,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2011-11-5,*,金属塑性变形物理基础,*,/49,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2011-11-5,*,金属塑性变形物理基础,*,/15,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,2011-11-5,*,金属塑性变形物理基础,*,/49,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,2011-11-5,*,金属塑性变形物理基础,*,/15,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,金属在冷和热塑性加工过程中组织与性能变化规律的异同,“,金属塑性变形的物理基础,”,课程,2011-11-5金属塑性变形物理基础金属在冷和热塑性加工过,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,金属材料性能及其影响因素,金属材料性能,力学性能；物化性能,在一定的使用条件下,温度、加载速度、应力状态、环境介质等,影响因素,成分,与,组织结构,材料设计,与,材料加工工艺设计,2011-11-5金属塑性变形物理基础金属材料性能及其影响因,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,金属塑性变形形式定义,冷变形,是指在,再结晶温度以下,的变形。变形后具有明显的加工硬化现象,(,冷变形强化,),。,如冷挤压、冷轧、冷冲压等。,热变形,是指在,再结晶温度以上,的变形。在其变形过程中，其加工硬化随时被再结晶所消除。因而，在此过程中表现不出加工硬化现象。,如热轧、热锻、热挤压等。,温变形,是指介于冷、热变形之间的变形，加工硬化和再结晶同时存在。,如：温锻、温挤压等。,2011-11-5金属塑性变形物理基础金属塑性变形形式定义冷,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷塑性变形机理（纯金属）,1,、晶内变形,滑移 孪生,2011-11-5金属塑性变形物理基础 冷塑性变形机理（纯金,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,2,、晶间变形,晶粒间的相对滑动和转动,冷塑性变形机理（纯金属）,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷塑性变形机理（纯金属,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形对组织与性能的影响,组织变化：,纤维组织,亚结构,变形织构,晶内及晶间的破坏,性能变化：,力学性能,残余应力,物化性能,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形对组织与性能的影,冷变形对组织的影响,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,组织变化：,纤维组织,亚结构,变形织构,晶体取向变化,晶内及晶间的破坏,晶粒形状变化,冷变形对组织的影响2011-11-5金属塑性变形物理基础,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,纤维组织,金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时,晶粒变成细条状,(,拉伸时,),金属中的夹杂物和第二相也被拉长,形成纤维组织。,变形前的退火状态组织 变形后的冷轧变形组织,沿垂直变形方向截取试样则不能真实反映晶粒变形情况,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形纤维组织金属发生,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,亚结构的变化,金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大并发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，从而在晶粒内产生亚结构（亚晶粒）。,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形亚结构的变化金属,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,形变织构,在塑性变形中，随着变形大程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，使各晶粒的位向呈现一定程度的规律性，这一现象称为择优取向，这种组织状态称为形变织构。,典型织,构,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形形变织构在塑性变,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,形变织构的影响与应用,一般来说，不希望金属板材存在织构，尤其是用于深冲压成型的板材，由于织构会造成其沿各方向变形的不均匀性，使工件的边缘出现高低不不平，所谓的,“,制耳,”,。,但是，变压器用硅钢片，由于,-Fe,方向最易磁化，生产中通过轧制可获得具有,（,110,）,001,织构和磁化性能优异的硅钢片。,制耳现象,2011-11-5金属塑性变形物理基础形变织构的影响与应用一,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,晶内及晶间破坏,在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），孪晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源。,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形晶内及晶间破坏,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,对组织与性能的影响,组织变化：,纤维组织,亚结构,变形织构,晶内及晶间的破坏,性能变化：,力学性能,残余应力,物化性能,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形对组织与性能的影,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,力学性能,金属发生塑性变形时，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为,加工硬化,，也叫,形变强化,或,冷作硬化,。,Cu,丝冷变形的力学性能变化,常温变形对低碳钢力学性能的影响,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形力学性能金属发生,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,加工硬化,的本质原因：,金属发生塑性变形时,位错密度增加,位错间的交互作用增强,相互缠结,造成位错运动阻力的增大,引起塑性变形抗力提高。