第六講

金屬的塑性變形與再結(jié)晶

主講：曹光明金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、金屬及合金的塑性變形。1、單晶體的塑變；2、多晶體的塑變二、塑變對金屬的組織及性能的影響。三、塑變金屬在加熱時組織及性能的變化。1、回復(fù)；2、再結(jié)晶；3、晶粒長大。四、金屬的熱加工1、冷熱加工的區(qū)別；2、對組織及性能的影響；3、熱加工金屬晶粒組織控制。金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、金屬及合金的塑性變形

什么是塑變？在外力作用下發(fā)生了不可回復(fù)的殘余變形。1、單晶體的塑變

方式：

滑移和孿生，

其中滑移是主要的。

（1）滑移：晶體的兩部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生相對滑動。拉伸時，外力在晶內(nèi)某一晶面上分解為兩種應(yīng)力：切應(yīng)力τ

→使晶格產(chǎn)生彈性歪扭后滑移。正應(yīng)力σ

→只引起晶格彈性伸長進(jìn)而拉斷。τ、σ

滑移變形的要點：

①滑移只在切應(yīng)力τ作用下發(fā)生；②滑移距離為原子間距的整數(shù)倍；③滑移常沿晶體中原子的密排面和密排方向進(jìn)行；金屬的塑性變形與再結(jié)晶滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：滑移面：滑移方向：滑移系：｛110｝×6〈111〉×26×2=12｛111｝×4〈110〉×34×3=12｛0001｝×1〈īī20〉×31×3=3④晶體的滑移造成滑移帶

金屬的塑性變形與再結(jié)晶⑤滑移的同時伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動

外力F在滑移面滑移方向上的分切應(yīng)力為：τ=其中cosλcosψ稱為取向因子。當(dāng)λ或ψ為90時，當(dāng)λ=ψ=45°時，=cosλcosψ=σcosλcosψ

cosλcosψ=0，此時晶體不會滑移；cosλcosψ=1/2為最大，此時晶體處于有利于滑移的位向上?；频臋C(jī)理：

金屬的塑性變形與再結(jié)晶①剛性滑移模型：②位錯模型：

3點假設(shè)：晶體理想完整；剛性滑移；滑移距離為原子間距的整數(shù)倍。（2）孿生

金屬的塑性變形與再結(jié)晶在切應(yīng)力作用下，晶體的的兩部分沿一定的晶面和晶向產(chǎn)生整體的剪切變形。孿生與滑移的主要區(qū)別：

①變形方式；②變形后的位向?qū)\生是使一部分晶體整體發(fā)生均勻的切變；而滑移則集中在一些滑移面上。孿生使一個晶體的兩部分沿一個公共晶面構(gòu)成了鏡面對稱關(guān)系；而滑移則不改變晶體的位向。③原子位移距離不同孿生時，孿晶帶中的原子沿孿生方向的位移量為原子間距的的分?jǐn)?shù)值；而滑移為原子間距的整數(shù)倍。④孿生變形困難一般先滑移，滑移困難后，發(fā)生孿生，二者交替進(jìn)行。2、多晶體的塑變

金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）多晶體塑變的特點：①晶界的阻礙：雙晶粒拉伸出現(xiàn)竹節(jié)現(xiàn)象→晶界處變形困難原因:晶界處原子排列紊亂，阻礙位錯的滑移。②受晶粒位向的影響：多晶體每個晶粒的變形需與周圍其它晶粒的變形相協(xié)調(diào)。③塑變過程：各晶粒變形不同時，分批進(jìn)行。（2）晶粒大小對塑變的影響

金屬的塑性變形與再結(jié)晶其中：σs為屈服極限，σi

、ky為材料常數(shù)，d為晶粒平均直徑。影響σs的因素：晶粒越細(xì)，晶界越多，晶粒位向影響越大，σs越大；②晶粒度：而且ψ、δ也提高，原因是：①原子間結(jié)合力越大，σs越大；晶粒越多，變形越分散，各晶粒變形均勻，不易導(dǎo)致應(yīng)力集中，故斷裂前變形量較大。細(xì)晶強(qiáng)化：由于細(xì)化晶粒而使強(qiáng)度硬度升高的現(xiàn)象。3、合金的塑變

金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）單相固溶體的塑變

與純金屬基本相同，但存在固溶強(qiáng)化。原因是：溶質(zhì)原子對位錯運動的阻礙作用。用“溶質(zhì)原子氣團(tuán)”理論解釋。（2）兩相合金的塑變

