1、第四章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶,fs24 金屬與合金的性能主要取決于顯微組織 和晶體結(jié)構(gòu)，軋制、擠壓、冷拔、鍛造等工藝 ， 在塑性變形過程中，不僅金屬的形狀和尺寸改 變，而且組織和性能也要改變。塑性變形是強(qiáng)化 金屬（簡(jiǎn)稱形變強(qiáng)化）的重要手段之一。,第一節(jié) 金屬的塑性變形,從拉伸試驗(yàn)中已知，當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，金屬只產(chǎn)生彈性變 形；應(yīng)力超過屈服點(diǎn)s以后，在產(chǎn)生彈性變形的同時(shí)， 金屬將產(chǎn)生較大的塑性變形；應(yīng)力達(dá)到b后，金屬將斷 裂。 一、單晶體金屬的塑性變形,第一節(jié) 金屬的塑性變形,從拉伸試驗(yàn)中已知，當(dāng)應(yīng)力較小時(shí)，金屬只產(chǎn)生彈性變 形；應(yīng)力超過屈服點(diǎn)s以后，在產(chǎn)生彈性變形的同時(shí)， 金屬將產(chǎn)生較大的塑性變

2、形；應(yīng)力達(dá)到b后，金屬將斷 裂。 一、單晶體金屬的塑性變形,1、應(yīng)力和變形 正應(yīng)力只能使單晶體產(chǎn)生彈性變形或脆性斷裂；切應(yīng)力當(dāng)很小時(shí)，晶格只產(chǎn)生彈性的剪切變形，切應(yīng)力增大到一定值后，晶體的一部分將會(huì)沿著某一晶面，相對(duì)于另一部分位移一個(gè)或若干個(gè)原子間距，在外力去除后，原子處于新的平衡位置，即晶體產(chǎn)生了永久變形。,2、晶體的滑移 滑移：在切應(yīng)力作用下，沿著一定的晶面，晶體的一部分 相對(duì)于另一部分發(fā)生一定距離位移的塑性變形。 研究證明，滑移是金屬在常溫下塑性變形的主要方式。 晶格中發(fā)生滑移的晶面，稱為滑移面，滑移進(jìn)行的方向， 稱為滑移方向。通?；泼媸窃用芏茸畲蟮木?，渭移 方向是原子密度最大的晶

3、向。,二、多晶體金屬的塑性變形,多晶體金屬的塑性變形，就其每個(gè)晶粒來(lái)說與單晶體相似，但因晶界和各晶粒位向不同的影響，多晶體的塑性變形要比單晶體復(fù)雜得多。 實(shí)驗(yàn)證明，晶界對(duì)常溫塑性變形有顯著的阻礙作用。因?yàn)榫Ы缡窍噜従Я５倪^渡層，原子排列比較紊亂，且雜質(zhì)往往較多，因而使滑移阻力增大。金屬的晶粒愈細(xì)，則總的晶界面積愈大，塑性變形的阻力就愈大。,在多晶體金屬中，由于各晶粒的晶格位向不同，在受外力作用時(shí)，各晶粒的滑移面和滑移方向上的切應(yīng)力大小不同，因而產(chǎn)生滑移的先后不一致。 由以上分析可知，金屬的晶粒愈細(xì)小，則單位體積中的晶粒數(shù)量愈多，其晶界和各晶粒位向不同對(duì)塑性變形的影響愈大，從而金屬的強(qiáng)度和硬度便

4、愈高。同時(shí)，晶粒愈細(xì)，處于有利位向的晶粒愈多，滑移在更多的晶粒內(nèi)開始，各晶粒的變形比較協(xié)調(diào)，內(nèi)應(yīng)力較小，金屬在破裂前能產(chǎn)生較大的塑性變形，即塑性較好。因強(qiáng)度和塑性都提高，故細(xì)晶粒金屬的韌性也較好。因此，在生產(chǎn)中，細(xì)化晶粒是提高金屬?gòu)?qiáng)韌性的重要手段。,第二節(jié) 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響,一、金屬的加工硬化 加工硬化（冷作硬化）：金屬冷加工塑性變形時(shí)，隨著塑性變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 除力學(xué)性能外，金屬的某些物理、化學(xué)性能在冷加工塑性變形以后也會(huì)發(fā)生變化。例如，金屬的電阻增加，導(dǎo)磁性和耐蝕性降低等。 金屬的加工硬化在生產(chǎn)中是強(qiáng)化金屬的重要手段。特別是熱處理

