塑變改后-副本

1、第一節(jié)金屬的塑性變形第一節(jié)金屬的塑性變形1單晶體的塑性變形2 2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形3 3塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響 第三章第三章 金屬的塑性變形和再結(jié)晶金屬的塑性變形和再結(jié)晶 3.1.3.1.1 1 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形n當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時，金屬將產(chǎn)生塑性變形。為了當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限時，金屬將產(chǎn)生塑性變形。為了方便起見，我們首先研究單晶體的塑性變形，而多晶方便起見，我們首先研究單晶體的塑性變形，而多晶體的塑性變形與各個晶粒的變形行為相關(guān)聯(lián)，掌握了體的塑性變形與各個晶粒的變形行為相關(guān)聯(lián)，掌握了單晶體的變形規(guī)律，將有助于了解多晶體的塑性

2、變形單晶體的變形規(guī)律，將有助于了解多晶體的塑性變形本質(zhì)。本質(zhì)。n單晶體的變形有單晶體的變形有“滑移滑移”和和“孿生孿生”兩種方式，我們兩種方式，我們重點研究滑移方式。重點研究滑移方式?；疲夯疲涸谇性谇袘?yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）發(fā)沿著一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑移方向）發(fā)生相對滑動的過程。生相對滑動的過程。由圖可知：由圖可知：外力外力P P在一定的晶面上分解為兩種應(yīng)力：在一定的晶面上分解為兩種應(yīng)力： ； （a a）正應(yīng)力正應(yīng)力 使晶格發(fā)生彈性變形（由使晶格發(fā)生彈性變形（由cccc，a a

3、aa） 或斷裂或斷裂 （b b）切應(yīng)力切應(yīng)力 使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形（使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形（c c）大量晶面的滑移，最終使試樣被拉長變細大量晶面的滑移，最終使試樣被拉長變細 （d d）塑性變形的實質(zhì)塑性變形的實質(zhì) 原子移動到新的穩(wěn)定位置原子移動到新的穩(wěn)定位置總總 結(jié)結(jié)滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生；一些概念：一些概念：1 1、滑移面：發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面；、滑移面：發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面；2 2、滑移方向：晶體在滑移面上發(fā)生滑移的晶向；、滑移方向：晶體在滑移面上發(fā)生滑移的晶向；3 3、滑移系：一個滑移面和此面上的一個滑移方向、滑移系：一個滑移

4、面和此面上的一個滑移方向結(jié)合起來，組成一個滑移系。結(jié)合起來，組成一個滑移系。（它表示金屬晶體在發(fā)生滑移時滑移動作可采取的空間（它表示金屬晶體在發(fā)生滑移時滑移動作可采取的空間位向，滑移系越多，滑移時可供采用的空間位向也越多，位向，滑移系越多，滑移時可供采用的空間位向也越多，所以該金屬的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑所以該金屬的塑性也越好，而且滑移方向的作用大于滑移面的作用。）移面的作用。）一般說來：滑移面總是原子最密排面，滑移方向也一般說來：滑移面總是原子最密排面，滑移方向也總是原子最密排方向?？偸窃幼蠲芘欧较颉＃ㄒ驗樵谧蠲芘琶嫔?，原子的結(jié)合力最強，而面與（因為在最密排面上，原子的結(jié)合力

5、最強，而面與面之間的距離卻最大，所以最密排面之間的原子間面之間的距離卻最大，所以最密排面之間的原子間的結(jié)合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同的結(jié)合力最弱，滑移阻力最小，因而最易滑移；同理，滑移方向也總是原子最密排方向。）理，滑移方向也總是原子最密排方向。）幾種常見金屬的滑移面和滑移方向：幾種常見金屬的滑移面和滑移方向：晶體在滑移的同時，由于正應(yīng)力組成的力偶的作用，晶體在滑移的同時，由于正應(yīng)力組成的力偶的作用，會推動晶體會推動晶體轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力方向平行。，力圖使滑移面轉(zhuǎn)向與外力方向平行。取金屬單晶體試樣，表面經(jīng)磨制拋光，然后進行拉伸，取金屬單晶體試樣，表面經(jīng)磨制拋光，然后進

6、行拉伸，當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡下觀察，則可在當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡下觀察，則可在表面見到許多相互平行的線條，稱之為表面見到許多相互平行的線條，稱之為滑移帶滑移帶；如進一步；如進一步在電子顯微鏡下觀察，便會發(fā)現(xiàn)任一條滑移帶實際上是由在電子顯微鏡下觀察，便會發(fā)現(xiàn)任一條滑移帶實際上是由許多密集在一起的相互平行的許多密集在一起的相互平行的滑移線滑移線所組成，這些滑移線所組成，這些滑移線表現(xiàn)為在塑性變形后在晶體表面產(chǎn)生的一個個小臺階。表現(xiàn)為在塑性變形后在晶體表面產(chǎn)生的一個個小臺階。圖圖3-1 滑移帶與滑移線的示意圖滑移帶與滑移線的示意圖滑移的位錯機制：滑移的位錯機制：若晶體中

