1、2.3.1金屬的塑性變形 2.3.2塑性變形后的金屬在加熱時組織和性能的變化 2.3.3金屬材料的熱加工和冷加工,2.3 金屬的塑性加工,單晶體變形的基本形式 彈性變形、塑性變形 正應(yīng)力使晶格發(fā)生彈性變形或斷裂 切應(yīng)力使晶格發(fā)生彈性歪扭或塑性變形 單晶體塑性變形的基本形式 滑移 和 孿生。 塑性變形的實質(zhì) 原子移動到新的穩(wěn)定位置。,單晶體的塑性變形,滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動的現(xiàn)象。,滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。,沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移 面和滑移方向。

2、通常是晶體中的密排面和 密排方向。,體心立方:110 111 62=12 面心立方:111 110 43=12 密排六方: 0001 1120 31=3,一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系。,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比滑移面更大。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。,滑移的實現(xiàn) 借助位錯運動。,孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生切變的現(xiàn)象。,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)生孿生 變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生

3、變形。,鈦合金六方相中的形變孿晶,多晶體的塑性變形過程 多晶體中每個晶粒的位向不同?；泼婧突品较蚪咏谧畲笄袘?yīng)力方向的晶粒先開始滑移。位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來，當塞積位錯前端的應(yīng)力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，,使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。,晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響,金屬的晶粒越細，其強度和硬度越高。因為金屬晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。,金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。因為晶粒

4、越細，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強度和塑性同時增加,金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也較好。,通過細化晶粒同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細晶強化。,塑性變形對組織結(jié)構(gòu)的影響 金屬發(fā)生塑性變形時，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁。 當變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變得模糊不清。塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒。,由于晶粒的轉(zhuǎn)動，當塑性變形達到一定程度時，會使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)或擇優(yōu)取向。,產(chǎn)生加工硬化的原因：隨變形量增加， 位錯密度增加，位錯之間的

5、交互作用（堆積、纏結(jié)）增強，位錯運動阻力增大，使塑性變形抗力增加.,加工硬化的意義： 1、加工硬化是強化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強化的金屬和合金尤為重要。 2、有利于金屬進行均勻的變形。由于加工硬化, 已變形部分發(fā)生硬化而停止變形, 未變形部分開始變形。沒有加工硬化, 金屬就不會發(fā)生均勻的塑性變形。,隨冷塑性變形量的增加，金屬的強度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。,回復(fù)是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。,在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強度、硬度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。 工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變

6、形金屬低溫加熱，以降低內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化，這種熱處理方法稱去應(yīng)力退火。,當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎、拉長的晶粒變?yōu)榫鶆颉⒓毿〉牡容S晶粒。 這種冷變形組織在加熱時重新形核、長大的過程稱再結(jié)晶。,再結(jié)晶是一個晶核形成和長大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型完全相同。,由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而金屬的強度、硬度明顯下降，塑性、韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除。,再結(jié)晶退火：生產(chǎn)中常把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶溫度高100-200。,再結(jié)晶溫度,變形后的金屬再結(jié)晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫

7、度開始，在一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)進行。生產(chǎn)上常規(guī)定經(jīng)1小時加熱能完全再結(jié)晶的最低溫度為再結(jié)晶溫度。,當變形度達到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱為最低再結(jié)晶溫度。 純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間的近似關(guān)系: T再=（0.35-0.4）T熔 其中T再、T熔為絕對溫度。該公式只適用于純金屬。,T再 = (T熔+273)0.4273， 如Fe的T再=(1538+273)0.4273=451,影響再結(jié)晶溫度的因素為： 金屬的預(yù)先變形度 金屬預(yù)先變形程度越大，金屬組織越不穩(wěn)定，再結(jié)晶溫度越低。當預(yù)先變形程度達到一定大小后，金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。,金屬熔點 金屬熔點越高, T再也越高。

8、,金屬的純度 金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點元素起阻礙擴散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高。,再結(jié)晶加熱速度和保溫時間 提高加熱速度會使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生,延長保溫時間, 使原子擴散充分, 再結(jié)晶溫度降低。,影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素,加熱溫度和保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。,預(yù)先變形度的影響，實質(zhì)上是變形均勻程度的影響。 當變形度很小時，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶。 當變形達到210%時，只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個變形度稱臨界變形度。,預(yù)先變形度對再結(jié)晶晶粒度的影響,預(yù)先變形度,當超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細而均勻，達到一定變形量后，晶粒度基本不變。 對于某些金屬，當變形量相當大時(90%)，再結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認為這與形成織構(gòu)有關(guān).,金屬的熱加工與冷加工,