第二章金属的塑性变形与再结晶课件.pptx

1、第二章金属的塑性第二章金属的塑性变形与再结晶变形与再结晶 了解塑性变形的了解塑性变形的本质本质与塑与塑性变形及加热时性变形及加热时组织的变化组织的变化，有助于发挥金属的有助于发挥金属的性能潜力性能潜力，正确正确确定加工工艺确定加工工艺。5万吨水压机万吨水压机随后的随后的 加热加热压力压力加工加工性能得性能得到到改善改善塑性塑性变形变形性能性能变坏变坏组织组织发生发生第二章第二章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶教学目的教学目的：塑性变形塑性变形是金属材料的一种重要加工成形方法是金属材料的一种重要加工成形方法，而而且更为重要的是且更为重要的是塑性变形塑性变形还可还可改变改变材料内部组

2、织与结材料内部组织与结构构并影响其并影响其宏观性能宏观性能。本章重点：本章重点：1、金属塑性变形及其特点、金属塑性变形及其特点 2、塑性变形对金属组织与性能的影响、塑性变形对金属组织与性能的影响 3、回复与再结晶、回复与再结晶本章难点：本章难点：塑性变形对金属组织与性能的影响塑性变形对金属组织与性能的影响第一节第一节 金属的塑性变形金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形单晶体金属的塑性变形 多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形 一、单晶体金属的塑性变形一、单晶体金属的塑性变形 外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切应力作用下的变形切应力作用下的变形锌单晶的拉伸照片锌单晶的拉伸照片外力在晶面上的

3、分解外力在晶面上的分解弹性变形与塑性变形的微观机理弹性变形与塑性变形的微观机理l为引起弹性变形及机理断裂的为引起弹性变形及机理断裂的应力应力l正应力正应力外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解弹性变形与塑性变形的微观机理弹性变形与塑性变形的微观机理为为引起金属晶体产生塑性变形引起金属晶体产生塑性变形应力应力。l切应力切应力晶格就产生了微量的塑性变形。晶格就产生了微量的塑性变形。一、单晶体金属的塑性变形一、单晶体金属的塑性变形l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移滑移和和孪生。孪生。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。滑移滑移是指晶体的一部分沿一定的是指晶体的一部分沿一定

4、的晶面和晶晶面和晶向向相对于另一部分发生相对于另一部分发生滑动位移滑动位移的现象。的现象。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。1 1、滑移变形的特点、滑移变形的特点 ：滑移只能在切应力的作用滑移只能在切应力的作用下发生。下发生。产生滑移的最小产生滑移的最小切应力称切应力称临界切应力临界切应力.滑移常沿晶体中滑移常沿晶体中原子密原子密度最大度最大的晶面的晶面和和晶向发生。晶向发生。因原子密度最大的晶面的因原子密度最大的晶面的面间距面间距最大，结合力最弱最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。产生滑移所需切应力最小。l沿其发生滑移的沿其发生滑移的晶面晶面和和晶向晶向分别

5、叫做分别叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。通常是晶体中的通常是晶体中的密排面密排面和和密排方向密排方向。一个一个滑移面滑移面和和其上的一个其上的一个滑移方向滑移方向构构成一个成一个滑移滑移系系。体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三种典型金属晶格的滑移系l原子密度最大的晶面或晶向称原子密度最大的晶面或晶向称密排面密排面或或密排方向密排方向。密排面密排面数量数量密排方向密排方向数量数量体心立方晶格体心立方晶格11062面心立方晶格面心立方晶格11143密排六方晶

6、格密排六方晶格 六方底面六方底面1底面对角线底面对角线3l 滑移系滑移系越多越多，金属发生，金属发生滑移滑移的可能性的可能性越大越大，塑性也越好塑性也越好，其中其中滑移方向滑移方向对塑性的贡献比对塑性的贡献比滑移面滑移面更更大大。l 因而金属的塑性，面心立方晶格因而金属的塑性，面心立方晶格好于好于体心立方晶格体心立方晶格,体心体心立方晶格立方晶格好于好于密排六方晶格。密排六方晶格。滑移时，晶体两部分的滑移时，晶体两部分的相对位移量相对位移量是滑移方向是滑移方向原子原子间距的整数倍间距的整数倍。滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线滑移线，若干，若干条滑移线组成一