7、沒有任何缺陷，原子排列若晶體中沒有任何缺陷，原子排列得十分整齊時，經(jīng)理論計算，在切應(yīng)力的作用下，晶得十分整齊時，經(jīng)理論計算，在切應(yīng)力的作用下，晶體的上下兩部分沿滑移面作體的上下兩部分沿滑移面作整體剛性的滑移整體剛性的滑移時，此時時，此時所需的臨界切應(yīng)力所需的臨界切應(yīng)力K K（即滑移所需的最小切應(yīng)力）與即滑移所需的最小切應(yīng)力）與實測相差十分懸殊。（例如：銅的理論計算值實測相差十分懸殊。（例如：銅的理論計算值K K =6400=6400N/mmN/mm2 2，而實測值而實測值K K =1.0 =1.0N/mmN/mm2 2），），為此，導(dǎo)致為此，導(dǎo)致了位錯學(xué)說的誕生。了位錯學(xué)說的誕生。理論與實驗都

8、已證明，在實際晶體中存在著位錯，晶體理論與實驗都已證明，在實際晶體中存在著位錯，晶體的滑移是通過位錯在切應(yīng)力的作用下沿滑移面逐步移動的的滑移是通過位錯在切應(yīng)力的作用下沿滑移面逐步移動的結(jié)果。結(jié)果。如書如書P45P45圖圖3-23-2所示所示，一個刃型位錯在切應(yīng)力的作用，一個刃型位錯在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的運動過程，就象接力賽跑一樣，位錯中心下在滑移面上的運動過程，就象接力賽跑一樣，位錯中心的原子逐一遞進，由一個平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個平衡位置，的原子逐一遞進，由一個平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個平衡位置，通過一根位錯線從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運動便造成一通過一根位錯線從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)的運動便造成一

9、個原子間距的滑移。當(dāng)位錯線移到晶體表面時，就會在晶個原子間距的滑移。當(dāng)位錯線移到晶體表面時，就會在晶體表面上留下一個原子間距的滑移臺階，因而造成滑移線體表面上留下一個原子間距的滑移臺階，因而造成滑移線的產(chǎn)生。的產(chǎn)生?；频膶崿F(xiàn)滑移的實現(xiàn) 借助于借助于位錯運動位錯運動圖圖3-2 晶體中位錯運動產(chǎn)生滑移晶體中位錯運動產(chǎn)生滑移過程示意圖過程示意圖實測的實測的K 遠小于理論的遠小于理論的K 的原因的原因：位錯雖然移動了位錯雖然移動了一個原子間距，但位錯中心附近的少數(shù)原子只作遠小一個原子間距，但位錯中心附近的少數(shù)原子只作遠小于一個原子間距的彈性偏移，而其他區(qū)域的原子仍處于一個原子間距的彈性偏移，而其他區(qū)

10、域的原子仍處于正常位置，所以這樣的位錯運動只需一個很小的切于正常位置，所以這樣的位錯運動只需一個很小的切應(yīng)力即可實現(xiàn)，故，實測的應(yīng)力即可實現(xiàn)，故，實測的K 遠小于理論的遠小于理論的K 。圖圖3-3 位錯運動時的原子移動位錯運動時的原子移動n多晶體金屬的塑性變形與單晶體的本多晶體金屬的塑性變形與單晶體的本質(zhì)是一致的，即每個晶粒的塑性變形仍質(zhì)是一致的，即每個晶粒的塑性變形仍以滑移方式進行，但多晶體是由許多形以滑移方式進行，但多晶體是由許多形狀、大小、取向各不相同的晶粒組成。狀、大小、取向各不相同的晶粒組成。所以，多晶體的塑變過程又比單晶體的所以，多晶體的塑變過程又比單晶體的相對復(fù)雜許多。相對復(fù)雜許

11、多。3.1.2 3.1.2 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形3.1.2.1 3.1.2.1 晶界對塑性變形的影響晶界對塑性變形的影響晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯運動，使變形抗力增大。晶界原子排列較不規(guī)則，阻礙位錯運動，使變形抗力增大。晶粒小晶粒小 晶界多晶界多 變形抗力大變形抗力大 強度，硬度強度，硬度（細晶強化）（細晶強化）晶粒小晶粒小 變形分散，應(yīng)力集中小變形分散，應(yīng)力集中小 塑性塑性，韌性，韌性對于每一個晶粒而言，變形也不均勻，晶粒中心區(qū)域?qū)τ诿恳粋€晶粒而言，變形也不均勻，晶粒中心區(qū)域的變形量大，晶界及其附近區(qū)域的變形量較小，出現(xiàn)所的變形量大，晶界及其附近區(qū)域的變形量較小，出現(xiàn)所謂的謂

