第六章_金屬及合金的塑性變形和再結(jié)晶

1、第六章第六章 金屬及合金的塑性變形金屬及合金的塑性變形和再結(jié)晶和再結(jié)晶第六章 金屬及合金的塑性變形和再結(jié)晶金屬經(jīng)熔煉澆注成鑄錠以后，通常要進(jìn)行各金屬經(jīng)熔煉澆注成鑄錠以后，通常要進(jìn)行各種塑性加工，如軋制、擠壓、冷拔、鍛壓、沖壓種塑性加工，如軋制、擠壓、冷拔、鍛壓、沖壓等，以獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型等，以獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型材、板材、管材或線材，以及零件毛坯或零件。材、板材、管材或線材，以及零件毛坯或零件。 6.1 金屬的變形特性金屬的變形特性6.1.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線和力學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)力應(yīng)變曲線和力學(xué)性能指標(biāo) 一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度 strength 概念：強(qiáng)度是指金屬抵抗永久

2、變形（塑性變形強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形（塑性變形）和斷裂和斷裂 的能力的能力。通過拉伸試驗測得大小。強(qiáng)度判據(jù)：屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) （屈服強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度s ）、）、 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b試樣按試樣按GB639786制制分長試樣分長試樣L0=10d0短試樣短試樣 L0=5d0L0LKd0拉斷拉斷前前試樣試樣拉斷拉斷后后試樣試樣FF彈性階段彈性階段彈性極限彈性極限 P屈服階段屈服階段屈服極限屈服極限 S強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 B頸縮階段頸縮階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)概念：力不增加仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力力不增加仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力。用符號：s 表示抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度概念：試樣拉斷前所承受的最大拉應(yīng)力試樣拉斷前所承

3、受的最大拉應(yīng)力。用符號：b表示 注：s 、 b 是設(shè)計與選材的重要依據(jù)是設(shè)計與選材的重要依據(jù) 另：e 表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時所承受的最大拉應(yīng)力表示彈性極限。在外力作用下產(chǎn)生彈性變形時所承受的最大拉應(yīng)力。0AFbb 0AFss 知識擴(kuò)充： 塑性材料(如：低碳鋼）和 脆性材料（如：鑄鐵） 應(yīng)力應(yīng)變曲線的對比工程技術(shù)人員的道德底線工程技術(shù)人員的道德底線二、二、塑性塑性 plasticityplasticity概念概念：在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。判據(jù)判據(jù)：斷后伸長率斷后伸長率 、斷后斷面收縮率、斷后斷面收縮率斷后伸長率斷后伸長率概念

4、概念：試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比試樣斷后標(biāo)準(zhǔn)的伸長量與標(biāo)準(zhǔn)的百分比。%100XLoLoLk 其中：其中：L Lk k斷后試樣長度斷后試樣長度 L Lo o試樣原始長度試樣原始長度斷后斷面收縮率斷后斷面收縮率概念概念：斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比斷后截面處面積的最大縮減量與原始截面面積百分比。說明說明：伸長率和收縮率在實際應(yīng)用中，一般是用：伸長率和收縮率在實際應(yīng)用中，一般是用表示塑性大小表示塑性大小。 、 越越大，材料的塑性越好。通常認(rèn)為大，材料的塑性越好。通常認(rèn)為70%）的金屬或合）的金屬或合 金，在金，在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)

5、晶體積分?jǐn)?shù)95%） 最低溫度。最低溫度。 高純金屬：高純金屬：T再再(0.250.35)Tm。2 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式 工業(yè)純金屬：工業(yè)純金屬：T再再(0.350.45)Tm。 合金：合金：T再再(0.40.9)Tm。 注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100200。為什么純度越低，再結(jié)晶溫度越高？為什么純度越低，再結(jié)晶溫度越高？答：雜質(zhì)元素對擴(kuò)散的阻礙作用答：雜質(zhì)元素對擴(kuò)散的阻礙作用再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 3 影響因素影響因素 變形量越大，儲存能越多，再結(jié)晶驅(qū)動力越大，變形量越大，儲存能越多，再結(jié)晶驅(qū)動力越大，再結(jié)晶溫度越低；再結(jié)晶溫度越低； 純度越高，雜質(zhì)或合金