7、个条滑移线组成一个滑移带滑移带。滑移的同时伴随着晶体的转动滑移的同时伴随着晶体的转动转动有两种：转动有两种：l 滑移面向滑移面向外力轴方向外力轴方向转动转动 l 滑移面上滑移面上滑移方向滑移方向向最大向最大切应力方向转动切应力方向转动。l 当滑移面、滑移方向与外力方向当滑移面、滑移方向与外力方向都呈都呈45角时，滑移方向上切应力最大，角时，滑移方向上切应力最大，因而最容易发生滑移因而最容易发生滑移.切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动l 转动的原因：转动的原因：晶体滑移后使晶体滑移后使正应力正应力分量和分量和切应力分量切应力分量组组成了力偶成了力

8、偶.A0 n n S b m m b S最大切应力方向最大切应力方向滑移方向滑移方向滑移面滑移面2、滑移的机理、滑移的机理 晶体滑移是否是晶体滑移是否是整个滑移面上的全部原子一起移动的整个滑移面上的全部原子一起移动的刚刚性位移性位移？滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动的结果。滑移不是刚性滑动，而是位错运动的结果。滑移不是刚性滑动，而是位错运动的结果。例如例如:对铜，按刚性整体滑动计算出的临界切应力为对铜，按刚性整体滑动计算出的临界切应力为1540 MN/m2，而其实际测定值仅为，而其实际测定值仅为1.0 MN/m2。把滑移设想为把滑移设想为刚性整体

9、刚性整体滑动所需的理论滑动所需的理论临界切应力临界切应力值比实际测量临界切应力值大值比实际测量临界切应力值大3 4个数量级。个数量级。l晶体通过位错运动产生滑移时，晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原子发只在位错中心的少数原子发生移动生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临，因而所需临界切应力小界切应力小。图图2-5 晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图晶体中通过位错运动而造成滑移的示意图滑移的原因：滑移的原因：内因：内因：滑移面上的位错运动，而不是刚性滑移滑移面上的位错运动，而不是刚性滑移外因：外因：切应力的作用切应力的作用l当一根当一

10、根位错移动到晶体位错移动到晶体表面时，便产生一个原表面时，便产生一个原子间距的滑移量子间距的滑移量，同一，同一滑移面上，若有大量位滑移面上，若有大量位错移出，则在晶体表面错移出，则在晶体表面形成形成一条滑移线一条滑移线。晶体塑性变形的基本方式晶体塑性变形的基本方式:晶体滑移晶体滑移并不是在切应力作用下，一部分并不是在切应力作用下，一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对的相对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对的整体移动整体移动。滑移和孪生滑移和孪生位错运动位错运动塑性变形最主要的方式塑性变形最主要的方式:滑移滑移滑移的实质是滑移的实质是:多晶体由许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存多晶体由

11、许多晶粒组成，各个晶粒位向不同，且存在许多晶界，变形复杂。在许多晶界，变形复杂。二、多晶体金属的塑性变形二、多晶体金属的塑性变形二、多晶体金属的塑性变形二、多晶体金属的塑性变形双晶粒试样的拉伸实验表明，晶界处较粗，这说明双晶粒试样的拉伸实验表明，晶界处较粗，这说明晶界的变形抗力大，变形较小。晶界的变形抗力大，变形较小。Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位错塞积界的位错塞积1 1、晶界的影响、晶界的影响 晶界处原子排列紊乱，晶界处原子排列紊乱，杂质原子较多，增大了其杂质原子较多，增大了其晶晶格的畸变格的畸变，因而在该处滑移，因而在该处滑移时时位错运动受到的阻力较大位错运动受到的阻力较大，难以发生变

12、形，具有较高的难以发生变形，具有较高的塑性变形抗力塑性变形抗力。多晶体塑性交形的影响因素多晶体塑性交形的影响因素2 2、晶粒位向的影响、晶粒位向的影响 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。这种弹性变形这种弹性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。便成为塑性变形晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这种由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶相互约束，使得多晶体金属的体金属的塑性变形塑性变形抗力提高抗力提