12、的“竹節(jié)竹節(jié)”形變形。形變形。 在多晶體金屬中，由于各晶粒的位向不同，則各在多晶體金屬中，由于各晶粒的位向不同，則各滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，滑移系的取向（滑移面和滑移方向的分布）也不同，所以在外力的作用下，每個滑移系上所受的分切應(yīng)所以在外力的作用下，每個滑移系上所受的分切應(yīng)力就不同。如果：在受拉伸時，滑移系與外力力就不同。如果：在受拉伸時，滑移系與外力P成成45，則，則為最大；滑移系與外力為最大；滑移系與外力P 平行或垂直，則平行或垂直，則為最小。為最小。3.1.2.2 晶粒取向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊懢ЯＨ∠驅(qū)λ苄宰冃蔚挠绊戃浳幌颍很浳幌颍悍不泼婧突不泼婧突品较蛱幱诨蚪?/p>

13、近與外力移方向處于或接近與外力成成45的夾角的晶粒必先滑的夾角的晶粒必先滑移，處于這種位向的晶粒移，處于這種位向的晶粒為處于軟位向。為處于軟位向。 硬位向：硬位向：滑移面或滑移滑移面或滑移方向處于或接近于與外力方向處于或接近于與外力平行或垂直的晶粒，處于平行或垂直的晶粒，處于硬位向，則難以滑移。硬位向，則難以滑移。如如圖所示，以圖所示，以ABC的順序分批滑移。的順序分批滑移。圖圖3-4 多晶體金屬塑性多晶體金屬塑性變形不均勻性的示意圖變形不均勻性的示意圖 在外力作用下，金屬中處于在外力作用下，金屬中處于“軟位向軟位向”的晶粒的晶粒中的位錯首先滑移，產(chǎn)生變形，但是這種變形要受中的位錯首先滑移，產(chǎn)

14、生變形，但是這種變形要受到鄰近尚未產(chǎn)生滑移的晶粒的制約。這些晶粒要以到鄰近尚未產(chǎn)生滑移的晶粒的制約。這些晶粒要以彈性變形來協(xié)調(diào)，所以，多晶體中彈性變形來協(xié)調(diào)，所以，多晶體中“軟位向軟位向”晶粒晶粒的位錯運動所需的外力較單晶體所需的外力大的位錯運動所需的外力較單晶體所需的外力大 另外，分正應(yīng)力組成一力偶，促使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，另外，分正應(yīng)力組成一力偶，促使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，所以隨著滑移的發(fā)生，軟位可轉(zhuǎn)移到硬位向，硬位所以隨著滑移的發(fā)生，軟位可轉(zhuǎn)移到硬位向，硬位向可轉(zhuǎn)到軟位向。向可轉(zhuǎn)到軟位向。 多晶體的塑性變形總是多晶體的塑性變形總是逐批滑移，從不均勻變逐批滑移，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形形逐步

15、發(fā)展到比較均勻的變形。3.1.3合金的塑性變形合金的塑性變形n 按組成相不同，合金主要可分為單相固溶體合金按組成相不同，合金主要可分為單相固溶體合金和多相合金，它們的塑性變形又各自具有不同的特點和多相合金，它們的塑性變形又各自具有不同的特點。n一一. 單相固溶體合金的塑性變形單相固溶體合金的塑性變形 單相固溶體合金和純金屬相比，最大的區(qū)別在于單單相固溶體合金和純金屬相比，最大的區(qū)別在于單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子。溶質(zhì)原子對合金塑性相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子。溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強化作用，提高了塑性變變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強化作用，提高了塑性變形的阻力，此外，有些固溶體

16、會出現(xiàn)明顯的屈服點和形的阻力，此外，有些固溶體會出現(xiàn)明顯的屈服點和應(yīng)變時效現(xiàn)象。應(yīng)變時效現(xiàn)象。n1. 固溶強化固溶強化影響固溶強化的因素很多，主要有以下幾個方面影響固溶強化的因素很多，主要有以下幾個方面：（1）固溶體中溶質(zhì)原子的含量越高，強化作用越大）固溶體中溶質(zhì)原子的含量越高，強化作用越大（2）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子半徑相差越大，強）溶質(zhì)原子與基體金屬的原子半徑相差越大，強化作用越大；化作用越大；（3）間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶質(zhì)原子具有更大的）間隙型溶質(zhì)原子比置換型溶質(zhì)原子具有更大的固溶強化效果，但間隙原子的固溶度很有限，故實際固溶強化效果，但間隙原子的固溶度很有限，故實際強化效果也有限；

17、強化效果也有限；（4）溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差越大，固）溶質(zhì)原子與基體金屬的價電子數(shù)相差越大，固溶強化作用越顯著，即固溶體的屈服強度隨合金電子溶強化作用越顯著，即固溶體的屈服強度隨合金電子濃度的增加而提高。濃度的增加而提高。n2. 屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效屈服現(xiàn)象與應(yīng)變時效 通常認為，溶質(zhì)原子與位錯交互作用形成的溶質(zhì)原通常認為，溶質(zhì)原子與位錯交互作用形成的溶質(zhì)原子氣團（子氣團（Cottrell氣團）對位錯有氣團）對位錯有“釘扎作用釘扎作用”。上屈服點：位錯要運動，需加大外力才能掙脫柯氏氣團上屈服點：位錯要運動，需加大外力才能掙脫柯氏氣團的釘扎而移動；的釘扎而移動；下屈服點：一旦掙脫柯氏氣團的

