第四章 金屬的塑性變形及再結(jié)晶

1、l塑性變形及隨后的加熱對(duì)金塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的屬材料組織和性能有顯著的影響影響. . 了解塑性變形的本質(zhì)了解塑性變形的本質(zhì), ,塑性變形及加熱時(shí)組織的變塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝潛力，正確確定加工工藝. . 5萬(wàn)噸水壓機(jī)萬(wàn)噸水壓機(jī)l單晶體受力后，外力在單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為任何晶面上都可分解為正應(yīng)力正應(yīng)力和和切應(yīng)力切應(yīng)力。正應(yīng)。正應(yīng)力只能引起彈性變形及力只能引起彈性變形及解理斷裂。解理斷裂。只有在切應(yīng)只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。能產(chǎn)生塑性變形。

2、一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片韌性斷口韌性斷口脆性解理斷口脆性解理斷口l 滑移滑移l滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。位移的現(xiàn)象。l塑性變形的形式：塑性變形的形式：滑移和孿生?；坪蛯\生。l金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。 l1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn) ：l 滑移只能在切應(yīng)力的作滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最產(chǎn)生滑移的最

3、小切應(yīng)力稱小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力. l 滑移常沿晶體中原滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。晶向發(fā)生。因原子密因原子密度最大的晶面和晶向度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小移所需切應(yīng)力最小。l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。通常是晶體中的密排面和密排方向通常是晶體中的密排面和密排方向。 l一個(gè)滑移面一個(gè)滑移面和其上的一和其上的一個(gè)滑移方向個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)滑滑移系移系。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密

4、排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系l滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。l因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格, 體心立方晶格好于密排六方晶格。體心立方晶格好于密排六方晶格。l滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍位移量是原子間距的整數(shù)倍.l滑移的結(jié)果在晶體表面形成

5、臺(tái)滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱階，稱滑移線滑移線，若干條滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)組成一個(gè)滑移帶滑移帶。 銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶l 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)l轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移面上滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)和滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)?；品较蛳蜃畲笄袘?yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)l轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶力分量和切應(yīng)力分量組成了力偶.l當(dāng)滑移面、滑移方向與外力方向都呈當(dāng)滑移面

6、、滑移方向與外力方向都呈45角時(shí)，滑角時(shí)，滑移移 方向上切應(yīng)力方向上切應(yīng)力最大，因而最最大，因而最容易發(fā)生滑移容易發(fā)生滑移.l滑移后滑移后, 滑移滑移面兩側(cè)晶體的面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)位向關(guān)系未發(fā)生變化。生變化。 A0A1FFA0韌性斷口韌性斷口多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行l(wèi)2、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理l把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大臨界切應(yīng)力值大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)?；苹剖峭ㄟ^滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)的。l晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑

7、移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性位錯(cuò)的易動(dòng)性。刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)l 孿生孿生l孿生孿生是指晶體的一是指晶體的一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。分所發(fā)生的切變。l發(fā)生切變的部分稱發(fā)生切變的部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿其發(fā)生孿生的，沿其發(fā)生孿生的晶面稱晶面稱孿生面孿生面。l孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。

8、 孿晶組織孿晶組織孿生示意圖孿生示意圖l與滑移相比：與滑移相比：l孿生使晶格位向發(fā)生改變孿生使晶格位向發(fā)生改變；l所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快變形速度極快, 接近聲速接近聲速;l孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距.l密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相

9、變過程中原形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶退火孿晶。奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶二、二、多晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性變形l單個(gè)晶粒變形與單晶體相似單個(gè)晶粒變形與單晶體相似,多晶體變形比單晶體復(fù)雜。多晶體變形比單晶體復(fù)雜。l晶界及晶粒位向差的影響晶界及晶粒位向差的影響l1、晶界的影響、晶界的影響l當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來受到晶界的阻礙而堆積起來,稱稱位錯(cuò)的塞積位錯(cuò)的塞積。要使變形繼。要使變形繼續(xù)

10、進(jìn)行續(xù)進(jìn)行, 則必須增加外力則必須增加外力, 從從而使金屬的變形抗力提高。而使金屬的變形抗力提高。晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯(cuò)塞積界的位錯(cuò)塞積l2、晶粒位向的影響、晶粒位向的影響l由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形這種彈性變形便成為塑性變形晶便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相于晶粒間的這種相

11、互約束，使得多晶互約束，使得多晶體金屬的塑性變形體金屬的塑性變形抗力提高?？沽μ岣摺?l 多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程l多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于或接近于45的晶粒。的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由由一批晶粒傳遞到另一一批晶粒傳遞到另一批晶粒，批晶粒，當(dāng)有大量晶當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬粒發(fā)生滑移后，金屬

