第03章 金屬塑性變形20091020

1、單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形塑性變形對組織性能的影響塑性變形對組織性能的影響變形后金屬的加熱變化變形后金屬的加熱變化金屬的熱加工金屬的熱加工第一節(jié)第一節(jié) 單晶體塑性變形單晶體塑性變形一、塑性變形概念：一、塑性變形概念：1.1.塑性變形方式塑性變形方式 晶體晶體材料在外力材料在外力屈服強度時屈服強度時發(fā)生塑性變發(fā)生塑性變形，塑性變形的方式有：滑移、孿生。形，塑性變形的方式有：滑移、孿生?；剖腔剖蔷w材料塑性變形的基本方式。晶體材料塑性變形的基本方式。2.2.滑移：滑移： 滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著滑移是在外力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面一定

2、的晶面( (滑移面滑移面) )的一定方向的一定方向( (滑移方向滑移方向) )相相對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動。對于晶體的另一部分發(fā)生的相對滑動。 說明：說明： 在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外在切應(yīng)力的作用下，先使晶格發(fā)生彈性外扭，進一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，扭，進一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。

3、o滑移面：滑移面：滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面，通常為晶體滑移發(fā)生的晶面稱為滑移面，通常為晶體的最密排晶面；的最密排晶面；o滑移方向：滑移方向：滑移滑動的方向稱為滑移方向，通常也滑移滑動的方向稱為滑移方向，通常也為晶體的最密排方向；為晶體的最密排方向；o滑移系：滑移系：一種滑移面和該面上的一個滑移方向構(gòu)成一種滑移面和該面上的一個滑移方向構(gòu)成一個可以滑移的方式稱為一個可以滑移的方式稱為“滑移系滑移系”。 o晶體滑移系數(shù)目越多，塑性越好。晶體滑移系數(shù)目越多，塑性越好。5.5.孿生孿生 金屬晶體的一部分沿金屬晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）一定的晶面（孿晶面）和晶向（孿生方向）進和晶向（孿生方向）進行

4、剪切變形，發(fā)生變形行剪切變形，發(fā)生變形的部分稱為孿晶。的部分稱為孿晶。 孿生的作用孿生的作用：滑移受滑移受阻后，通過孿生改變滑阻后，通過孿生改變滑移系，使滑移繼續(xù)進行。移系，使滑移繼續(xù)進行。1.1.局部不均勻性局部不均勻性： 多晶體中，晶粒位向不同，在多晶體中，晶粒位向不同，在外力作用下，滑移系處于有利取向的晶粒首先開始外力作用下，滑移系處于有利取向的晶粒首先開始變形，然后變形在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個不均變形，然后變形在不同晶粒中逐批發(fā)生，是個不均勻的塑性變形過程。勻的塑性變形過程。2.2.整體的均勻化整體的均勻化： 首批處于軟位向的晶粒發(fā)生滑首批處于軟位向的晶粒發(fā)生滑移時，由于晶界的影響及

5、其周圍處于硬位向的晶粒移時，由于晶界的影響及其周圍處于硬位向的晶粒尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應(yīng)，便會在尚不能發(fā)生滑移而只能以彈性變形相適應(yīng)，便會在首批晶粒的晶界附近造成位錯堆積，隨著外力增大首批晶粒的晶界附近造成位錯堆積，隨著外力增大至應(yīng)力集中達到一定程度，形變才會越過晶界，傳至應(yīng)力集中達到一定程度，形變才會越過晶界，傳遞到另一批晶粒中。所以，多晶體的塑性變形總是遞到另一批晶粒中。所以，多晶體的塑性變形總是一批一批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴一批一批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變

6、形，變形過程要比單晶體復雜勻的變形，變形過程要比單晶體復雜二、多晶體塑性變形的協(xié)調(diào)性二、多晶體塑性變形的協(xié)調(diào)性 多晶體的變形中要保持晶界處的連續(xù)性，即多晶體的變形中要保持晶界處的連續(xù)性，即晶界處的原子既不能晶界處的原子既不能堆積堆積也不能出現(xiàn)也不能出現(xiàn)空隙或裂縫空隙或裂縫，晶界兩邊的變形需要達到互相協(xié)調(diào)。晶界兩邊的變形需要達到互相協(xié)調(diào)。 為了達到這種協(xié)調(diào)性，每個晶粒內(nèi)位錯在外為了達到這種協(xié)調(diào)性，每個晶粒內(nèi)位錯在外力作用下發(fā)生運動，即以滑移方式產(chǎn)生塑性變形力作用下發(fā)生運動，即以滑移方式產(chǎn)生塑性變形效果，需要臨近晶粒作出相應(yīng)的變形。晶界兩邊效果，需要臨近晶粒作出相應(yīng)的變形。晶界兩邊的晶粒取向不一樣