18、釘扎，位錯的運動就比下屈服點：一旦掙脫柯氏氣團的釘扎，位錯的運動就比較容易，因此應(yīng)力降低；較容易，因此應(yīng)力降低；應(yīng)力平臺區(qū)：在基本恒定的應(yīng)力下繼續(xù)變形。應(yīng)力平臺區(qū)：在基本恒定的應(yīng)力下繼續(xù)變形。圖圖3-8 低碳鋼低碳鋼拉伸時的應(yīng)拉伸時的應(yīng)力力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線n應(yīng)變時效應(yīng)變時效是與Cottrell氣團相關(guān)的另一種現(xiàn)象。 將退火狀態(tài)的低碳鋼試樣拉伸到超過屈服點并發(fā)生少量拉伸到超過屈服點并發(fā)生少量塑性變形塑性變形后（圖3-9中曲線1） 卸載，立即重新加載進行拉伸立即重新加載進行拉伸（圖3-9中曲線2）:試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象； 將變形后的試樣在常溫下放置幾天（自然時效自然時效）或或經(jīng)200 左右短時加熱

19、（人工時效人工時效）后后再進行拉伸拉伸:屈服現(xiàn)象又復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力進一步提高（圖3-9中曲線3），這一現(xiàn)象通常稱為應(yīng)變時效。圖圖3-9 低碳鋼的拉伸試驗低碳鋼的拉伸試驗1預(yù)塑性變形；2去載后立即再行加載；3去載后放置一段時期或在200 加熱后在加載二二. 多相合金的多相合金的塑性變形塑性變形n1. 聚合型合金的塑性變形聚合型合金的塑性變形n均為塑性相均為塑性相：合金的變形能力取決于兩相的體積分合金的變形能力取決于兩相的體積分數(shù)數(shù),滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中；較強相的體積分滑移往往首先發(fā)生在較軟的相中；較強相的體積分數(shù)較少，則強化效果甚微；大于數(shù)較少，則強化效果甚微；大于30時，明顯的強化時

20、，明顯的強化作用。作用。n塑性相塑性相+脆性相脆性相：性能取決于兩相的相對數(shù)量性能取決于兩相的相對數(shù)量；脆性脆性相的形狀、大小和分布密切相關(guān)。相的形狀、大小和分布密切相關(guān)。根據(jù)第二相粒子的尺寸大小可將多相合金分為兩大類：聚合型合金、彌散分布型合金聚合型合金、彌散分布型合金n2. 彌散分布型彌散分布型合金的塑性變形合金的塑性變形n（1）不可變形粒子的強化作用）不可變形粒子的強化作用圍繞著粒子的位錯線在左右兩邊相遇，于是正負位錯彼此托消，形成包圍著粒子的位錯環(huán)而被留下，而位錯線的其余部分則越過粒子繼續(xù)移動。n（2）可變形微粒的強化作用）可變形微粒的強化作用n當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ訛榭勺冃挝⒘r，位錯將切過粒

21、子使之隨同基體一起變形，如圖3-11所示。圖3-11 位錯切過第二相粒子示意圖圖3-10位錯繞過第二相粒子示意圖變形變形10% 100變形變形40% 100 變形變形80%纖維組織纖維組織100 工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵不同變形度不同變形度的顯微組織的顯微組織1. 1. 塑性變形對金屬組織的影響塑性變形對金屬組織的影響（1 1） 晶粒變形，形成晶粒變形，形成纖維組織纖維組織 3.1.4冷態(tài)冷態(tài) 塑性變形對金屬組織和性能的影塑性變形對金屬組織和性能的影響響n（2 2） 位錯密度增加，晶粒破碎，位錯密度增加，晶粒破碎，亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)增加增加 塑性變形塑性變形 位錯密度增加，相互纏結(jié)位錯密度增加，相互纏結(jié)(亞

22、晶界亞晶界)，運，運動阻力加大動阻力加大 變形抗力變形抗力 加工硬化加工硬化（3） 形成形成形變織構(gòu)形變織構(gòu)絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性。絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，性能出現(xiàn)各向異性。晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，但未出現(xiàn)織構(gòu)。晶粒拉長，且出現(xiàn)晶粒拉長，且出現(xiàn)織構(gòu)織構(gòu)。（1 1）加工硬化現(xiàn)象）加工硬化現(xiàn)象（強化材料的手段之一）（強化材料的手段之一） 在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象就的強度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象就是加工硬化，或形變強化。

23、是加工硬化，或形變強化。2. 塑性變形對金屬材料性能的影響塑性變形對金屬材料性能的影響金屬在冷變形時，強度、硬度金屬在冷變形時，強度、硬度 ，塑性、韌性，塑性、韌性。P21，圖圖1-17實際意義：實際意義： 優(yōu)點：優(yōu)點： a、廣泛用來提高金屬材料的強度；（例如：自行車鏈廣泛用來提高金屬材料的強度；（例如：自行車鏈條的鏈板的制作）條的鏈板的制作） b、有利于金屬進行均勻變形；（例如：冷拔鋼絲）有利于金屬進行均勻變形；（例如：冷拔鋼絲） c、可以提高工件在使用過程中的安全性?？梢蕴岣吖ぜ谑褂眠^程中的安全性。 缺點：缺點： 會給金屬進一步加工造成困難，為此中間需進行再結(jié)會給金屬進一步加工造成困難，

