1、第五章金屬的塑性變形與再結(jié)晶重點：塑性變形的機理塑性變形對組織、性能的影響回復(fù)與再結(jié)晶工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形晶體外表面的滑移痕跡50012工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形一、塑性變形的基本形式工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移作用在面A上的應(yīng)力可分解為正應(yīng)力和剪應(yīng)力。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移正應(yīng)力工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院伸長、斷裂5.1 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移切應(yīng)力滑移變形工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑

2、性變形二、單晶體的滑移滑移沿一定晶面的一定晶向進行滑移面：原子間距小的面滑移方向：原子排列密度最大的方向滑移系：一個面一個方向工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移變形滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明顯！工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院晶體理論剪應(yīng)力與實際測量值工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院金屬切變模量G（MN/m2）理論切應(yīng)力（MN/m2）實際切應(yīng)力（MN/m2）Al2440038300.786Ag2500039800.372Cu4070064800.490-Fe68950109602.75Mg1640026300.3935.1

3、 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移變形滑移借助于位錯在滑移面上的運動逐步進行工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形二、單晶體的滑移變形晶體滑移時伴隨著晶面的轉(zhuǎn)動。拉伸時，轉(zhuǎn)動的結(jié)果是滑移面和滑移方向趨于平行于拉伸軸線。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形三、單晶體的孿生變形工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形四、多晶體的塑性變形竹節(jié)現(xiàn)象晶界晶粒位向工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形試驗結(jié)果工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.1 金屬的塑性變形四、多晶體的塑性變形1. 晶界阻礙位錯運動2. 晶粒分批逐步變形

4、金屬晶粒越細(xì)，金屬的強度就越大，塑性越高，韌性也較好。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響一、冷塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響1. 晶粒發(fā)生變形工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響一、冷塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響2. 亞結(jié)構(gòu)形成金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響一、冷塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響3. 形變織構(gòu)產(chǎn)生形變織構(gòu)示意圖工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響二、冷塑性變形對性能的影響1. 形變強化（加工硬化）金屬發(fā)生冷塑性變形, 隨變

5、形度的增大, 金屬的強度和硬度顯著提高, 塑性和韌性明顯下降的現(xiàn)象，稱為加工硬化。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響二、冷塑性變形對性能的影響2. 產(chǎn)生各向異性纖維組織和形變織構(gòu)形成工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響二、冷塑性變形對性能的影響3. 物理、化學(xué)性能變化塑性變形可影響金屬的物理、化學(xué)性能。如：電阻增大, 耐腐蝕性降低。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.2 塑性變形對金屬組織性能影響二、冷塑性變形對性能的影響4. 產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力與點陣畸變宏觀殘余應(yīng)力微觀殘余應(yīng)力晶格畸變工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院殘

6、余拉應(yīng)力應(yīng)力腐蝕開裂殘余壓應(yīng)力提高疲勞強度。5.3回復(fù)與再結(jié)晶一、回復(fù)變形后的金屬在較低溫度進行加熱，會發(fā)生回復(fù)過程。產(chǎn)生回復(fù)的溫度T回復(fù)：T回復(fù)=（0.250.3）T熔點注意：等式中的溫度單位是開爾文。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3一、回復(fù)位錯、空位、間隙原子等缺陷大大減少?；貜?fù)與再結(jié)晶變形金屬的顯微組織不發(fā)生明顯的變化。殘余應(yīng)力則大大降低。去應(yīng)力退火，以降低殘余內(nèi)應(yīng)力，保留加工硬化效果。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3二、再結(jié)晶1. 再結(jié)晶過程及其對金屬組織、性能的影響被拉長（或壓扁）、破碎的晶粒通過重新生核、長大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶?；貜?fù)與再結(jié)晶強度和硬度降低

7、，塑性和韌性提高，加工硬化現(xiàn)象消除， 內(nèi)應(yīng)力全部消失，物理、化學(xué)性能恢復(fù)到變形以前的水平。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3回復(fù)與再結(jié)晶2. 再結(jié)晶溫度T再T再=(0.350.4)T熔點注意：等式中的溫度單位是開爾文。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3回復(fù)與再結(jié)晶3. 影響再結(jié)晶溫度的因素：（1） 預(yù)先變形度（2） 金屬的熔點（3） 雜質(zhì)和合金元素雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點元素, 阻礙原子擴散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。（4） 加熱速度和保溫時間工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3二、再結(jié)晶4. 影響再結(jié)晶后晶粒晶粒度的因素回復(fù)與再結(jié)晶（1） 加熱溫度晶粒長大

8、速度快。（2） 預(yù)先變形度當(dāng)變形度達到210%時，在結(jié)晶后得到極粗大的晶粒。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3回復(fù)與再結(jié)晶三、塑性變形后金屬加熱時組織和性能的變化工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.3回復(fù)與再結(jié)晶工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.4金屬的熱加工一、熱加工的概念冷熱加工的判斷標(biāo)準(zhǔn)：再結(jié)晶溫度冷熱加工的比較：容易性、表面質(zhì)量工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.4金屬的熱加工二、熱加工對金屬組織和性能的影響1. 熱加工能使鑄態(tài)金屬中的氣孔、疏松、微裂 紋焊合，提高金屬的致密度；減輕甚至消除樹枝晶偏析和改善夾雜物、第二相的分布等；提高金屬的機械性能，特別是韌性和塑

9、性。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.4金屬的熱加工二、熱加工對金屬組織和性能的影響2. 熱加工在變形過程中產(chǎn)生動態(tài)的回復(fù)再結(jié)晶工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.4金屬的熱加工二、熱加工對金屬組織和性能的影響3. 熱加工能使金屬中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物和第二相沿金屬流動方向被拉長，形成纖維組織（或稱“流線”）工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院5.4金屬的熱加工流線的出現(xiàn)使金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性。工程材料學(xué)同濟大學(xué)機械與能源工程學(xué)院思考題1.如果將一軟焊料反復(fù)彎曲數(shù)次，會發(fā)現(xiàn)它仍舊很軟。而對一退火銅也作同樣彎曲就會明顯變硬， 以至經(jīng)過幾次之后就不能用手彎曲了。這是為什 么？鎢在1000變形加工，錫在室溫下變形加工，請說明它們是熱加工