7、，靠單一的滑移系的動作將不的晶粒取向不一樣，靠單一的滑移系的動作將不能保證這種協(xié)調(diào)，要求鄰近晶粒的晶界附近區(qū)域能保證這種協(xié)調(diào)，要求鄰近晶粒的晶界附近區(qū)域有幾個滑移系動作，加上自身晶粒除了變形的主有幾個滑移系動作，加上自身晶粒除了變形的主滑移系統(tǒng)外，也要有幾個滑移系統(tǒng)同時動作才行?；葡到y(tǒng)外，也要有幾個滑移系統(tǒng)同時動作才行。所以晶粒的取向不同對滑移起到阻礙作用，增加所以晶粒的取向不同對滑移起到阻礙作用，增加了滑移要求的外力。了滑移要求的外力。 當位錯滑移遇到晶界時，當位錯滑移遇到晶界時，由于各個晶粒的位向不同，由于各個晶粒的位向不同，不能直接躍過晶界，加之晶不能直接躍過晶界，加之晶界處的雜質(zhì)原子

8、也往往較多，界處的雜質(zhì)原子也往往較多，增大其晶格畸變，在滑移時增大其晶格畸變，在滑移時位錯運動的阻力較大，使位位錯運動的阻力較大，使位錯在晶界處塞積起來；錯在晶界處塞積起來；晶界晶界的存在可以提高材料的強度的存在可以提高材料的強度。 材料的晶粒愈細，不僅強度愈高，而且塑性材料的晶粒愈細，不僅強度愈高，而且塑性與韌性也較高。因為晶粒愈細，單位體積中的晶與韌性也較高。因為晶粒愈細，單位體積中的晶粒數(shù)愈多，變形時同樣的形變量便可分散在更多粒數(shù)愈多，變形時同樣的形變量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，晶粒轉(zhuǎn)動的阻力小，晶粒間易于的晶粒中發(fā)生，晶粒轉(zhuǎn)動的阻力小，晶粒間易于協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的

9、應(yīng)力協(xié)調(diào)，產(chǎn)生較均勻的變形，不致造成局部的應(yīng)力集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂集中，而引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因而斷裂前便可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的沖擊前便可發(fā)生較大的塑性形變量，具有較高的沖擊載荷抗力。載荷抗力。 所以在工業(yè)上通過各種方法所以在工業(yè)上通過各種方法( (凝固、壓力加凝固、壓力加工、熱處理工、熱處理) )使材料獲得細而均勻的晶粒，使目使材料獲得細而均勻的晶粒，使目前提高材料力學性能的有效途徑之一前提高材料力學性能的有效途徑之一。 一、對力學性能的影響一、對力學性能的影響加工硬化的工程意義加工硬化的工程意義：1.1. 加工硬化是強化材料的重要手段，尤其是對于那些

10、不能加工硬化是強化材料的重要手段，尤其是對于那些不能用熱處理方法強化的金屬材料。用熱處理方法強化的金屬材料。 2.2. 加工硬化有利于金屬進行均勻變形。金屬已變形部分產(chǎn)加工硬化有利于金屬進行均勻變形。金屬已變形部分產(chǎn)生硬化，將使繼續(xù)變形主要在未變形或變形較少的部分生硬化，將使繼續(xù)變形主要在未變形或變形較少的部分發(fā)展。發(fā)展。3. 3. 加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速了模具的加工硬化給金屬的繼續(xù)變形造成了困難，加速了模具的損耗；在對材料進行較大變形量的加工中是不希望的，損耗；在對材料進行較大變形量的加工中是不希望的，加工過程中常常要進行加工過程中常常要進行“中間退火中間退火”以消除這種不