24、為此中間需進行再結(jié)晶退火處理。晶退火處理。（2 2）產(chǎn)生各向異性）產(chǎn)生各向異性 ( (沿纖維方向的強度、塑性最大）沿纖維方向的強度、塑性最大）優(yōu)點：利用它所形成的各向異性；（例如：制造變壓優(yōu)點：利用它所形成的各向異性；（例如：制造變壓器鐵芯的硅鋼片）器鐵芯的硅鋼片）缺點：也是因為它所形成的各向異性；（例如：制耳缺點：也是因為它所形成的各向異性；（例如：制耳現(xiàn)象現(xiàn)象) )（3 3）物理、化學(xué)性能的變化）物理、化學(xué)性能的變化 電阻增大，耐腐蝕性降低電阻增大，耐腐蝕性降低（4） 殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力由金屬內(nèi)部不均勻變形引起由金屬內(nèi)部不均勻變形引起 宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：由于表層與心（

25、第一類內(nèi)應(yīng)力）：由于表層與心部的變形量不同所引起的，它是在部的變形量不同所引起的，它是在整個物體范圍內(nèi)整個物體范圍內(nèi)處于平衡的力。（例如：冷拉圓鋼）處于平衡的力。（例如：冷拉圓鋼） 微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于微觀內(nèi)應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：由于晶粒之間晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域或晶內(nèi)不同區(qū)域變形量不同引起的，它是在晶?；蜃冃瘟坎煌鸬?，它是在晶?；蚓?nèi)不同區(qū)域內(nèi)處于平衡的力。晶內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)處于平衡的力。晶格畸變力（第三類內(nèi)應(yīng)力）晶格畸變力（第三類內(nèi)應(yīng)力）位錯等晶格缺陷的大量增加引起缺陷附近晶格畸變產(chǎn)生位錯等晶格缺陷的大量增加引起缺陷附近晶格畸變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。的內(nèi)應(yīng)力。它是在晶界、滑移面等附近不

26、多的它是在晶界、滑移面等附近不多的原子群范原子群范圍內(nèi)圍內(nèi)維持平衡的。維持平衡的。它是金屬強化的主要原因，也是變形它是金屬強化的主要原因，也是變形金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力。金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力。 殘余內(nèi)應(yīng)力的危害殘余內(nèi)應(yīng)力的危害引起零件加工過程變形、開裂。引起零件加工過程變形、開裂。耐蝕性耐蝕性 在變形金屬中，由于晶粒破碎拉長及位錯等晶格缺在變形金屬中，由于晶粒破碎拉長及位錯等晶格缺陷大量增加，使其內(nèi)能增加，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的陷大量增加，使其內(nèi)能增加，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定的亞穩(wěn)狀態(tài)。所以，一旦對其進行加熱使原子有了足夠高亞穩(wěn)狀態(tài)。所以，一旦對其進行加熱使原子有了足夠高的活動能力，那么，形變金屬就能

27、從亞穩(wěn)狀態(tài)向穩(wěn)定狀的活動能力，那么，形變金屬就能從亞穩(wěn)狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，從而引起一系列組織和性能的變化。由回復(fù)、態(tài)轉(zhuǎn)變，從而引起一系列組織和性能的變化。由回復(fù)、再結(jié)晶以及晶粒長大三個階段綜合組成的。再結(jié)晶以及晶粒長大三個階段綜合組成的。 第二節(jié)第二節(jié) 冷加工金屬在加熱時的變化冷加工金屬在加熱時的變化一、回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大一、回復(fù)、再結(jié)晶與晶粒長大1 1回復(fù)回復(fù)2 2再結(jié)晶再結(jié)晶3 3晶粒長大晶粒長大1、回復(fù)、回復(fù) T T回復(fù)回復(fù)=（0.250.25.3.3）T T熔點熔點顯微組織無明顯變化，位錯和點缺陷大大顯微組織無明顯變化，位錯和點缺陷大大.回復(fù)使塑變后金屬的強度和硬度略有下降，回復(fù)使

28、塑變后金屬的強度和硬度略有下降，塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低一些物理塑性增高，但殘余應(yīng)力大大降低一些物理性能得到改善。性能得到改善。變化變化應(yīng)用應(yīng)用工業(yè)上利用回復(fù)過程對變形金屬進行工業(yè)上利用回復(fù)過程對變形金屬進行去應(yīng)去應(yīng)力力退火退火來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。來降低殘余應(yīng)力，保留加工硬化效果。（例如：經(jīng)深沖工藝制成的黃銅彈殼）（例如：經(jīng)深沖工藝制成的黃銅彈殼）塑性變形后的金屬在低溫加熱時，原子的活動能力較差，從塑性變形后的金屬在低溫加熱時，原子的活動能力較差，從顯微組織幾乎看不出任何變化，僅因變形金屬中的一些點缺顯微組織幾乎看不出任何變化，僅因變形金屬中的一些點缺陷和位錯的遷移而引起某些

