金屬塑變形對組織性能的響（一)變形程度的影響塑性變形程度的大小對金屬組織和性能有較大的影響.變形程度過小,不能起到細化晶粒提高金屬力學性能的目的；變形程度過不僅不會使力學性能再增高，還會出現(xiàn)纖維組織，增加金屬的各向異性，當超過金屬允許的變形極限,將會出現(xiàn)開裂等缺陷.對不同的塑性成形加工工藝，可用不同的參數(shù)表示其變形程度。鍛造比鍛鍛造加工工藝中，用鍛造比來表示變形程度的大.拔長:Y鍛S0/S（S0、S分別表拔長前后金屬坯料的橫截面積;鐓粗：鍛H0/H（H0、H分別表鐓粗前后金屬坯料的高)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鍛造比在2~3范選取，合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造比在3～4范選取，高合金工具鋼（例如高速鋼）組織中有大塊碳化物，需要較大鍛造比Y鍛=）,采用交叉鍛,才能使鋼中的碳化物分散細化鋼為坯料鍛造時材料軋制時組織和力學性能已經(jīng)得到改善，鍛造比一般取1.1。3即。表示變形程度的技術(shù)參數(shù)：相對彎曲半徑r/t)拉深系數(shù)（m)、翻邊系數(shù)k）等擠壓成形時則用擠壓斷面縮減率（εp等參數(shù)表示變形程度。(二）纖維組織的利用纖維組織：在金屬鑄錠組織中的不溶于金屬基體的夾雜物（如FeS等，金屬晶粒的變形方向被拉長或壓扁呈纖維.當屬再結(jié)晶時，被壓碎的晶粒恢復為等軸細晶粒，而夾雜物無再結(jié)晶能力仍以纖維狀保下來形成纖維組織纖維組織形成后不用熱處理方法消除，只能通過鍛造方法使金屬在不同方向變形，才能改變纖維的方向和分布。纖維組織的存在對金屬的力學性能，特別是沖擊韌度有一定影,在設(shè)計和制造零件時，應(yīng)注意以下兩:（1）零件工作時的正應(yīng)力方向纖維方向應(yīng)一,切應(yīng)力方向與纖維方向垂直。（2）纖維的分布與零件的外形廓應(yīng)相符合，而不被切.例如，鍛造齒輪毛坯，應(yīng)對棒料鐓粗加工，使其纖維呈放射狀，有利于齒輪的受力；曲軸毛坯的鍛造應(yīng)采用拔長后彎曲工,使纖維組織沿曲軸輪廓分,這樣曲軸工作時不易斷裂（三)冷變形與熱變形通常將塑性變形分為冷變形和熱變.冷變形再晶溫度以下的塑性變形。冷變形有加工硬化現(xiàn)象產(chǎn),但工件表面質(zhì)量好。熱變形再晶溫度以上的塑性變形。熱變形時加工硬化與再結(jié)晶過程同時存在，而加工硬化又幾乎同時被再結(jié)晶消除。由于熱變形是在高溫下進行金屬在加熱過程中表面易產(chǎn)生氧化皮，使精度和表面質(zhì)量較自鍛熱鍛熱軋熱擠壓等工藝都屬于熱變形加.第11講冷塑性變形過程中的材料行為及性能變化本講重點：冷塑性變形時金屬組織結(jié)構(gòu)的變化及變形后的性能變化；冷塑性變形金屬加熱時組織與性能的變化；11.1冷塑性變形金屬組與性能的影△冷塑性變形金屬在室溫或較低溫度下發(fā)生的永久變形。

舉例:反復彎折一根銅絲，其性能的變化。△目的：得到所需的形狀或尺寸（如冷拉，冷軋等），提高強度和硬度(加工硬化)。△晶體結(jié)構(gòu)不同，塑變能力不同面心立方(Cu、Al、Ag、Au)〉體心立方Fe、Cr）>密排六方（Zn、Mg）1冷塑性變時組織：1)形成纖維狀組織:晶粒沿變形方向拉長或成纖維狀(見課件圖3-11。2）亞結(jié)構(gòu)細化：晶粒碎化內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)細化晶體缺陷密度增加.(見課件圖3—13）3）擇優(yōu)取向：位向各不相同的晶粒會轉(zhuǎn)到接近一致的位向。（課件3-12)2.冷塑性變后金屬能的變化1加工硬化：變形程度增加強度，硬度上升，塑性，韌性下降的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：隨變形量↑→位錯密度↑→位錯在運動中相遇、纏結(jié)→位錯運動阻力↑→變形抗力↑→強度、硬度↑.作用：a。難以繼續(xù)變形，需退火軟化b.強化手段之一.（如形變鋁合金）c。抵抗局部過載d.許多冷成型加工的保證如冷拉、冷軋)2產(chǎn)生殘余應(yīng)定義:外力去處后留且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。產(chǎn)生原因：各部分及各晶粒之間變形不均勻和晶格畸變所產(chǎn)生的.力對性能的影響：使金屬在各方向上的性能不相同。高，垂直于變形方向強度低。