11、利影以消除這種不利影響，因而增加了能耗和成本。響，因而增加了能耗和成本。加工硬化加工硬化：材料變形后，強度、硬度顯著提高，材料變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。而塑性、韌性明顯下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。1.1. 晶粒變形晶粒變形：金屬塑性變形時，隨著外形的改金屬塑性變形時，隨著外形的改變，晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變變，晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長形方向被拉長( (拉伸拉伸) )或壓扁或壓扁( (壓縮壓縮) )。變形的。變形的程度愈大，則晶粒形狀的變化也愈大。程度愈大，則晶粒形狀的變化也愈大。2.2. 晶界模糊晶界模糊：變形量很大時，晶界

12、變得模糊不清，變形量很大時，晶界變得模糊不清，這是由于位錯移出晶粒在邊界造成的臺階使晶界這是由于位錯移出晶粒在邊界造成的臺階使晶界交錯，同時也進一步降低了晶界的耐腐蝕性。交錯，同時也進一步降低了晶界的耐腐蝕性。 3.3. 纖維組織纖維組織：金屬變形較大時，材料中的夾雜物金屬變形較大時，材料中的夾雜物也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。纖維組也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的力織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的力學性能，即產(chǎn)生一定程度的學性能，即產(chǎn)生一定程度的各向異性各向異性，一般沿，一般沿纖維方向的強度和塑性遠大于垂直方向。纖維方向的強度和

13、塑性遠大于垂直方向。 4. 亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu)形成：金屬未變形或少量變形時，位錯密金屬未變形或少量變形時，位錯密度的分布一般是均勻的。但大量變形之后，由于度的分布一般是均勻的。但大量變形之后，由于位錯的運動和交互作用，位錯不均勻分布，并使位錯的運動和交互作用，位錯不均勻分布，并使晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。亞晶粒晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。亞晶粒邊界上聚集大量位錯，形成位錯邊界上聚集大量位錯，形成位錯胞狀結(jié)構(gòu)胞狀結(jié)構(gòu)；而內(nèi)；而內(nèi)部位錯密度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)部位錯密度相對低得多。隨著變形量的增大，產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)也越細。整個晶粒內(nèi)部的位錯密度的生的亞結(jié)構(gòu)也越細。整個晶粒內(nèi)

14、部的位錯密度的提高將降低了材料的耐腐蝕性。提高將降低了材料的耐腐蝕性。 金屬晶粒的取向一般是無規(guī)則隨機排列的，盡管金屬晶粒的取向一般是無規(guī)則隨機排列的，盡管每個晶粒有各向異性，宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。當每個晶粒有各向異性，宏觀性能表現(xiàn)出各向同性。當金屬經(jīng)受大量金屬經(jīng)受大量(70%(70%以上以上) )的一定方向的變形之后的一定方向的變形之后, ,由于由于晶粒的轉(zhuǎn)動造成晶粒取向趨于一致，形成了晶粒的轉(zhuǎn)動造成晶粒取向趨于一致，形成了“擇優(yōu)取擇優(yōu)取向向”，即某一晶面在某個方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其，即某一晶面在某個方向出現(xiàn)的幾率明顯高于其它方向。金屬大變形后形成的這種有序化結(jié)構(gòu)叫做它方向。金屬大變形后

15、形成的這種有序化結(jié)構(gòu)叫做變變形織構(gòu)形織構(gòu)，它使金屬材料表現(xiàn)出明顯的各向異性。，它使金屬材料表現(xiàn)出明顯的各向異性。對工程應(yīng)用的影響對工程應(yīng)用的影響：大多數(shù)情況下是不利的，如有織大多數(shù)情況下是不利的，如有織構(gòu)的金屬板材沖制筒形零件時，由于不同方向上塑性構(gòu)的金屬板材沖制筒形零件時，由于不同方向上塑性的差別較大，深沖之后零件的邊緣不齊出現(xiàn)的差別較大，深沖之后零件的邊緣不齊出現(xiàn)“制耳制耳”現(xiàn)象；另外在不同方向上變形不同，制成的零件的硬現(xiàn)象；另外在不同方向上變形不同，制成的零件的硬度和壁厚會不均勻，等等。但織構(gòu)有時也能帶來好處，度和壁厚會不均勻，等等。但織構(gòu)有時也能帶來好處，制造變壓器鐵芯的硅鋼片，利用織