兩相合金一般是：固溶體+金屬間化合物基體相塑性好強(qiáng)化相硬、脆、難以變形合金的性能取決于強(qiáng)化相的分布狀態(tài)：①在晶界上網(wǎng)狀分布：ψ、αk較差，強(qiáng)度低；②在晶內(nèi)層狀分布：ψ、αk較好，有一定的強(qiáng)度；③在晶內(nèi)彌散分布：強(qiáng)化作用顯著。二、塑變對金屬的組織及性能的影響

金屬的塑性變形與再結(jié)晶（1）晶粒沿變形方向被拉長，形成纖維組織，性能趨于各向異性；（2）晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化；（3）產(chǎn)生形變織構(gòu)（晶粒位向的擇優(yōu)取向），性能趨于各向異性。4、物化性能。導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁、抗蝕性下降。絲織構(gòu)板織構(gòu)冷沖件的“制耳”現(xiàn)象冷變形會產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力：金屬的塑性變形與再結(jié)晶有三類內(nèi)應(yīng)力：外力去除后殘留于金屬內(nèi)部并自相平衡的的應(yīng)力。第一類：宏觀殘余應(yīng)力——工件各個部分變形不均勻引起的，在整個金屬體積范圍內(nèi)存在。第二類：微觀殘余應(yīng)力——晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆蛞鸬?，在晶粒或亞晶尺度范圍內(nèi)存在。第三類：晶格畸變應(yīng)力——由位錯和點缺陷引起的，在原子尺度范圍內(nèi)存在。此類應(yīng)力是主要的，占存儲能的80-90%。三、金屬在加熱時組織及性能的變化

金屬的塑性變形與再結(jié)晶冷變形金屬由于組織變化，導(dǎo)致加工硬化，內(nèi)應(yīng)力很大，不穩(wěn)定，通常施以退火：去應(yīng)力退火，去應(yīng)力，改善某些物化性能。再結(jié)晶退火，消除加工硬化。冷變形金屬加熱時的變化分為以下三個階段：

1、回復(fù)：

此時溫度低，只有點缺陷的消失及位錯的遷移（滑移、攀移），晶格畸變減輕，應(yīng)力下降，物性恢復(fù)。——去應(yīng)力退火，由于顯微組織沒有明顯的變化，力性基本不變。2、再結(jié)晶：

溫度較高時（T＞T再），原子擴(kuò)散能力升高，金屬中發(fā)生新晶粒的形核與長大，原來加工硬化組織恢復(fù)為新的等軸狀晶，應(yīng)力徹底消除，力性得以回復(fù)?！俳Y(jié)晶退火。3、晶粒長大

金屬的塑性變形與再結(jié)晶——自發(fā)過程符合能量最低原理：晶粒長大可減少晶界面積，使晶界能下降，組織更穩(wěn)定。需控制長大：——T加熱，t加熱。正常晶粒長大：異常晶粒長大（又稱二次再結(jié)晶）：很多晶粒同步均勻長大。少數(shù)晶粒產(chǎn)生急劇長大而形成粗大組織。當(dāng)冷變形度在2-10%時，金屬畸變能小，再結(jié)晶驅(qū)動力小，再結(jié)晶晶核少，少數(shù)再結(jié)晶晶粒持續(xù)長大而形成粗大組織。變形度一般采取30-70%的變形度。變形度太大也會產(chǎn)生異常晶粒長大。四、金屬的熱加工

金屬的塑性變形與再結(jié)晶1、冷熱加工的區(qū)別：

T＜T再：冷加工；T＞T再：熱加工。但無嚴(yán)格界限。2、對組織及性能的影響

（1）消除鑄態(tài)金屬的某些缺陷，提高致密度及力性。氣孔、疏松焊合；消除某些偏析；細(xì)化晶粒，改善夾雜物的形態(tài)、分布。（2）形成熱加工的纖維組織（流線），性能各向異性。對象：枝晶偏析、非金屬夾雜物縱向＞橫向，流線應(yīng)與零件受力最大的方向一致（3）出現(xiàn)帶狀組織——橫向ψ、αk下降，切削性能惡化。3、熱加工金屬晶粒組織控制

金屬的塑性變形與再結(jié)晶希望得到細(xì)小等軸狀組織，取決于T加熱，變形量，鍛后冷卻。（