12、便顯示出明顯的塑性便顯示出明顯的塑性變形。變形。 l 晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響l金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。l因?yàn)橐驗(yàn)榻饘俳饘倬ЯＴ骄ЯＴ郊?xì)，晶界總面積細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的具有不同位向的晶粒越多的晶粒越多，使，使金屬塑性變形的金屬塑性變形的抗力越高?？沽υ礁?。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系l金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。l因?yàn)橐驗(yàn)榫ЯＴ郊?xì)晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變參

13、與變形的晶粒數(shù)目也越形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加度和塑性同時(shí)增加,金屬在斷裂前消耗金屬在斷裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韌性也比較好。韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料通過細(xì)化晶粒來同時(shí)通過細(xì)化晶粒來同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方度、塑性和韌性的方法稱法稱細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化。l合金可根據(jù)組織分為合金可根據(jù)組織分為單相固溶體單相固溶體和和多相混合物多相混合物兩種兩種.合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同合金元素的存在，使合金

14、的變形與純金屬顯著不同.珠光體珠光體奧氏體奧氏體l一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化一、單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化l單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。 l產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，用的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變?nèi)苜|(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，而且易被而且易被吸附在位錯(cuò)附

15、近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住，位，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高. Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系合金成分與性能關(guān)系l二、多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化二、多相合金的塑性變形與彌散強(qiáng)化l當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，當(dāng)合金的組織由多相混合物組成時(shí)，合金的塑性變合金的塑性變 形除與合金基體的性質(zhì)形除與合金基體的性質(zhì)有關(guān)外，還與第二相的有關(guān)外，還與第二相的性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)性質(zhì)、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)。量和分布有關(guān)。第二相第二相可以是純金屬、固溶體可以是純金屬、固溶體或化合物，工業(yè)合金中或化

16、合物，工業(yè)合金中第二相多數(shù)是化合物。第二相多數(shù)是化合物。 + 鈦合金鈦合金(固溶體第二相固溶體第二相)l當(dāng)在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)當(dāng)在晶界呈網(wǎng)狀分布時(shí)，對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性不利；，對(duì)合金的強(qiáng)度和塑性不利；l當(dāng)在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)當(dāng)在晶內(nèi)呈片狀分布時(shí)，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)，可提高強(qiáng)度、硬度，但會(huì)降低塑性和韌性；降低塑性和韌性；珠光體珠光體l當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，第二相顆粒越細(xì)，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化或或沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化。l彌散

17、強(qiáng)化的原因彌散強(qiáng)化的原因是由于硬的顆粒不易被切變，因而是由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了變形抗力。顆粒釘扎作用的電鏡照片顆粒釘扎作用的電鏡照片位錯(cuò)切割位錯(cuò)切割第二相粒第二相粒子示意圖子示意圖電鏡觀察電鏡觀察l一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響一、塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響 l金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。l當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變 得模糊不清。得模糊不清。l塑性變形

18、還塑性變形還使晶粒破碎使晶粒破碎為亞晶粒。為亞晶粒。工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化5%冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)冷變形純鋁中的位錯(cuò)網(wǎng)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%l由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)當(dāng)塑性塑性變變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱稱織構(gòu)織構(gòu)或或擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向。l形變織構(gòu)使金屬呈形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)各向異性現(xiàn)各向異性，在深，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生沖零件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)

19、現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率?？商岣吖桎撈膶?dǎo)磁率。板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無二、二、加工硬化加工硬化 l隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形與性能關(guān)系冷塑性變形與性能關(guān)系l產(chǎn)生加工硬化的原因是產(chǎn)生加工硬化的原因是:l1、隨變形量增加、隨變形量增加

20、, 位錯(cuò)位錯(cuò)密度增加密度增加，由于位錯(cuò)之，由于位錯(cuò)之間的交互作用間的交互作用(堆積堆積、纏纏結(jié)結(jié))，使變形抗力增加，使變形抗力增加. 位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系l2. 隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化隨變形量增加，亞結(jié)構(gòu)細(xì)化l3. 隨變形量增加隨變形量增加, 空位密度增加空位密度增加l4. 幾何硬化幾何硬化：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起：由晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)引起l由于加工硬化由于加工硬化, 使已變形部分發(fā)使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形生硬化而停止變形, 而未變形部而未變形部分開始變形。分開始變形。沒有加工硬化沒有加工硬化, 金金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。l加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手加工硬化

21、是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，段之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。的金屬和合金尤為重要。變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵三、三、殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力 l內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力是由于金屬受力時(shí)時(shí), 內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí),外力所做的功只有外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中. l內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：l第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)