13、高。l 晶粒间的位向不同晶粒间的位向不同塑性变形产生不均塑性变形产生不均匀性。匀性。l 拉伸时，在与外力成拉伸时，在与外力成45方向上的切应力方向上的切应力最大，偏移该方向越远，则切应力越小最大，偏移该方向越远，则切应力越小(与外力平行或垂直方向的切应力等于零与外力平行或垂直方向的切应力等于零)。l 各个晶粒的位向是无序的，有的晶粒的各个晶粒的位向是无序的，有的晶粒的滑移面和滑移方向可能接近滑移面和滑移方向可能接近45方向方向(称为称为软位向软位向)，有的晶粒的滑移面和滑移方向有的晶粒的滑移面和滑移方向可能偏离可能偏离45方向方向(称为硬位向称为硬位向)。l 处于软位向的晶粒先发生滑移变形，处

14、于软位向的晶粒先发生滑移变形，而而处于硬位向的晶粒可能还只有弹性变形。处于硬位向的晶粒可能还只有弹性变形。图图2-10 多晶体金属不均匀塑性变多晶体金属不均匀塑性变形过程的示意图形过程的示意图（二）多晶体金属的塑性变形过程（二）多晶体金属的塑性变形过程 多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于或接近于4545的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而

15、使滑移由由一批晶粒传递到一批晶粒传递到另一批晶粒，另一批晶粒，当有当有大量晶粒发生滑移大量晶粒发生滑移后，金属便显示出后，金属便显示出明显的塑性变形。明显的塑性变形。（二）晶粒大小对金属力学性能的影响（二）晶粒大小对金属力学性能的影响1 1 金属的晶粒越细，其强度越高。金属的晶粒越细，其强度越高。金属的强度提高金属的强度提高金属晶金属晶粒越粒越细细晶界总面积晶界总面积具有不同位向的晶粒具有不同位向的晶粒位错障碍位错障碍塑性塑性变形变形抗力抗力提高提高2 金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。金属晶金属晶粒越粒越细细单位体积内单位体积内晶粒数目晶粒数目有利于滑移

16、的有利于滑移的位向的晶粒数位向的晶粒数减少应力集中减少应力集中 金属的塑性、韧性金属的塑性、韧性避免断裂避免断裂变形越均匀变形越均匀3 晶粒越细金属的断裂韧性越好晶粒越细金属的断裂韧性越好晶粒越细小，晶界越多且越曲折晶粒越细小，晶界越多且越曲折不利于裂纹的传不利于裂纹的传播播断裂时需消耗较大的功断裂时需消耗较大的功断裂韧性也较好断裂韧性也较好。细晶粒金属的强度、硬度较高，塑性较好，韧细晶粒金属的强度、硬度较高，塑性较好，韧性也较好。性也较好。工程上通常希望获得细小而均匀的晶粒组织，工程上通常希望获得细小而均匀的晶粒组织，从而具有较高的综合力学性能。从而具有较高的综合力学性能。第二节第二节 塑性

17、变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响一、一、塑性变形对金属组织结构的影响塑性变形对金属组织结构的影响二、塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响1 1 形成纤维组织，出现各向异性形成纤维组织，出现各向异性2 2 产生织构，出现各向异性产生织构，出现各向异性3 3 晶粒破碎晶粒破碎1 1 位错密度增加，产生加工硬化位错密度增加，产生加工硬化2 2、形成残余内应力、形成残余内应力一、一、塑性变形对金属组织结构的影响塑性变形对金属组织结构的影响1 形成纤维组织，出现各向异性形成纤维组织，出现各向异性金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内金属发生塑性变形时，不仅

18、外形发生变化，而且其内部的部的晶粒晶粒也相应地也相应地被拉长被拉长或或压扁压扁。a)a)正火态正火态 (b)(b)变形变形40%(c)40%(c)变形变形80%80%图图2-11 2-11 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 400400随着应变量的增加，晶粒被拉长或者压扁，随着应变量的增加，晶粒被拉长或者压扁，呈细条状或者纤维状；呈细条状或者纤维状；晶粒被拉长晶粒被拉长或者压扁或者压扁细条状细条状纤维组织纤维组织等轴等轴晶粒晶粒变形度增加变形度增加 当变形量当变形量很大很大时，原来位向不同的时，原来位向不同的晶粒晶粒因因滑移滑移产生的产生的转动转动，将取得，将取