,晶粒破碎细化,使强度得以提高。（细晶效应）,2011-11-5金属塑性变形物理基础加工硬化的本质原因：金,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,加工硬化的意义,-,强化手段,加工硬化是金属材料五大,强化手段,之一；在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。特别是对于纯金属和不能热处理强化的材料，冷变形加工是强化它们的主要手段；,Q345(16Mn),钢的自行车链条经五次轧制，总变形量为,65%,时性能对比,65Mn,弹簧钢丝经冷拉后，抗拉强度可达,20003000MPa,，比一般钢材的强度提高,46,倍。,2011-11-5金属塑性变形物理基础加工硬化的意义-强化手,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,加工硬化的意义,-,强化手段,高锰钢（,ZGMn13),属于,奥氏体钢,，热处理不能强化，它的主要强化手段就是加工硬化。,当高锰钢受到激烈摩擦或剧烈冲击时，其表面部分就会产生微量塑性变形，随之产生强烈的加工硬化，使其硬度和强度快速提高，从而能够作为耐磨钢使用。,2011-11-5金属塑性变形物理基础加工硬化的意义-强化手,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,加工硬化的意义,-,金属的冷成型加工的保证,金属的冷成型正是利用了材料的加工硬化特性，使,塑性变形均匀地分布于整个工件上,，而不致于集中在某些局部而导致最终断裂；,2011-11-5金属塑性变形物理基础加工硬化的意义-金属的,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,加工硬化的意义,-,提高了构件的安全性,构件在使用过程中，往往不可避免地会某些部位出现应力集中和过载现象，在这种情况下，由于金属能加工硬化，使,局部过载部位在产生少量塑性变形之后，提高了屈服强度并与所承受的应力达到平衡,，变形就不会继续发展，从而在一定程度上提高了构件的安全性。,2011-11-5金属塑性变形物理基础加工硬化的意义-提高了,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,残余应力（储存能）,塑性变形中外力所作的功除大部分转化成热外，还有一小部分以畸变能的形式存储在材料内部，这部分存储能的具体表现方式为：,宏观残余应力,、,微观残余应力,、,点阵畸变,。,宏观表现,0.1%,晶粒获亚晶粒之间变形不均匀性,空位、间隙原子、位错等,80%-90%,金属经塑性变形后的残余应力是不可避免的，这对工件的变形、开裂和应力腐蚀产生影响和危害。,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形残余应力（储存能,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,残余内应力的消除与应用,金属塑性变形后的残余应力，可以通过,去应力退火来消除,；,经拉延成型的黄铜弹壳在,280,左右进行去应力退火，以避免变形和应力腐蚀。,残余应力的应用：,有意控制残余应力的分布，使其与工作应力方向相反，可以提高工件的力学性能，如车架承重板簧。,2011-11-5金属塑性变形物理基础残余内应力的消除与应用,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形,物化性能,密度、导热、导电、导磁性下降,晶间物质的破坏使晶粒直接接触、晶粒位向有序化、晶间出现了显微裂纹、裂口、空洞等缺陷致使金属的密度降低,原子脱离其平衡位置，位错密度的增加,化学活性增加，电极电位提高，耐腐蚀性下降,结构缺陷多，自由焓升高，扩散速度快,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形物化性能密度、导,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形金属在加热时的组织与性能变化,相关基本概念：,是否出现,新无畸变晶粒,而发生亚结构和性能变化,回复,再结晶,晶粒长大,动力学,弛豫过程,动力学,孕育期,正常长大,影响因素,回复机制,低,/,中,/,高温,再结晶过程,形核,/,长大,异常长大,影响因素,再结晶温度影响因素,再结晶晶粒度,电阻率降空位,/,位错应变能,内应力降晶体内弹性变形,硬度及强度保持位错密度,消除畸变能，控制晶粒大小，形态，均匀度,界面能，表面能作为驱动力,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形金属在加热时的组,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形金属在加热时的组织与性能变化,金属冷变形使材料内部空位、位错等结构缺陷密度增加，畸变能升高，使其处于,热力学不稳定的高自由能状态,。因此材料具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势。当冷变形金属加热时会发生,回复,、,再结晶,和,晶粒长大,等过程。,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形金属在加热时的组,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,冷变形金属加热时性能影响,在回复阶段，各材料释放的存储能量均较小，再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰处。,2011-11-5金属塑性变形物理基础冷变形金属加热时性能影,热变形主要机理,晶,内,滑,移,晶,内,孪生,晶,界滑移,扩散蠕变,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,热变形主要机理晶晶晶扩散蠕变2011-11-5金属塑性变形物,热变形主要机理发生条件,热变形主要机理发生条件,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,a),b),c),a),空位和原子的移动方向,b),晶内扩散,c),晶界扩散,热塑性变形机理,扩散蠕变,温度高（能量大），晶粒细（路程短），应变速率低（时间多）扩散蠕变作用大,2011-11-5金属塑性变形物理基础a)b)c)a),2011-11-5,金属塑性变形物理基础,热变形软化机制与相关概念,热塑性变形过程中,加工硬化,和,软化过程,并存,1.,外力和温度的共同作用下发生,动态回复,-,高层错能（,Al/Mo/W/a-Fe,）易交滑移,/,攀移,动态再结晶,-,底层错能（,Cu/Ni/SS/Fe,）扩展位错宽,2.,去除外力后,亚动态再结晶,静态回复,静态再结晶,与冷变形相似,2011-11-5金属塑性变形物理基础热变形软化机制与相关概,2011-11-5,金属塑性变形物理基础,回复,热态变形及随后过程中金属内所发生的大角度晶界移动之前的一切位错运动过程。,静态回复与动态回复的区别,动态回复发生在变形之时,静态回复发生在变形之后,回复过程