6、元素對位錯和晶界運(yùn)純度越高，雜質(zhì)或合金元素對位錯和晶界運(yùn)動阻礙越小，再結(jié)晶溫度越低；動阻礙越小，再結(jié)晶溫度越低； 加熱速度和保溫時間加熱速度和保溫時間 提高加熱速度會使再結(jié)提高加熱速度會使再結(jié)晶溫度被推遲到較高溫度下發(fā)生。而保溫時間越長，晶溫度被推遲到較高溫度下發(fā)生。而保溫時間越長，再結(jié)晶溫度越低。再結(jié)晶溫度越低。再結(jié)晶的應(yīng)用再結(jié)晶的應(yīng)用 恢復(fù)變形能力恢復(fù)變形能力 改善顯微組織改善顯微組織 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 消除各向異性消除各向異性 提高組織穩(wěn)定性提高組織穩(wěn)定性 實際再結(jié)晶溫度：實際再結(jié)晶溫度：T再再100200。 晶粒長大晶粒長大 長大方式：長大方式： 正常長大；正常長大； 異常長大（二

7、次再結(jié)晶）異常長大（二次再結(jié)晶）. .晶粒長大晶粒長大二二 晶粒的異常長大晶粒的異常長大1 1 異常長大異常長大: :少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。( (二次再結(jié)晶二次再結(jié)晶）2 2 基本條件基本條件: :正常晶粒長大過程被正常晶粒長大過程被( (第二分散相微粒、織構(gòu)）第二分散相微粒、織構(gòu)） 強(qiáng)烈阻礙。強(qiáng)烈阻礙。再結(jié)晶退火 消除加工硬化，將金屬件加熱保溫緩冷至室溫，保溫溫度高于再結(jié)晶溫度100-200K；對于沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬（如銅、鋁），冷變形+再結(jié)晶退火是細(xì)化晶粒的重要手段3%變形后變形后經(jīng)經(jīng)550退退火火6%變形后變形后經(jīng)經(jīng)550退退火火9%變形后變形后

8、經(jīng)經(jīng)550退退火火12%變形變形后經(jīng)后經(jīng)550退火退火15%變形變形后經(jīng)后經(jīng)550退火退火冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響（純鋁片試樣）冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響（純鋁片試樣）再結(jié)晶圖6.7金屬熱加工v動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶v特點(diǎn)：特點(diǎn)：反復(fù)形核，有限長大，晶粒較細(xì)。反復(fù)形核，有限長大，晶粒較細(xì)。 包含亞晶粒，位錯密度較高包含亞晶粒，位錯密度較高, ,強(qiáng)度硬度高。強(qiáng)度硬度高。2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used her

9、ein under license.二二 金屬的熱加工金屬的熱加工1 加工的分類加工的分類 冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。發(fā)生加工硬化。冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。發(fā)生加工硬化。熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。（硬化、回復(fù)、熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。（硬化、回復(fù)、 再結(jié)晶。）再結(jié)晶。） 2 熱加工溫度：熱加工溫度：T再再T熱加工熱加工T固固100200。Cold WorkvAltering the shape or size of a metal by plastic deformation. it is carried out below the recrysta

10、llisation point usually at room temperature Hot WorkingvThe rolling, forging or extruding of a metal at a temperature above its recrystallisation point. 3 熱加工后的組織與性能熱加工后的組織與性能 （1）改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細(xì)化晶粒、降低偏析。）改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細(xì)化晶粒、降低偏析。提高強(qiáng)度、塑性、韌性。提高強(qiáng)度、塑性、韌性。 （2）形成纖維組織（流線）。）形成纖維組織（流線）。 組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。 性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。（3）形成帶狀組織）形成帶狀組織 形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。 影響：各向異性。類似于流線組織。影響：各向異性。類似于流線組織。 消除：避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高消除：避免在兩相區(qū)變形、