16、構(gòu)可大大提高變壓制造變壓器鐵芯的硅鋼片，利用織構(gòu)可大大提高變壓器的效率。器的效率。 塑性變形后材料內(nèi)部的殘余內(nèi)應(yīng)力明顯增塑性變形后材料內(nèi)部的殘余內(nèi)應(yīng)力明顯增加，它主要是由于材料在外力作用下內(nèi)部變形加，它主要是由于材料在外力作用下內(nèi)部變形不均勻所造成的。不均勻所造成的。 材料表層和心部變形不均勻或這一部分和那一部分材料表層和心部變形不均勻或這一部分和那一部分變形不均勻，會造成平衡于它們之間的宏觀內(nèi)應(yīng)力，變形不均勻，會造成平衡于它們之間的宏觀內(nèi)應(yīng)力，通常稱為通常稱為第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力。相鄰晶粒取向不同引起變形。相鄰晶粒取向不同引起變形不均勻，或晶內(nèi)不同部位變形不均勻，會造成微觀內(nèi)不均勻，或晶

17、內(nèi)不同部位變形不均勻，會造成微觀內(nèi)應(yīng)力，通常稱為應(yīng)力，通常稱為第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力。由于位錯等缺陷的增。由于位錯等缺陷的增加，會造成晶格畸變，通常也稱為加，會造成晶格畸變，通常也稱為第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力。 其中，第三類內(nèi)應(yīng)力占絕大部分，這是使變形金屬其中，第三類內(nèi)應(yīng)力占絕大部分，這是使變形金屬強化的主要原因。但會使材料，如金屬的耐腐蝕性下強化的主要原因。但會使材料，如金屬的耐腐蝕性下降。第一、二類內(nèi)應(yīng)力占的比例不大，但當進一步加降。第一、二類內(nèi)應(yīng)力占的比例不大，但當進一步加工會打破原有平衡，引起材料的變形；或者和零件使工會打破原有平衡，引起材料的變形；或者和零件使用應(yīng)力發(fā)生疊加，引起材

18、料的破壞。所以一般都要用用應(yīng)力發(fā)生疊加，引起材料的破壞。所以一般都要用退火的辦法盡量將其消除。退火的辦法盡量將其消除。引言引言 金屬材料冷變形后，存在加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)金屬材料冷變形后，存在加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)力等性能變化，在很多情況下并不是人門希望的，力等性能變化，在很多情況下并不是人門希望的，可以通過加熱引起的組織變化來改變這些性能?？梢酝ㄟ^加熱引起的組織變化來改變這些性能。 塑性變形后，材料內(nèi)部的晶粒破碎拉長，位錯塑性變形后，材料內(nèi)部的晶粒破碎拉長，位錯等缺陷大量增加和存在的內(nèi)應(yīng)力都使材料存在彈等缺陷大量增加和存在的內(nèi)應(yīng)力都使材料存在彈性應(yīng)變能，使其內(nèi)能升高處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，系性應(yīng)變能，使

19、其內(nèi)能升高處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，系統(tǒng)本身就存在釋放能量的潛力，當溫度提高后，統(tǒng)本身就存在釋放能量的潛力，當溫度提高后，原子的活動能力增強，原子在熱運動中會使材料原子的活動能力增強，原子在熱運動中會使材料朝著減少缺陷、降低能量的方向發(fā)展，造成組織朝著減少缺陷、降低能量的方向發(fā)展，造成組織和性能的變化。和性能的變化。 冷變形材料進行冷變形材料進行重新加熱，隨著加熱重新加熱，隨著加熱溫度和保溫時間不同，溫度和保溫時間不同，發(fā)生的變化大致可以發(fā)生的變化大致可以分為三個階段：分為三個階段：回復、回復、再結(jié)晶和晶粒的長大再結(jié)晶和晶粒的長大。-都是減少或消除結(jié)都是減少或消除結(jié)構(gòu)缺陷的過程。相應(yīng)構(gòu)缺陷的過程。相應(yīng)