29、晶內(nèi)變化稱為回復(fù)陷和位錯的遷移而引起某些晶內(nèi)變化稱為回復(fù)2、再結(jié)晶、再結(jié)晶 T T再再=（0.350.35.4.4）T T熔點熔點 變形后金屬被加熱到較高溫度時，由于原子擴散能變形后金屬被加熱到較高溫度時，由于原子擴散能力增大，變形和破碎的晶粒通過重新生核、長大變力增大，變形和破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶成新的均勻、細小的等軸晶粒，該過程稱為再結(jié)晶 。變化變化再結(jié)晶使塑變后金屬的強度和硬度明顯降低，再結(jié)晶使塑變后金屬的強度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加塑性和韌性大大提高，殘余應(yīng)力完全消除，加工硬化現(xiàn)象被消除。，工硬化現(xiàn)象被

30、消除。，應(yīng)用應(yīng)用工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對變形后金屬進行工業(yè)上利用再結(jié)晶過程對變形后金屬進行再再結(jié)晶退火結(jié)晶退火來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的來消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性。以利于后面的變形加工。塑性和韌性。以利于后面的變形加工。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火：對發(fā)生了加工硬化（冷變形）的金屬，在對發(fā)生了加工硬化（冷變形）的金屬，在再結(jié)晶溫度以上一定溫度加熱，適當(dāng)保溫的熱處理工藝，再結(jié)晶溫度以上一定溫度加熱，適當(dāng)保溫的熱處理工藝，稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火的溫度經(jīng)常定為最低再結(jié)稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火的溫度經(jīng)常定為最低再結(jié)晶溫度以上晶溫度以上100200。書書P29表表2-2，幾種常見金屬及合，

31、幾種常見金屬及合金的最低再結(jié)晶溫度和再結(jié)晶退火溫度。金的最低再結(jié)晶溫度和再結(jié)晶退火溫度。3. 3. 晶粒長大晶粒長大變形變形80%工業(yè)純鐵再結(jié)晶退火工業(yè)純鐵再結(jié)晶退火 顯微照片顯微照片 100變形變形80% 600退火退火8小時小時 變形變形80% 400退火退火8小時小時加熱溫度加熱溫度 T 和和 保溫時間保溫時間 t 晶界遷移、晶粒合并長大。晶界遷移、晶粒合并長大。n類型類型： 正常長大正常長大：隨著溫度的升高或保溫時間的延長，晶粒均勻連續(xù)的隨著溫度的升高或保溫時間的延長，晶粒均勻連續(xù)的長大。（因為晶粒長大是一個表面能降低的過程，所以晶粒長大是一個自長大。（因為晶粒長大是一個表面能降低的過

32、程，所以晶粒長大是一個自發(fā)過程，但長大速度不大。）發(fā)過程，但長大速度不大。） 異常長大異常長大：經(jīng)嚴重冷變形的金屬，在較高溫度退火時，少數(shù)晶：經(jīng)嚴重冷變形的金屬，在較高溫度退火時，少數(shù)晶粒優(yōu)先長大，逐漸吞食周圍大量小晶粒而形成粗大晶粒的過程，叫二次再粒優(yōu)先長大，逐漸吞食周圍大量小晶粒而形成粗大晶粒的過程，叫二次再結(jié)晶。結(jié)晶。特點：特點：不是重新生核與長大，而是在一次再結(jié)晶完成之后，某些特殊晶粒長大形不是重新生核與長大，而是在一次再結(jié)晶完成之后，某些特殊晶粒長大形成的；成的；是不連續(xù)、不均勻的長大，故叫反常長大是不連續(xù)、不均勻的長大，故叫反常長大如圖如圖形成機理：第二相或夾雜物形成機理：第二相或

33、夾雜物質(zhì)點的影響質(zhì)點的影響（一）金屬的再結(jié)晶溫度（一）金屬的再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度（再結(jié)晶溫度（T再再）：）： 通常再結(jié)晶溫度是指再結(jié)晶開始的溫度，它與金通常再結(jié)晶溫度是指再結(jié)晶開始的溫度，它與金屬的變形程度和純度等因素有關(guān)；但需注意的是再結(jié)屬的變形程度和純度等因素有關(guān)；但需注意的是再結(jié)晶過程不是一個恒溫過程，而是在一定溫度范圍內(nèi)進晶過程不是一個恒溫過程，而是在一定溫度范圍內(nèi)進行的過程。行的過程。二、影響再結(jié)晶溫度和晶粒大小的因素二、影響再結(jié)晶溫度和晶粒大小的因素n影響再結(jié)晶溫度的因素：影響再結(jié)晶溫度的因素： 金屬的預(yù)變形度金屬的預(yù)變形度：金屬的預(yù)變形度越大金屬的預(yù)變形度越大，晶體缺陷，晶體缺陷