19、得接近一致接近一致的结构的结构称称变形织构变形织构，又称，又称择优取向择优取向。2 产生织构，出现各向异性产生织构，出现各向异性晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，但未出现织构。晶粒拉长，且出现织构。晶粒拉长，且出现织构。拉拔拉拔引起的织构称为引起的织构称为丝织构丝织构。丝织构丝织构:各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向。例如低碳钢经高度冷拔后，其（例如低碳钢经高度冷拔后，其（110110）平行于拔丝方向。）平行于拔丝方向。变形织构根据加工变形方式的不同主要有两种类型：变形织构根据加工变形方式的不同主要有两种类型：织构有时使材料的加工成形性能恶化。织构有时使材料的加工成

20、形性能恶化。轧制轧制引起的织构称为引起的织构称为板织构板织构。n板织构：板织构：各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向。各晶粒的一定晶面和晶向平行于轧制方向。例例 低碳钢的板织构为低碳钢的板织构为001001110110。变形织构根据加工变形方式的不同主要有两种类型：变形织构根据加工变形方式的不同主要有两种类型：织构有时使材料的加工成形性能恶化。织构有时使材料的加工成形性能恶化。变形织构的各相异性是明显的。其不均匀的变形织构的各相异性是明显的。其不均匀的塑性变形会使薄板冲压产生塑性变形会使薄板冲压产生“制耳制耳”现象。现象。制耳示意图制耳示意图 3 晶粒破碎形成亚晶粒晶粒破碎形成亚晶粒 随着变形

21、的增大随着变形的增大位错密度明显增大位错密度明显增大滑移地带增滑移地带增多多晶粒逐渐晶粒逐渐“碎化碎化”成许多位向略有不的亚晶成许多位向略有不的亚晶粒。粒。二、塑性变形对金属性能的影响二、塑性变形对金属性能的影响纤维组织纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，的形成，使金属的性能具有方向性，沿沿纤维纤维方向的方向的强度强度和和塑性塑性明显高于垂直方向明显高于垂直方向的强度的强度和塑性和塑性晶粒破碎晶粒破碎和和位错密度位错密度增加，使金属的增加，使金属的强度和硬度强度和硬度提高，提高，塑性和韧性塑性和韧性下降下降。组织上的变化，是否会引起性能上的变化？组织上的变化，是否会引起性能上的变化？1.产

22、生加工硬化产生加工硬化冷塑性变形量，冷塑性变形量，%屈服强度，屈服强度，MPa1040钢钢(0.4%C)黄铜黄铜铜铜冷塑性变形量，冷塑性变形量，%伸长率，伸长率，%1040钢钢(0.4%C)黄铜黄铜铜l加工硬化加工硬化 金属发生冷塑性变形后，随塑性变形量增加，金属的金属发生冷塑性变形后，随塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为的现象称为加工硬加工硬化化(work hardening)(work hardening)。加工硬化原因：加工硬化原因：（1 1）塑性变形塑性变形 位错密度增加，相互缠结，运位错密度增加，相互缠结，运动阻力加大动阻力加

23、大 变形抗力变形抗力（2）塑性变形量塑性变形量 晶粒变形、破碎，形成亚晶粒晶粒变形、破碎，形成亚晶粒，亚晶界阻止位错运动，亚晶界阻止位错运动 强度和硬度强度和硬度加工硬化的原因加工硬化的原因冷塑性变形与性能关系冷塑性变形与性能关系(1)(1)它是提高它是提高不方便进行热处理的不方便进行热处理的合金构件金属合金构件金属强度、硬度和耐磨性强度、硬度和耐磨性的重要手段之一，的重要手段之一，特别是对那特别是对那些不能进行热处理强化的金属及合金尤为重要。些不能进行热处理强化的金属及合金尤为重要。如冷卷弹簧，高锰钢制作的坦克、拖拉机带履如冷卷弹簧，高锰钢制作的坦克、拖拉机带履、破碎机颚板和奥氏体不锈钢等。