降低承載能使工件在使用過程中發(fā)生變形或產(chǎn)生裂紋降低耐蝕性等3產(chǎn)生各相異由于出現(xiàn)擇優(yōu)取向，例1力學性能：變形方向強度例2:性材料:沿著磁化方向變形，可增加導磁率等。11.2冷塑性變形屬在熱時組與性的變化冷塑性變形后金屬處于上述組織結(jié)構(gòu)的種種不穩(wěn)定狀態(tài)熱或溫度升高后會向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變。一般經(jīng)歷三個階段。（見課件圖—15）1.回復度不高時子短程擴散回到平衡位置，晶體缺陷減小，晶格畸變基本消除，殘余應(yīng)力基本消除，理化性能恢復。2.再結(jié)晶組織變化溫度較高可通過形核與長大使破碎及纖維狀晶粒變成無畸變等軸

晶（再結(jié)晶過程)性能變化:強度、硬度↓，塑韌性↑，加工硬化消除；組織與力學性能完全恢復.3.晶粒長大再結(jié)晶后繼續(xù)升溫粒長大粗等軸晶性能變壞。4．影響再結(jié)晶后晶粒度的因素（1）加熱T↑→晶粒越粗大保溫時間↑→晶粒越粗大(2）變形程度（見P47圖3。7）a。變形很小時，經(jīng)格畸變很小，不引起再結(jié)晶，晶粒保持不變；b。變形度2%～10%：再結(jié)晶后晶粒特別粗大（臨界變形度);c.變形度約〈95％時:隨變形量的增加，再結(jié)晶晶粒細化；d。變形度約〉95%時：再結(jié)晶晶粒粗大

金屬的塑性形與再結(jié)晶一實概金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種在應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對于另一部分滑動，這種變形方式稱為滑移;在切應(yīng)力作用下，體的一部分沿某一晶面相對另一部分產(chǎn)生剪切變形變部分與未變形部分的位向形成了鏡面對稱關(guān)系種變形方式稱為孿生。（一）冷塑變形對金屬組織性能的影響若金屬在再結(jié)晶溫度以下進行塑性變形稱為冷塑性變形。冷性變形不僅改變了金屬材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屬組織與性能的變化。金屬在發(fā)生塑性變形時，隨著外形的變化其內(nèi)部晶粒形狀由原來的等軸晶粒逐漸變?yōu)檠刈冃畏较蛏扉L的晶粒在粒內(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或?qū)\晶帶。當變形程度很大時，晶粒被顯著地拉成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。同隨著變形程度的劇原來位向不同的各個晶粒會逐漸取得近于一致的位向形成了形變織構(gòu)金材料的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。圖為工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形的顯微組織。圖—1工純鐵冷塑性變形組織）a變形程度20變形程度％變程度％金屬經(jīng)冷塑性變形后，會使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化此，在金屬內(nèi)部還產(chǎn)生余應(yīng)力。一般情況下應(yīng)力不僅降低了金屬的承載能力而且還會使工件的形狀與尺寸發(fā)生變.(二）冷塑變形后金屬在加熱時組織與性能的變化金屬經(jīng)冷塑性變形后，由于其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)細化、晶格畸變等原因不定狀態(tài)，具有自發(fā)地恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。但在室溫由于原子活動能力不足，恢復過程不易進.若對其加熱,原子活動能力增強，就會使組織與性能發(fā)一系列的變化。復當熱溫度較低時活動能力尚故冷變形金屬的顯微織無明顯變化，仍保持著纖組織的特征。此時，因晶格畸變已減輕,殘余應(yīng)力顯著下降。但造成加工硬化