5、無(wú)法強(qiáng)化的金屬材料，如純金屬、多數(shù)鋼合金和鎳鉻不銹鋼等。 加工硬化由于塑性的降低，可能給金屬材料進(jìn)一步變形加工帶來(lái)困難；某些物理、化學(xué)性能的變壞，也會(huì)影響一些零件的使用。,二、塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響,冷加工塑性變形使金屬性能發(fā)生變化，是由于塑性變形使金屬的晶粒沿著變形方向伸長(zhǎng)，晶粒伸長(zhǎng)成纖維狀的原因 纖維組織能使金屬的力學(xué)性能具有明顯的方向性，即造成各向異性。 冷加工塑性變形除使金屬晶粒形狀發(fā)生變化外，還會(huì)使晶粒內(nèi)部的亞晶粒細(xì)化，位錯(cuò)、空位等缺陷增加，晶格略變嚴(yán)重，從而使滑移的阻力增大，造成加工硬化。,三、冷變形殘余應(yīng)力,殘余應(yīng)力（或內(nèi)應(yīng)力）：殘存在金屬內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力 由于金屬各部分變形不

6、均勻造成的 冷變形殘余應(yīng)力在多數(shù)情況下是有害的。當(dāng)金屬表層殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)將使金屬的力學(xué)性能下降；殘余應(yīng)力還使金屬易產(chǎn)生腐蝕甚至開裂；還可能使金屬零件的形狀、尺寸逐漸發(fā)生變化等。所以，在生產(chǎn)中對(duì)冷加工后的零件常需采取措施（如進(jìn)行去應(yīng)力退火）消除殘余應(yīng)力。 但是，在某些特定條件下，殘余應(yīng)力的存在也是有利的。例如，對(duì)在交變應(yīng)力條件下工作的零件，當(dāng)表面預(yù)先存在殘余壓應(yīng)力時(shí)，能使其疲勞壽命成倍提高。因此，生產(chǎn)中常采用表面滾壓或噴丸處理使零件表層強(qiáng)化并產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高零件的使用壽命。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化,一、回復(fù)和再結(jié)晶 1、回復(fù) 當(dāng)加熱溫度不高時(shí)，冷變形金屬的顯微組織無(wú)

7、變化，加工硬化仍基本保留，但內(nèi)應(yīng)力大為減小，導(dǎo)電性和耐蝕性顯著提高。,2、再結(jié)晶,將冷變形金屬繼續(xù)加熱至較高溫度時(shí)，在變形的組織內(nèi)，逐漸形成一些內(nèi)部缺陷較少、晶格比較規(guī)則的等軸小晶粒，它們不斷向周圍的變形晶粒中長(zhǎng)大，直到冷變形組織完全消失為止，這種通過成核和長(zhǎng)大使變形晶粒完全轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒的過程稱為再結(jié)晶。 再結(jié)晶后內(nèi)應(yīng)力完全消除，強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性大為提高，即加工硬化現(xiàn)象消除,3、晶粒長(zhǎng)大,隨著加熱溫度的升高，金屬的晶粒會(huì)長(zhǎng)大。若加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長(zhǎng)，晶粒將顯著粗化。,二、冷變形金屬的退火,1、再結(jié)晶溫度 再結(jié)晶沒有一個(gè)隨成分而固定的臨界點(diǎn)，而是在加熱過程中，從某一溫度開始，隨著溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng)，進(jìn)行生核及長(zhǎng)大的過程。 通過大量的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)工業(yè)純金屬的最低再結(jié)晶溫度： T再（0.350.4）T熔 T熔：工業(yè)純金屬熔點(diǎn),2、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退,去應(yīng)力退火：將冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以下的回復(fù)階段，基本上消除內(nèi)應(yīng)力而保留加工硬化的熱處理方法。 再結(jié)晶退火：將冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，完成再結(jié)晶的過程，完全消除加工硬化的熱處理方法。,三、金屬熱加工與冷加工的區(qū)別,把金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，進(jìn)行塑性變形加工時(shí)，發(fā)生兩個(gè)過程。由于塑性變形，使金屬產(chǎn)生加工硬化；另一方面進(jìn)行再結(jié)晶，而消除加工硬化。