34、就越多，則組織就越不穩(wěn)定，就越多，則組織就越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 就越低。就越低。從圖從圖中可以看出，當(dāng)變形程度達到一定程度后，再結(jié)晶溫度中可以看出，當(dāng)變形程度達到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，這一溫度稱為最低再結(jié)晶溫度。大量趨于某一最低值，這一溫度稱為最低再結(jié)晶溫度。大量實驗證明：實驗證明：最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度 TR純金屬純金屬TR =（0.4 0.35）T0合金合金TR =（0.5 0.7）T0溫度單位：絕對溫度溫度單位：絕對溫度( K )預(yù)變形度對預(yù)變形度對TR的影響的影響（2）金屬的純度）金屬的純度：金屬的純度越低金屬的純度越低，金屬中的微量元素或合金元素，尤其

35、，金屬中的微量元素或合金元素，尤其是高熔點元素，常常趨向于位錯、晶界處偏聚，因此會是高熔點元素，常常趨向于位錯、晶界處偏聚，因此會阻礙原子擴散和晶界的遷移，阻礙原子擴散和晶界的遷移，從而再結(jié)晶溫度顯著提高從而再結(jié)晶溫度顯著提高。（3）加熱速度和保溫時間）加熱速度和保溫時間：因為再結(jié)晶的形核和長大都需要時間，因為再結(jié)晶的形核和長大都需要時間，所以加熱速度越所以加熱速度越大大，在不同的溫度下停留的時間短，使之來不及形核和，在不同的溫度下停留的時間短，使之來不及形核和長大長大，而推遲到更高的溫度下才會發(fā)生再結(jié)晶；，而推遲到更高的溫度下才會發(fā)生再結(jié)晶；保溫時間越長，保溫時間越長，原子的擴散能力越大，原

36、子的擴散能力越大，再結(jié)晶溫度就越再結(jié)晶溫度就越低。低。（4）原始晶粒越小，再結(jié)晶溫度越低）原始晶粒越小，再結(jié)晶溫度越低 因為原始晶粒越小，則變形抗力越大，冷變形后儲存的因為原始晶粒越小，則變形抗力越大，冷變形后儲存的能量較高，再結(jié)晶溫度越低。此外，晶粒越細小，晶界能量較高，再結(jié)晶溫度越低。此外，晶粒越細小，晶界越多，形核位置越多，越有利于再結(jié)晶。越多，形核位置越多，越有利于再結(jié)晶。 變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，強度、硬度下降，塑變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，強度、硬度下降，塑性、韌性上升。但這并不意味著與變形前完全一樣，性、韌性上升。但這并不意味著與變形前完全一樣，中心問題是再結(jié)晶后的晶粒大小。中心問題

37、是再結(jié)晶后的晶粒大小。 變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，晶粒的大小對其力學(xué)變形金屬經(jīng)再結(jié)晶退火后，晶粒的大小對其力學(xué)性能有著非常重要的影響，只有獲得細晶粒金屬，才性能有著非常重要的影響，只有獲得細晶粒金屬，才能獲得較高的強度、硬度和良好的塑性、韌性。所以，能獲得較高的強度、硬度和良好的塑性、韌性。所以，就必須了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素有哪些？就必須了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素有哪些？了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素就可以控制變形了解決定再結(jié)晶退火后晶粒度的因素就可以控制變形金屬的再結(jié)晶退火后的質(zhì)量。金屬的再結(jié)晶退火后的質(zhì)量。(二）再結(jié)晶退火后的晶粒度二）再結(jié)晶退火后的晶粒度1.1.退火溫度和

38、時間退火溫度和時間 T T 晶粒直徑晶粒直徑 DD再結(jié)晶時，再結(jié)晶時，加熱溫度越高加熱溫度越高，原子的活動能力越強，越，原子的活動能力越強，越有利于晶界的遷移，所以，有利于晶界的遷移，所以，退火后晶粒越粗大退火后晶粒越粗大；同時，；同時，在加在加熱溫度一定時，保溫時間越長，晶粒越粗大熱溫度一定時，保溫時間越長，晶粒越粗大。 當(dāng)變形度很小時，晶粒度仍保持原樣；（因為變當(dāng)變形度很小時，晶粒度仍保持原樣；（因為變形度小，畸變能小，不足以引起再結(jié)晶）形度小，畸變能小，不足以引起再結(jié)晶） 當(dāng)變形度在當(dāng)變形度在2%10%時，再結(jié)晶后的晶粒特別粗時，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大。（金屬中僅有部分晶粒發(fā)生變形，變形

39、極不均勻，大。（金屬中僅有部分晶粒發(fā)生變形，變形極不均勻，再結(jié)晶時的生核數(shù)目少，所以再結(jié)晶后的晶粒度極不再結(jié)晶時的生核數(shù)目少，所以再結(jié)晶后的晶粒度極不均勻，晶粒極易相互吞并長大）我們將此范圍的變形均勻，晶粒極易相互吞并長大）我們將此范圍的變形度稱為度稱為“臨界變形度臨界變形度”，生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在此范圍，生產(chǎn)上應(yīng)盡量避免在此范圍內(nèi)變形。內(nèi)變形。 2.2.預(yù)變形度的影響預(yù)變形度的影響它的影響實際上是變形均勻程度的問題它的影響實際上是變形均勻程度的問題。當(dāng)變形大于臨界變形度后，隨著變形的增加，當(dāng)變形大于臨界變形度后，隨著變形的增加，變形便越趨于均勻，再結(jié)晶時的形核數(shù)目越多，故晶變形便越趨于均勻，再