24、、破碎机颚板和奥氏体不锈钢等。加工硬化在工业生产中具有重要意义：加工硬化在工业生产中具有重要意义：加工硬化是强化金属的重要手段之一加工硬化是强化金属的重要手段之一 (2)(2)它是某些它是某些工件或半成品工件或半成品能够能够拉伸拉伸或或冷冲压加工冷冲压加工成形成形的重要基础，有利于金属均匀变形。的重要基础，有利于金属均匀变形。如金属薄板在冲压过程中，弯角处变形最严重，如金属薄板在冲压过程中，弯角处变形最严重，首先产生加工硬化，因此该处变形到一定程度后，首先产生加工硬化，因此该处变形到一定程度后，随后的变形就转移到其他部分，随后的变形就转移到其他部分，这样便可得到厚薄均匀的冲压件。这样便可得到厚

25、薄均匀的冲压件。2、形成残余内应力、形成残余内应力 内应力内应力(inner stress)是指平衡于金属内部的应力，是指平衡于金属内部的应力，它是由于金属在外力作用下，内部变形不均匀而引它是由于金属在外力作用下，内部变形不均匀而引起的。起的。金属发生塑性变形时，外力对金属所做的功，约金属发生塑性变形时，外力对金属所做的功，约90%以上变成了热而散失。不到以上变成了热而散失。不到10%的功则以的功则以位能的形式位能的形式储存于金属内部储存于金属内部，从而导致金属，从而导致金属内能的升高内能的升高。大量金。大量金属原属原子偏离了原来的平衡位置而处于不稳定的状态子偏离了原来的平衡位置而处于不稳定的

26、状态，导致金属内部的变形不均匀及晶格畸变。导致金属内部的变形不均匀及晶格畸变。内应力一般分为以下三类：内应力一般分为以下三类：1 1第一类内应力第一类内应力它是由于金属的表面和心部塑性变形不均匀造成它是由于金属的表面和心部塑性变形不均匀造成的，存在于宏观范围内故又称的，存在于宏观范围内故又称宏观内应力宏观内应力。2 2第二类内应力第二类内应力它是由于晶粒之间变形不均匀造成的，存在于晶它是由于晶粒之间变形不均匀造成的，存在于晶粒间，故又称粒间，故又称微观内应力或晶间内应力微观内应力或晶间内应力。3 3第三类内应力第三类内应力:是金属变形强化的主要原因是金属变形强化的主要原因它是由于晶格畸变、原子

27、偏离平衡位置造成的。它是由于晶格畸变、原子偏离平衡位置造成的。存在于原子之间，又称存在于原子之间，又称晶格畸变应力。晶格畸变应力。n 残余应力的存在，会造成：残余应力的存在，会造成：l 第一类内应力主要使工件产生变形；第一类内应力主要使工件产生变形；零件加工后，零件加工后，残余应力随时间的延长而缓慢松弛，使零件产生变残余应力随时间的延长而缓慢松弛，使零件产生变形，影响尺寸精度。形，影响尺寸精度。l 第二类内应力会使工件内部产生微裂纹；第二类内应力会使工件内部产生微裂纹；物理、化物理、化学性能变化学性能变化，电阻增加，金属的耐腐蚀性下降。，电阻增加，金属的耐腐蚀性下降。l 第三类内应力则使工件强

28、度、硬度升高，塑性和耐第三类内应力则使工件强度、硬度升高，塑性和耐蚀性下降。蚀性下降。第三节第三节 回复与再结晶回复与再结晶 金属塑性变形后，点缺陷、位错及晶界等晶金属塑性变形后，点缺陷、位错及晶界等晶格缺陷大量增加，引起金属组织与性能变化，格缺陷大量增加，引起金属组织与性能变化，当这种变化对生产不利时，应设法予以消除。当这种变化对生产不利时，应设法予以消除。一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化二、金属的再结晶温度二、金属的再结晶温度三、再结晶退火后的晶粒度三、再结晶退火后的晶粒度l 冷变形冷变形导致导致晶格畸变晶格畸变、晶粒破碎晶粒破碎被拉长或压扁

29、、被拉长或压扁、缺缺陷增多陷增多、内应力升高内应力升高，处于一种，处于一种不稳定的状态不稳定的状态，有，有自发恢复到变形前的稳定状态的趋势；自发恢复到变形前的稳定状态的趋势；l 低温下，原子的活动能力弱，这种趋势无法完成；低温下，原子的活动能力弱，这种趋势无法完成；l 加热加热可提高可提高原子活动能力原子活动能力原子扩散原子扩散晶格畸变晶格畸变消失消失，从而会发生，从而会发生:回复、再结晶、晶粒长大回复、再结晶、晶粒长大一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化变形金属加热时组织和性能变化示意图变形金属加热时组织和性能变化示意图性能变化性能变化组织变化组织