22、力)。l第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間, (微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力)。l第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 l第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。強(qiáng)度降低。l內(nèi)應(yīng)力的存在，內(nèi)應(yīng)力的存在，使金使金屬耐蝕性下降，屬耐蝕性下降，引起引起零件加工、淬火過程零件加工、淬火過程中的變形和開裂中的變形和開裂。因。因此，金屬在塑性變形此，金屬在塑性變形后，通

23、常要進(jìn)行退火后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。晶界位錯(cuò)塞積所晶界位錯(cuò)塞積所引起的應(yīng)力集中引起的應(yīng)力集中l(wèi)一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 l金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢復(fù)有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但但在常溫下在常溫下，原子擴(kuò)散能力小原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持不穩(wěn)定狀態(tài)可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶回復(fù)、再結(jié)晶和和晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅l

24、 回復(fù)回復(fù)l回復(fù)回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如如空位空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并并而使缺陷數(shù)量減少等。而使缺陷數(shù)量減少等。l由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使其由冷塑性變形時(shí)的無序狀態(tài)塑性變形時(shí)的無序狀態(tài)變?yōu)榇怪狈植?，形成亞變?yōu)榇怪狈植?，形成亞晶界，這一過程稱晶界，這一過程稱多邊多邊形化形化。l在回復(fù)階段在回復(fù)階段，金屬組織，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略硬度略

25、有下降，塑性略有提高，但有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降阻率等顯著下降。l工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象象將冷變形金屬低溫加將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理加工硬化，這種熱處理方法稱方法稱去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。l 再結(jié)晶再結(jié)晶l當(dāng)變形金屬被加熱到較當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，狀開始發(fā)生變化，由破由破碎拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾槔L(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒的等軸晶粒。l這種這種冷變形組織在加熱冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程時(shí)重新徹底改組的過

26、程稱稱再結(jié)晶再結(jié)晶。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱l再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不是相和長(zhǎng)大的過程，但不是相變過程，變過程，再結(jié)晶前后新舊再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完晶粒的晶格類型和成分完全相同全相同。冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上于高密度位錯(cuò)基體上l由于再結(jié)晶后組織的復(fù)由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而原，因而金屬的強(qiáng)度、金屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性硬度下降，塑性、

27、韌性提高，加工硬化消失提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織l 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大l再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這這是一個(gè)自發(fā)的過程。是一個(gè)自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組

28、織l晶粒的長(zhǎng)大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并晶粒的長(zhǎng)大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低塑性和韌性降低 。原子穿過原子穿過晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散晶界遷晶界遷移方向移方向冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織分后的組織二、再結(jié)晶溫度二、再結(jié)晶溫度l再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它

29、是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱最低溫度稱再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度。580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶黃銅的再結(jié)晶T再再與與的關(guān)系的關(guān)系l影響再結(jié)晶溫度的因素為：影響再結(jié)晶溫度的因素為：l1、金屬的預(yù)先變形程度：、金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大金屬預(yù)先變形程度越大, 再結(jié)晶溫度越低。再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱溫

30、度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度最低再結(jié)晶溫度。l純金屬的最低再結(jié)晶溫度純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系: T再再0.4T熔熔 其中其中T再再、T熔熔為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度.l金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T再再也越高也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451l2、金屬的純度、金屬的純度l金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高使再結(jié)晶溫度顯著提高.l3、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間

31、、再結(jié)晶加熱速度和加熱時(shí)間l提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長(zhǎng)延長(zhǎng)加熱時(shí)間加熱時(shí)間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。l生產(chǎn)中，把生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素 l1、加熱溫度和保溫時(shí)間、加熱溫度和保溫時(shí)間l加熱溫度越高，保溫時(shí)間越加

32、熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。熱溫度的影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響l預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響.l當(dāng)變形度很小時(shí)當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.l當(dāng)變形達(dá)到當(dāng)變形達(dá)到210%時(shí)時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極，只有部分晶粒變形，變形極預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度預(yù)先變形度不均勻，再結(jié)晶晶不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，粒大小相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大

33、易互相吞并和長(zhǎng)大,再結(jié)晶后晶粒特別再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度粗大，這個(gè)變形度稱稱臨界變形度臨界變形度。l當(dāng)超過臨界變形度后當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶來越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變?；静蛔?。 l對(duì)于某些金屬，當(dāng)對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時(shí)變形量相當(dāng)大時(shí)( 90%)，再結(jié)晶后，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān)這與形成織構(gòu)有關(guān).預(yù)先變形程度對(duì)預(yù)先變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸再結(jié)晶晶粒尺寸的影響的影響變形變形83%變形變形88%變形變形93%再結(jié)晶圖再結(jié)晶圖第五節(jié)第五節(jié) 金屬的熱加工金屬的熱加工 l一、冷加工與熱加工的區(qū)別一、冷加工與