20、材料的內(nèi)應(yīng)力、晶粒材料的內(nèi)應(yīng)力、晶粒尺寸、強度、塑性等尺寸、強度、塑性等性能也發(fā)生對應(yīng)變化。性能也發(fā)生對應(yīng)變化。 回復回復：在加熱溫度較低時，僅因金屬中的一些點在加熱溫度較低時，僅因金屬中的一些點缺陷和位錯的遷移而引起的某些晶內(nèi)的變化?；厝毕莺臀诲e的遷移而引起的某些晶內(nèi)的變化?；貜碗A段一般加熱溫度在復階段一般加熱溫度在0.4Tm（熔點）以下。（熔點）以下。回復時組織性能變化：回復時組織性能變化：物理性能，如電阻率，有明顯降低，有的可物理性能，如電阻率，有明顯降低，有的可基本回到未變形前的水平；基本回到未變形前的水平；力學性能，如硬度和流變應(yīng)力，覺察不到有力學性能，如硬度和流變應(yīng)力，覺察不到有明

21、顯的變化；明顯的變化； 光學金相組織看不出任何變化，溫度較高發(fā)光學金相組織看不出任何變化，溫度較高發(fā)生回復，在電子顯微鏡下可間到晶粒內(nèi)部組生回復，在電子顯微鏡下可間到晶粒內(nèi)部組織的變化?？椀淖兓?。1.1.基本過程基本過程 塑性變形后，金屬材料加熱到較高溫度時塑性變形后，金屬材料加熱到較高溫度時(一般大一般大于于0.4Tm)，可以發(fā)生晶粒的重新改組。同結(jié)晶過程，可以發(fā)生晶粒的重新改組。同結(jié)晶過程類似，首先在材料中變形嚴重，即位錯或其他缺陷類似，首先在材料中變形嚴重，即位錯或其他缺陷集中處，形成新的無畸變的小晶粒，這些小晶粒消集中處，形成新的無畸變的小晶粒，這些小晶粒消耗周圍發(fā)生過變形的晶體而不斷

22、長大，同時也有新耗周圍發(fā)生過變形的晶體而不斷長大，同時也有新的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替變形過的晶的小晶粒形成，直到新的晶粒全部代替變形過的晶體。這個過程也是一形核和核長大，稱為體。這個過程也是一形核和核長大，稱為再結(jié)晶再結(jié)晶。 2.2.結(jié)果結(jié)果 材料發(fā)生再結(jié)晶后，新生成的晶粒替換了原發(fā)材料發(fā)生再結(jié)晶后，新生成的晶粒替換了原發(fā)生過塑性變形的晶粒，所以材料經(jīng)過再結(jié)晶后，生過塑性變形的晶粒，所以材料經(jīng)過再結(jié)晶后，由冷塑性變形帶來的所有性能變化就全部消失，由冷塑性變形帶來的所有性能變化就全部消失，材料的組織發(fā)生了變化，性能完全徹底回到變形材料的組織發(fā)生了變化，性能完全徹底回到變形前的狀態(tài)。前的

23、狀態(tài)。-變形組織和性能完全恢復到變形前狀變形組織和性能完全恢復到變形前狀態(tài)。態(tài)。3.3.特點特點1. 再結(jié)晶過程不是相變：再結(jié)晶過程不是相變：盡管冷塑性變形后，發(fā)生盡管冷塑性變形后，發(fā)生再結(jié)晶，晶粒以形核和核長大來進行，但變化前再結(jié)晶，晶粒以形核和核長大來進行，但變化前后的晶粒成分相同，晶體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，因后的晶粒成分相同，晶體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化，因此它們是屬于同一個相。此它們是屬于同一個相。2. 再結(jié)晶沒有確定的轉(zhuǎn)變溫度：再結(jié)晶沒有確定的轉(zhuǎn)變溫度：再結(jié)晶是在溫度達再結(jié)晶是在溫度達到一定程度后，原子活動能力增強發(fā)生遷移進行到一定程度后，原子活動能力增強發(fā)生遷移進行晶格位置的重排，溫度愈高，完

24、成愈快，沒有固晶格位置的重排，溫度愈高，完成愈快，沒有固定溫度，但有一溫度下限，這個溫度稱為定溫度，但有一溫度下限，這個溫度稱為再結(jié)晶再結(jié)晶開始溫度開始溫度(TR)。決定再結(jié)晶溫度的因素有：決定再結(jié)晶溫度的因素有：1) 冷變形程度愈大，冷變形程度愈大，TR愈低；愈低；2) 熔點高、雜質(zhì)原子多熔點高、雜質(zhì)原子多(純度低），純度低）， TR愈高；愈高；3) 延長加熱保溫時間可以在較低溫度下達到同樣效果。延長加熱保溫時間可以在較低溫度下達到同樣效果。 對于工程用金屬材料，對于工程用金屬材料，經(jīng)驗表明經(jīng)驗表明: TR0.4TM來估計來估計.1.1.長大動力長大動力界面能降低界面能降低 再結(jié)晶完成后，獲

