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,*,*,第,4,章 金属的塑性变形与再结晶,铸态组织不均匀，缺陷多，大多数随后都进行压力加工，如：,轧制,、锻造、挤压、,拉拔,、,冲压,等。,塑性变形可使材料成型，并改善金属材料的组织和性能。,第一节 金属的塑性变形,1,、弹性变形：,2,、塑性变形：,3,、断裂：,外力去处后能够恢复的变形，,弹性极限,e,外力去处后不能恢复的变形，,伸长率和断面收缩率,应力继续增大，发生颈缩后断裂，,抗拉强度,b,，,断口形貌,韧性断口,脆性断口,切应力作用下的变形,锌单晶拉伸照片,主要通过,滑移,和,孪生,两种方式,一、单晶体的塑性变形,在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着,一定晶面和晶向,发生相对移动的过程。外力除去后不能恢复原状。,2,、滑移系,滑移所依赖的晶面称为,滑移面,，沿着某个滑移面上的某个方向进行滑移称为,滑移方向,。滑移面,+,滑移方向,=,滑移系,1,、滑移,单晶体,多晶体,工业纯铁轻微变形后的表面,电子显微镜下的滑移带,滑移观察,滑移面,和,滑移方向,通常是晶体中原子密度最大的面和方向。,原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。,为何,?,滑移系数目，材料塑性；滑移方向，材料塑性。如,FCC,和,BCC,的滑移系为,12,个，,HCP,为,3,个，,FCC,的滑移方向多于,BCC,，金属塑性：如,Cu,（,FCC,）,Fe,（,BCC,）,Zn,（,HCP,）,110,X6,为何面心立方晶格（,Cu,）的塑性比体心立方晶格（,Fe,）好？,3,、,滑移的实现,：,借助于,位错运动,多 脚 虫 的 爬 行,位错的易动性,晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小。,二、多晶体的塑性变形,回忆：,何为多晶体？,观察：,晶界对位错运动的影响,微观与宏观结合,组织与性能结合,结论：,1,、晶界对位错运动产生阻碍，金属进一步变形困难，需要施加更大的外力，体现在强度硬度的提高。,Cu-4.5Al,合金晶界的位错塞积,2,、各晶粒位向不同，滑移时收到周围晶粒的约束和阻碍，需克服较大的外力才能滑移，也体现在强度的提高。,3,、细晶强化,细晶粒强度硬度高，且各晶粒变形较均匀，断裂时需消耗更大的功，韧性也好。,竹节现象,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,金属发生塑性变形时，,晶粒沿着变形方向被拉长或压扁。,当变形量很大时，晶粒将被拉长为,纤维状条纹,，材料的性能具有明显的方向性，纵向的强度和硬度远大于横向。,一、晶粒形状变化,轧制过程,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化,(a),常态,(c),变形,80%,(b),变形,40%,二、产生加工硬化,随变形量增加，由于位错数目急剧增加，晶体的变形抗力明显升高，使金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象,。,优点：,提高强度、硬度，如：自行车链板，冲压多次；钢丝拉拔,缺点：,后续变形困难，需要加热软化（退火）,（,视频,）,三、择优取向,随变形度增大，大多数晶粒的位向沿变形方向转动并趋于一致，产生择优取向，称为织构,。,轧制铝板的,“,制耳,”,现象,形变织构使金属呈现,各向异性,，深冲产品的杯口部出现的波浪形的突起，它象人的耳朵，故称,“,制耳,”,earing,。,四、残余内应力,由于材料在塑性变形时各部分之间变形不均匀导致的，,会引起零件加工过程中的,变形和开裂,，并使金属,耐蚀性下降,。,如,:,黄铜弹壳的季裂；拉拔钢丝表面车削后易变形,第三节 变形金属在加热时的变化,金属经冷变形后，,组织处于,不稳定,状态；但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生,回复,、,再结晶,和,晶粒长大,。,是指在,加热温度较低,时，由于原子运动促使材料回到稳定状态，内应力下降、力学性能无变化。,一、,回复,1,、利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称,去应力退火,。,避免黄铜弹壳发生,“,季裂,”,，冲压后于,260,去应力退火；,2,、,回复的应用,：,冷拉的钢丝卷制弹簧后，加热到,250,300,低温退火、定形,;,视频,1,、继续加热到较高温度时，变形晶粒重新形核和长大，形成等轴晶粒的过程。,铁素体变形,80%,670,加热,650,加热,二、再结晶,（,1,）新旧晶粒晶体结构相同，材料性质得到完全恢复。,（,2,）再结晶温度,纯金属的再结晶温度和熔点有关,“,再结晶退火,”,消除加工硬化,（,3,）影响再结晶晶粒大小的因素,加热温度,越高，,保温时间,越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。,再结晶温度对晶粒度的影响,580,C,保温,8,秒后的组织,580,C,保温,15,分后的组织,700,C,保温,10,分后的组织,预先变形度对再结晶晶粒度的影响,实际生产采用比最低再结晶温度高,100200,，控制晶粒大小。表,4-3,三、晶粒长大,再结晶完成后，若继续,升高加热温度,或,延长保温时间,，将发生晶粒长大，力学性能变差。,变形,80%,变形,80%400,再结晶退火,8,小时,变形,80%400,再结晶退火,2,小时,变形,35%,后的晶粒,580,加热,3,秒后出现细小晶粒,580,加热,4,秒后再结晶晶粒增多,580,加热,8,秒后全部再结晶晶粒,580,加热,15,分钟后晶粒长大,700,加热,10,分钟后晶粒粗大,再结晶刚刚完成后的晶粒是无畸变的等轴晶粒，如果继续升高温度或延长保温时间，晶粒之间就会通过晶界的迁移、大晶粒吞并小晶粒而长大。,第四节 金属的热加工,1,、在金属学中，冷热,变形,的界限是,以,再结晶温度,来划分的。,一、冷,加工,与热加工的区别,2,、,Fe,的再结晶温度为,450,，其在,400,以下的加工仍为冷加工。,3,、热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而,热加工不会带来加工硬化效果,。,低于再结晶温度的加工称为,冷,加工,，高于再结晶温度的加工称为,热,加工,。,W,的再结晶温度为,1200,，则其在,1000,的加工为冷加工。,Sn,的再结晶温度为,0,，则其在室温下的加工为热加工。,金属的冷热加工,模锻,镦,粗,轧制,正挤压,反挤压,拉拔,冲压,二、热加工的优缺点（视频）,优点：形成等轴晶粒，机械性能改善；减少缺陷，使组织致密；,形成,流线,，它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与外形轮廓方向一致。,（,a,）锻造曲轴 （,b,）切削加工曲轴,缺点：,带状组织,1,、高温脆性；,2,、表面氧化；,3,、尺寸控制；,4,、带状组织；,避免在两相区变形，减少杂质含量，可通过多次扩散退火消除。,正常组织,、名词解释,二、简答题,1,、单晶体金属塑性变形的主要方式和实质,?,回复,再结晶,加工硬化,热加工,冷加工,2,、为何面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性好？,3,、回复和再结晶对塑性变形后金属性能带来什么影响？,4,、钢经冷轧等冷加工后是否产生加工硬化？加工硬化产生的原因？,5,、钢热锻和热轧后是否产生加工硬化？为什么？,6,、用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种退火处理,?,为什么,?,7,、把铅锭在室温下经过多次轧制成薄板，是否需要中间退火？为何？,思 考 题,细晶强化,再结晶退火,去应力退火,