30、变化内应力内应力塑性塑性强度强度晶粒晶粒度度回复回复再结晶再结晶晶粒长大晶粒长大温度温度一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化一、冷变形金属在加热时的组织和性能的变化1、回复回复回复：回复：加热温度较低时，加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移内发生点缺陷的消失以及位错的迁移重新排列重新排列 。如如空位与其他缺陷合并，空位与其他缺陷合并，同一滑移面上的异号位错相遇同一滑移面上的异号位错相遇合并合并而使缺陷数量减少等而使缺陷数量减少等。l晶粒的大小与

31、形状无晶粒的大小与形状无明显的变化；明显的变化；l位错密度变化不大；位错密度变化不大；l电阻明显降低电阻明显降低；l强度硬度略有降低强度硬度略有降低，内应力明显下降内应力明显下降。基本上保持基本上保持加工加工硬化硬化效果；效果；特点与变化特点与变化 用于用于保留加工硬化保留加工硬化而而降低内应力降低内应力改善其它改善其它的物理性能的场合。的物理性能的场合。比如比如冷拔冷拔高强度钢丝高强度钢丝，利用，利用加工硬化加工硬化现现象产生的象产生的高强度高强度，此外，由于残余内应力，此外，由于残余内应力对其使用有不利的影响，所以采用对其使用有不利的影响，所以采用低温退低温退火以消除残余应力火以消除残余应

32、力。l工程应用工程应用l工程应用工程应用降低内应力，稳定零件尺寸；降低内应力，稳定零件尺寸；提高导电性；提高导电性；防止晶间应力腐蚀开裂等防止晶间应力腐蚀开裂等。此阶段称为此阶段称为“去应力退火去应力退火”当冷塑性变形金属被加热到较高温度时，由于当冷塑性变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能原子活动能力增大力增大，晶粒的形状开始发生变化晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒完整的等轴晶粒。这种。这种冷变形组织冷变形组织在加热时在加热时重新彻底改组重新彻底改组的的过程称为再结晶。过程称为再结晶。u再结晶也是一个再结晶也是一个晶核形成晶核形成和和长大长大

33、的过程，的过程，但但不是不是相变过程相变过程，再结晶前后新旧晶粒的再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同晶格类型和成分完全相同。黄铜黄铜冷变形冷变形33%2.再结晶再结晶形核形核 3s 580部分结晶部分结晶5s 580完全结晶完全结晶8s 580l 加热温度较高；加热温度较高；l 组织恢复为细小的等轴晶粒；组织恢复为细小的等轴晶粒；l 内应力完全消失；内应力完全消失；l 加工硬化效果消除，材料的塑性加工硬化效果消除，材料的塑性变形能力恢复；变形能力恢复；l 性能：性能：强度、硬度降低，塑性、韧强度、硬度降低，塑性、韧性恢复性恢复。特点与变化特点与变化此阶段又称此阶段又称再结晶退火再结晶退

34、火应用应用工业上利用再结晶过程对变形后金属进行工业上利用再结晶过程对变形后金属进行再再结晶退火结晶退火来消除来消除加工硬化现象加工硬化现象，恢复恢复金属的金属的塑性和韧性塑性和韧性，以利于后面的变形加工。，以利于后面的变形加工。再结晶完成后，若继续再结晶完成后，若继续升高升高加热温度加热温度或或延长保温时间延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。自发的过程。黄铜再结晶后晶粒的长大黄铜再结晶后晶粒的长大580580C C保温保温8 8秒后的组织秒后的组织580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分后的组织3

35、 再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大 晶粒的长大是通过晶粒的长大是通过晶界迁移进行晶界迁移进行的，是的，是大晶粒吞并大晶粒吞并小晶粒小晶粒的过程。的过程。晶粒粗大会使晶粒粗大会使金属的强度，尤其是金属的强度，尤其是塑性和韧性降低塑性和韧性降低。l晶粒的长大的方式：晶粒的长大的方式：黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片冷变形量为冷变形量为38的组织的组织580C保温保温3秒后的组织秒后的组织580C保温保温4秒后的组织秒后的组织580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580C保温保温15分后的组织分后的组织 700C保温保温10分后的组织分后的组织二、金属