25、得細小等軸晶粒；但潛伏著長大再結(jié)晶完成后，獲得細小等軸晶粒；但潛伏著長大的趨勢，因為晶粒長大后，晶粒變大，則晶界的總面積的趨勢，因為晶粒長大后，晶粒變大，則晶界的總面積減小，總界面能也就減小。所以只要條件滿足，晶粒就減小，總界面能也就減小。所以只要條件滿足，晶粒就會自發(fā)長大。會自發(fā)長大。2.2.晶粒的正常長大晶粒的正常長大 長大過程中，所有能長大晶粒都處在大致相同的長大過程中，所有能長大晶粒都處在大致相同的環(huán)境，長大后的晶粒大小分布統(tǒng)計結(jié)果相同，這種晶環(huán)境，長大后的晶粒大小分布統(tǒng)計結(jié)果相同，這種晶粒均勻長大的過程稱為正常長大。長大方式粒均勻長大的過程稱為正常長大。長大方式以大吃小以大吃小的兼并

26、方式進行。晶粒長大的最終結(jié)果是材料的晶粒的兼并方式進行。晶粒長大的最終結(jié)果是材料的晶粒平均尺寸變大。平均尺寸變大。3.3.晶粒的非正常長大晶粒的非正常長大 長大過程中，一般晶粒在正常緩慢長大時，如果有長大過程中，一般晶粒在正常緩慢長大時，如果有少數(shù)晶粒處在特別優(yōu)越的環(huán)境，這些晶粒大量吞食周圍少數(shù)晶粒處在特別優(yōu)越的環(huán)境，這些晶粒大量吞食周圍晶粒，迅速長大，這種現(xiàn)象稱為晶粒的異常長大。晶粒，迅速長大，這種現(xiàn)象稱為晶粒的異常長大。1、臨界變形量：、臨界變形量：變形量很變形量很小時，材料不發(fā)生再結(jié)晶，小時，材料不發(fā)生再結(jié)晶，維持原來的晶粒尺寸。當維持原來的晶粒尺寸。當變形量變形量(不同材料不相同，不同

27、材料不相同，一般金屬在一般金屬在210%之間之間)達達到某一程度時，剛能形核，到某一程度時，剛能形核，因核心數(shù)量很少，使再結(jié)因核心數(shù)量很少，使再結(jié)晶后的晶粒尺寸很大，有晶后的晶粒尺寸很大，有時甚至可得到單晶，該變時甚至可得到單晶，該變形量稱形量稱臨界變形量臨界變形量 一般情況，隨著變形量的增加，再結(jié)晶后的晶粒尺一般情況，隨著變形量的增加，再結(jié)晶后的晶粒尺寸不斷減小；當變形量過大寸不斷減??；當變形量過大(70%)后，可能產(chǎn)生明顯后，可能產(chǎn)生明顯織構(gòu)，在退火溫度高時發(fā)生晶粒的異常長大?？棙?gòu)，在退火溫度高時發(fā)生晶粒的異常長大。2、退火溫度和時間：、退火溫度和時間：其它條件相同時，退火溫度其它條件相同

28、時，退火溫度高、保溫時間長，所得到的晶粒尺寸愈大。再結(jié)高、保溫時間長，所得到的晶粒尺寸愈大。再結(jié)晶退火一般均采用保溫晶退火一般均采用保溫 2小時，保證再結(jié)晶充分小時，保證再結(jié)晶充分完成而晶粒不過分長大，延長保溫時間顯然會造完成而晶粒不過分長大，延長保溫時間顯然會造成晶粒尺寸的長大。成晶粒尺寸的長大。 冷態(tài)對材料進行塑性變形會產(chǎn)生加工硬化，冷態(tài)對材料進行塑性變形會產(chǎn)生加工硬化，當材料成形需要較大的變形量時，一種方法就是當材料成形需要較大的變形量時，一種方法就是進行一段變形后，進行一次再結(jié)晶退火，再來繼進行一段變形后，進行一次再結(jié)晶退火，再來繼續(xù)進行塑性變形，再退火，直到達到需要的變形續(xù)進行塑性變