40、結(jié)晶時的形核數(shù)目越多，故晶粒就越細小均勻。粒就越細小均勻。 當(dāng)變形度大于當(dāng)變形度大于90%以上時，某些金屬還會出現(xiàn)晶以上時，某些金屬還會出現(xiàn)晶粒的異常長大。粒的異常長大。n臨界變形度的危害：臨界變形度的危害： （3 3）原始晶粒尺寸）原始晶粒尺寸 原始晶粒度越小，再結(jié)晶晶粒越細小。因為晶粒越細小，原始晶粒度越小，再結(jié)晶晶粒越細小。因為晶粒越細小，晶界越多，大量晶界為再結(jié)晶形核提供了有利的場所，晶界越多，大量晶界為再結(jié)晶形核提供了有利的場所，故可得到細小晶粒組織。故可得到細小晶粒組織。（4 4）微量溶質(zhì)原子）微量溶質(zhì)原子 合金元素及雜質(zhì)可細化晶粒，這是由于基體中的合金元合金元素及雜質(zhì)可細化晶粒，

41、這是由于基體中的合金元素及雜質(zhì)可增加變形金屬的儲存能，并阻礙晶界運動。素及雜質(zhì)可增加變形金屬的儲存能，并阻礙晶界運動。（5 5） 第二相粒子第二相粒子 由于晶粒大小對材料性能將產(chǎn)生重要影響，因此，調(diào)節(jié)由于晶粒大小對材料性能將產(chǎn)生重要影響，因此，調(diào)節(jié)再結(jié)晶退火參數(shù)、控制再結(jié)晶的晶粒尺寸，在生產(chǎn)中具再結(jié)晶退火參數(shù)、控制再結(jié)晶的晶粒尺寸，在生產(chǎn)中具有一定實際意義。有一定實際意義。1 1熱加工對組織和性能的影響熱加工對組織和性能的影響熱加工熱加工 在在 TR 以上溫度進行的變形加工以上溫度進行的變形加工. 如鋼材的熱鍛和熱軋如鋼材的熱鍛和熱軋,但熱加工后不產(chǎn)生加工硬化。但熱加工后不產(chǎn)生加工硬化。熱加工

42、時，塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再熱加工時，塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除結(jié)晶過程的軟化作用所消除.熱加工過程實際上是熱加工過程實際上是加工硬化與回復(fù)、再結(jié)晶相互制約，相互平衡的過加工硬化與回復(fù)、再結(jié)晶相互制約，相互平衡的過程。程。第三節(jié)第三節(jié) 金屬的熱加工（自學(xué)）金屬的熱加工（自學(xué)）熱加工的應(yīng)用及組織和性能特點熱加工的應(yīng)用及組織和性能特點1）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。）打碎柱狀晶、樹枝晶，形成等軸晶，機械性能改善。2）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機械性能。）壓合鑄件中的疏松、氣孔等缺陷，提高組織致密度和機械性能。3）產(chǎn)生）

43、產(chǎn)生 流線流線 分布分布 非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。非金屬夾雜物沿變形方向分布，引起各向異性。鍛造曲軸鍛造曲軸切削加工曲軸切削加工曲軸冷加工對組織和性能的影響冷加工對組織和性能的影響冷加工冷加工 在在 TR 以下溫度進行的變形加工，以下溫度進行的變形加工，如低碳鋼的冷拔、冷沖如低碳鋼的冷拔、冷沖。冷加工后產(chǎn)生加工硬化。冷加工后產(chǎn)生加工硬化。思考題：其原因是什么？思考題：其原因是什么？冷加工對金屬組織和性能的影響：冷加工對金屬組織和性能的影響： 能產(chǎn)生加工硬化，提高強度和硬度，塑性和韌性下降。能產(chǎn)生加工硬化，提高強度和硬度，塑性和韌性下降。 是重要的是重要的 強化手段，對不能熱處

44、理強化的合金尤其重強化手段，對不能熱處理強化的合金尤其重 要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。要。但增加繼續(xù)塑性變形的抗力。熱加工與冷加工的比較n熱加工時，由于再結(jié)晶可以及時與加工硬化動態(tài)平衡，使金屬具有很高的塑性而容易加工。 n熱加工變形量大，不需要穿插中間退火，因而流程短，效率高。n節(jié)省金屬。n缺點：n需要加熱，不如冷加工簡單易行。n制品的組織性能不如冷加工均勻和易于控制。制品不如冷加工尺寸精確，表面粗糙度值大。n對于薄或細的加工制品，由于降溫快，尺寸精度差，不宜采用熱加工。作業(yè)：作業(yè)：1、解釋下列名詞：滑移、滑移系、加工硬、解釋下列名詞：滑移、滑移系、加工硬化、回復(fù)、再結(jié)晶；化、回復(fù)、再結(jié)晶； 2、指出下列名詞的主要區(qū)別：、指出下列名詞的