36、的再结晶温度二、金属的再结晶温度 晶粒大小影响金属的强度、塑性和韧性晶粒大小影响金属的强度、塑性和韧性,因此生因此生产上非常重视控制再结晶后的晶粒度产上非常重视控制再结晶后的晶粒度,特别是对那些特别是对那些无相变的钢和合金。无相变的钢和合金。再结晶是在一个再结晶是在一个温度范围温度范围内进行的内进行的，若温度若温度过低不能发生再结晶；过低不能发生再结晶；若温度过高，则会发生晶若温度过高，则会发生晶粒长大，粒长大，因此要获得细小的再结晶晶粒，必须在因此要获得细小的再结晶晶粒，必须在一个合适的温度范围内进行加热一个合适的温度范围内进行加热l再结晶温度再结晶温度：系指在规定时间内，能够完成再结晶系指

37、在规定时间内，能够完成再结晶或再结晶达到规定程度的或再结晶达到规定程度的最低温度最低温度。l 在工业生产中，通常以经过在工业生产中，通常以经过70%以上的大变形量以上的大变形量的的冷变形加工金属，经冷变形加工金属，经一小时一小时退火能退火能完全再结晶的最低完全再结晶的最低温度温度。l金属预先变形程度越大金属预先变形程度越大,再结晶温度越低。再结晶温度越低。T再再与与的关系的关系影响再结晶温度的因素影响再结晶温度的因素1 1、金属的预先变形程度、金属的预先变形程度当变形度达到一定值后，当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低再结晶温度趋于某一最低值，称值，称最低再结晶温度最低再结晶温度。预先

38、变形度越大预先变形度越大产生的位错等晶产生的位错等晶体缺陷便愈多体缺陷便愈多内能愈高内能愈高组织愈组织愈不稳定不稳定加热时易较早出现再结晶加热时易较早出现再结晶 l纯金属的纯金属的最低再结晶温度最低再结晶温度与其与其熔点熔点之间的近似关系之间的近似关系:T再再0.4T熔熔 其中其中T再再、T熔熔为绝对温度为绝对温度.l金属熔点越高金属熔点越高,T再再也越高也越高.T再再=(T熔熔+273)0.4 273 如如Fe的的T再再=(1538+273)0.4 273=451纯度下降，则再结晶温度提高。纯度下降，则再结晶温度提高。2、金属的纯度、金属的纯度金属中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点元素金属

39、中的微量杂质或合金元素，特别是高熔点元素起起阻碍扩散和晶界迁移作用阻碍扩散和晶界迁移作用，使金属，使金属再结晶温度显再结晶温度显著提高著提高。如纯如纯Fe的的T再再=724K（451），），而加入少量碳变成低碳钢后，而加入少量碳变成低碳钢后，T再再提高到提高到813K（540）。）。l实际金属的实际金属的最低再结晶温度最低再结晶温度与其与其熔点熔点之间的近似关之间的近似关系系:T再再（0.50.7）T熔熔 其中其中T再再、T熔熔为绝对温度为绝对温度.3、加热速度和加热时间、加热速度和加热时间l加热速度加热速度再结晶推迟到较高温度发生再结晶推迟到较高温度发生,l 加热时间加热时间原子扩散充分原子

40、扩散充分 再结晶温度降低。再结晶温度降低。l生产中，把生产中，把消除加工硬化的热处理称为消除加工硬化的热处理称为再结晶退火再结晶退火。再结晶退火温度再结晶退火温度比比再结晶温度再结晶温度高高100200。黄铜黄铜580C保温保温8秒后的组织秒后的组织黄铜黄铜580C保温保温15分后的组织分后的组织三、影响再结晶退火后晶粒度的因素三、影响再结晶退火后晶粒度的因素 1、加热温度和保温时间、加热温度和保温时间 加热温度越高加热温度越高，保温时间越保温时间越长长，金属的晶粒越粗大金属的晶粒越粗大，加，加热温度的影响尤为显著。热温度的影响尤为显著。再结晶退火温度对晶粒度的影响再结晶退火温度对晶粒度的影响