29、形，再退火，直到達到需要的變形程度。（例程度。（例 冷拔鋼絲，中間進行鉛浴退火）冷拔鋼絲，中間進行鉛浴退火） 金屬材料的強度和硬度會隨溫度的上升而下金屬材料的強度和硬度會隨溫度的上升而下降，塑性會隨溫度的升高而升高，因此在較高的降，塑性會隨溫度的升高而升高，因此在較高的溫度下進行塑性變形，材料的抗力小，變形所用溫度下進行塑性變形，材料的抗力小，變形所用的動力的動力(外加變形力外加變形力)也小，高的塑性減少開裂破也小，高的塑性減少開裂破壞的可能性。如果溫度超過材料的再結(jié)晶溫度，壞的可能性。如果溫度超過材料的再結(jié)晶溫度，在變形的同時會發(fā)生再結(jié)晶，可不產(chǎn)生加工硬化，在變形的同時會發(fā)生再結(jié)晶，可不產(chǎn)生

30、加工硬化，直接進行大變形量的變形。直接進行大變形量的變形。 把金屬的塑性變形稱為加工，凡是把金屬的塑性變形稱為加工，凡是在其再結(jié)在其再結(jié)晶溫度以上晶溫度以上進行加工變形稱為進行加工變形稱為熱加工熱加工，反之在其，反之在其再結(jié)晶溫度以下再結(jié)晶溫度以下進行的加工變形稱為進行的加工變形稱為冷加工冷加工。 這里的冷、熱加工分界線不是以變形過程是這里的冷、熱加工分界線不是以變形過程是否進行過加熱進行區(qū)分的。鉛的再結(jié)晶溫度在否進行過加熱進行區(qū)分的。鉛的再結(jié)晶溫度在 0以下，在室溫下進行變形是屬于熱加工，鐵以下，在室溫下進行變形是屬于熱加工，鐵的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為450左右，在左右，在400進行變形

31、進行變形仍屬于冷加工仍屬于冷加工,而鎢在而鎢在1000進行變形也屬于冷進行變形也屬于冷加工。加工。 在高溫下，塑性變形的同時，發(fā)生組織結(jié)構(gòu)的在高溫下，塑性變形的同時，發(fā)生組織結(jié)構(gòu)的軟化，熱加工時軟化有以下類型：軟化，熱加工時軟化有以下類型：1) 動態(tài)回復：動態(tài)回復：變形在增加缺陷的同時以回復方變形在增加缺陷的同時以回復方式減少部分缺陷，甚至可達到動態(tài)平衡。式減少部分缺陷，甚至可達到動態(tài)平衡。2) 動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶： 變形量超過臨界變形量后，以變形量超過臨界變形量后，以再結(jié)晶方式形核并不斷長大。邊長大的同時再結(jié)晶方式形核并不斷長大。邊長大的同時繼續(xù)變形，再達到一定程度再次形核長大，繼續(xù)變形，

32、再達到一定程度再次形核長大，如此往而復始。如此往而復始。3) 靜態(tài)回復和靜態(tài)再結(jié)晶：靜態(tài)回復和靜態(tài)再結(jié)晶：變形過程停止后，變形過程停止后，由于在較高的溫度下，這時所發(fā)生的回復過由于在較高的溫度下，這時所發(fā)生的回復過程和重新形核并長大的再結(jié)晶過程。程和重新形核并長大的再結(jié)晶過程。 為了得到大的變形量，熱加工一般都在壓應(yīng)力為了得到大的變形量，熱加工一般都在壓應(yīng)力下進行，如鍛造、擠壓、鐓粗等。在熱加工過程下進行，如鍛造、擠壓、鐓粗等。在熱加工過程中，盡管加工硬化和再結(jié)晶軟化互相抵消，但材中，盡管加工硬化和再結(jié)晶軟化互相抵消，但材料經(jīng)過熱加工后，組織性能也會帶來一系列的變料經(jīng)過熱加工后，組織性能也會帶來一系列的變化。化。 1. 為了控制材料的最后組織，如晶粒尺寸，必需控制為了控制材料的最后組織，如晶粒尺寸，必需控