷塑性變形金屬加熱到較高溫度時，原子重新排列，變形的晶粒逐步為等軸晶粒原子重新排列，變形的晶粒逐步為等軸晶粒所代替，即再結(jié)晶。所代替，即再結(jié)晶。1)過程：形核和核長大過程：形核和核長大 核：晶粒碎化最嚴重的地方。核：晶粒碎化最嚴重的地方。2)再結(jié)晶后，晶格畸變消失，位錯密度下降，再結(jié)晶后

12、，晶格畸變消失，位錯密度下降，-金屬的硬度、強度顯著下降，塑性塑性顯著上升。金屬的硬度、強度顯著下降，塑性塑性顯著上升。 -恢復到冷塑性變形前的性能恢復到冷塑性變形前的性能1.影響因素：影響因素：1)金屬的熔點：金屬的熔點：再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度T再再：再結(jié)晶在一定的溫度范圍內(nèi)進行。：再結(jié)晶在一定的溫度范圍內(nèi)進行。再結(jié)晶能夠開始的溫度，稱為再結(jié)晶溫度再結(jié)晶能夠開始的溫度，稱為再結(jié)晶溫度T再再 （再結(jié)（再結(jié)晶結(jié)束時晶粒為等軸晶粒）晶結(jié)束時晶粒為等軸晶粒） 。 再結(jié)晶溫度與再結(jié)晶溫度與熔點有有關(guān)，與關(guān)，與預先變形程度有關(guān)有關(guān) T再再(0.35-0.4) T熔熔 T再再-金屬的最低再結(jié)晶溫度金屬的最低

13、再結(jié)晶溫度 （K） T熔熔-金屬的熔化溫度即熔點金屬的熔化溫度即熔點 （K）再結(jié)晶退火：為消除加工硬化，以進一步加工，常把再結(jié)晶退火：為消除加工硬化，以進一步加工，常把冷加工的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)冷加工的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶以恢復金屬的塑性，稱為再結(jié)晶退火。比晶以恢復金屬的塑性，稱為再結(jié)晶退火。比T再再高高100 200 0C 保證質(zhì)量，兼顧生產(chǎn)效率保證質(zhì)量，兼顧生產(chǎn)效率2)金屬的變形程度：沒有塑性變形就沒有再結(jié)晶。金屬的變形程度：沒有塑性變形就沒有再結(jié)晶。塑性變形越大，再結(jié)晶溫度就越低塑性變形越大，再結(jié)晶溫度就越低1. 溫度再升高或保溫時間延長，晶粒溫度

14、再升高或保溫時間延長，晶粒互相吞并長大，晶粒粗大。互相吞并長大，晶粒粗大。2. 塑性變形程度對素結(jié)晶后的晶粒度塑性變形程度對素結(jié)晶后的晶粒度的影響：的影響：1) 變形程度較小（變形程度較小（210%）：粗晶粒）：粗晶粒2) 變形程度較大（變形程度較大（3060%）：細小均）：細小均勻晶粒勻晶粒3) 變形程度極大（變形程度極大（70%以上）：形變織以上）：形變織構(gòu)，無法除去加工硬化。構(gòu)，無法除去加工硬化。 四、金屬的熱變形四、金屬的熱變形1. 熱變形與冷變形熱變形與冷變形2. 熱變形對金屬組織和性能的影響熱變形對金屬組織和性能的影響1) 消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷消除鑄態(tài)金屬的組織缺陷2) 形成鑄造流線形成鑄造流線1. 冷加工：在金屬的冷加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以下再結(jié)晶溫度以下進行的加工進行的加工2. 熱加工：在金屬的熱加工：在金屬的再結(jié)晶溫度以上再結(jié)晶溫度以上進行的加工進行的加工 例：W 1000 0C時冷加工時冷加工 Sn、Pb：常溫下熱加工常溫下熱加工冷加工有加工硬化，熱加工無。冷加工有加工硬化，熱加工無。1) 消除氣孔、縮孔及微裂紋并焊合，消除氣孔、縮孔及微裂紋并焊合，提高金屬的致密度提高金屬的致