的主要原因未消除，故其機械性能變化不．再結(jié)晶當熱度較高時，將首先在變形晶粒的晶界或滑移帶、孿晶帶等晶格畸變嚴重的地帶，通過形核與長大方式進行再結(jié)圖6-2反了冷塑性變形工業(yè)純鐵的再結(jié)晶過程的顯微組織.冷變形金屬在再結(jié)晶后獲得了新的等晶粒，因而消除了冷加工纖維組織、加工硬化和殘余應(yīng)力，使金屬又重新恢復到冷塑性變形前的狀態(tài)。圖工純鐵再結(jié)晶過程的顯微組織150X）a550℃結(jié)b)600℃再結(jié)晶c)℃再結(jié)晶金屬的再結(jié)晶過程是在一定溫度范圍內(nèi)進行的。通常把變形程度在70％以上的冷變形金屬經(jīng)加能完全再結(jié)晶的最低溫度，定為再結(jié)晶渡。實驗證明，金屬的熔點愈高，在其他條件相同時，其再結(jié)晶溫度也愈高。金屬的再結(jié)晶溫度T)其熔點()間的關(guān)系,大致可用下式表:T=0。T式中各溫度值，應(yīng)為絕對溫度。．晶粒長大冷形金屬再結(jié)晶后，一般都得到細小均勻的等軸晶但續(xù)升高加熱溫度或延長保溫時間,再結(jié)晶后的晶粒又會逐漸長,晶粒粗（三）變形度對金屬再結(jié)晶晶粒度的影響冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒度除與加熱溫度溫時間有關(guān)外,還金屬的預(yù)先變形程度有關(guān)。圖表金屬再結(jié)晶的晶粒度與其預(yù)先變形程度間的關(guān)系由圖可見當變形程很小時金屬不發(fā)生再結(jié)晶因而晶粒大小不變到一變形程度后,金屬開始發(fā)生再晶再結(jié)晶后獲得異常粗大的晶粒。隨著變形程度的增加，由于各晶粒變形愈趨均勻結(jié)晶時形核率愈大,而使再結(jié)晶后的晶粒逐漸變細圖6純鋁在不同程度拉伸變形時，經(jīng)℃再結(jié)晶退火30min的晶粒度比較.圖6-3變形程度對金屬再結(jié)晶后晶粒度的影響

3232圖64純的程度與再晶晶粒度的關(guān)系變形程度a）1。5％c)3%d)6f）％浸蝕劑：HF15mlHClHNO15ml,Hml引起冷變形金屬開始再結(jié)晶，并在再結(jié)晶后獲得異常粗大晶粒的變形程度,稱臨界變形程度。一般鋼鐵的臨界變形程度為，約為，鋁約為。由于粗大晶粒將顯著降低金屬的機械性能故應(yīng)避免金屬材料在臨界變形程度的范圍內(nèi)進行壓力加工一、驗?zāi)浚私饫渌苄宰冃螌饘俳M織與性能的影．了解經(jīng)冷塑性變形的金屬在加熱組織與性能的變化規(guī)律。．了解變形程度對金屬再結(jié)晶晶粒度的影響。二實設(shè)、品試（一)實驗設(shè)備．拉力試驗機和洛氏硬度(或布氏硬度)．金相顯微鏡。．箱式電阻加熱爐（附測溫控溫裝)．砂輪機、預(yù)磨機、拋光機、吹風機。(二）實驗品．測量試樣尺寸用的游標尺。．不同粗細的金相砂紙一套、拋光磨料、浸蝕劑、無水酒精。（三）實驗樣．退火狀態(tài)低碳鋼（建議采用鋼的拉力試樣若干。．不同變形程度經(jīng)再結(jié)晶后具有不同晶粒度的純鋁片試樣一三實方及驟．以若干人為一小組，每組領(lǐng)取退火狀態(tài)低碳鋼拉力試樣一．在拉力試樣的總標距內(nèi)每10mm，用劃線劃出分段標距的印記，—5所示。．用游標尺測量出分段標距的長并記下測量數(shù)據(jù)。．將度樣在拉力試驗機上進行拉,至試樣產(chǎn)生頸"并在斷裂前的瞬間，把試樣自試驗機上取下后用游標測量和記錄變形后各分段印記間的長度計出各分段標距內(nèi)的延伸率.

．在分段標距的印記處用手鋸或砂輪切割等方,試樣分段切開．把分段試樣沿軸向制備成金相試樣，然后在金相顯微鏡下觀察其顯微組再根據(jù)其組織特征，繪出顯微組織示意圖，并記錄觀察試樣所用的放大倍數(shù)和浸蝕劑。．在已觀察過的試樣磨面上，測定其洛氏硬度值HRB，記下測量數(shù).．分析變形程度對金屬組織和硬度的影響規(guī)律。在各組試樣中選五個變形程度較大且變形程度值相近的分段試,別放入溫度為100℃℃、300、500℃、650℃、800的加熱爐中保溫后爐空冷(將學生分組分別完成一個數(shù)卻的分段試樣沿軸向制備成金相試樣在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，再根據(jù)其組織特征，繪出顯微組織示意圖，并記錄觀察試樣所用的放大倍數(shù)及浸蝕劑。11．在已觀察過的試樣磨面上，測定其洛氏硬度值HRB，記下測量數(shù)據(jù)。．分析冷變形金屬在加熱時組織與硬度的變化規(guī)律