41、2、预先变形度、预先变形度当变形度很小时：当变形度很小时：晶格畸变小，不足以引起再结晶晶格畸变小，不足以引起再结晶.当变形达到当变形达到2 210%10%时：时：只有部分晶粒变形，只有部分晶粒变形，变形极变形极不不均匀均匀，再结晶晶粒大小，再结晶晶粒大小相差悬殊，易互相吞相差悬殊，易互相吞并和长大并和长大,再结晶后再结晶后晶粒特别粗大，这个晶粒特别粗大，这个变形度称变形度称临界变形度临界变形度。预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度预先变形度变形均匀程度变形均匀程度.l 当超过临界变形度后，当超过临界变形度后，随变形程度增加，随变形程度增加，变形越变形越来越均匀

42、，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度达到一定变形量之后，晶粒度基本不变基本不变。l 对于某些金属，当对于某些金属，当变形量相当大时变形量相当大时(90%)，再结晶后，再结晶后晶粒又重新出现粗晶粒又重新出现粗化现象，一般认为化现象，一般认为这与形成织构有关这与形成织构有关.再结晶全图再结晶全图一、冷加工与热加工的区别一、冷加工与热加工的区别第四节第四节 金属的热加工金属的热加工l再结晶温度是冷热加工的分界线；再结晶温度是冷热加工的分界线；低于低于再结晶温度的加工称为再结晶温度的加工称为冷加工冷加工，高

43、于高于再结晶温度的加工称为再结晶温度的加工称为热加工热加工。为什么要进行热加工？为什么要进行热加工？何谓冷加工和热加工？何谓冷加工和热加工？如如 Fe 的再结晶温度为的再结晶温度为451，其在，其在400 以下的加工以下的加工仍为冷加工。而仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为的再结晶温度为-71，则其在，则其在室温下的加工为热加工。室温下的加工为热加工。热加工时产生的热加工时产生的加工硬化加工硬化很快被再结晶产生的很快被再结晶产生的软化软化所抵消，因而所抵消，因而热加工不会带来热加工不会带来加工硬化加工硬化效果效果。巨型自由锻件巨型自由锻件第四节第四节 金属的热加工金属的热加工轧制轧制模锻模锻

44、拉拔拉拔（1)改善铸锭和钢坯的组织和性能。改善铸锭和钢坯的组织和性能。热加工可使热加工可使铸态金属与合金中的铸态金属与合金中的气孔焊合气孔焊合，使，使粗大的树枝晶或粗大的树枝晶或拄状晶破碎，拄状晶破碎，从而从而使使组织致密组织致密、成分均匀、晶粒细成分均匀、晶粒细化，力学性能提高化，力学性能提高。锻压锻压热加工动态再热加工动态再结晶示意图结晶示意图二、热加工对金属组织和性能的影响二、热加工对金属组织和性能的影响热加工动态再结晶示意热加工动态再结晶示意图图30钢铸态和锻态的力学性能比较钢铸态和锻态的力学性能比较状态 b/MPas /MPa/(%)/(%)k/(J/cm)锻态53031020457

45、0铸态500280152735 钢经热塑性交形后，其强度、塑性、冲击韧性均较钢经热塑性交形后，其强度、塑性、冲击韧性均较铸态为高。铸态为高。因此在工程上受力复杂、载面较大的工件因此在工程上受力复杂、载面较大的工件(如齿轮、轴、如齿轮、轴、刀具、模具等刀具、模具等)大多数要通过热塑性变形加工来制造。大多数要通过热塑性变形加工来制造。(2)形成纤维组织形成纤维组织(加工流线加工流线)热加工使铸态金属中的热加工使铸态金属中的枝晶偏析、枝晶偏析、非非金属夹杂金属夹杂物沿物沿变形方向拉长变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线流线，由这种流线体现的组织称由这种流线体现

46、的组织称纤维组织纤维组织。p影响：影响：使钢产生使钢产生各向异性各向异性，拉伸时拉伸时流线伸长流线伸长的方向具的方向具有较好的力学性能，有较好的力学性能，垂直于垂直于流线方向流线方向的力学性能较差。的力学性能较差。吊吊钩钩中中的的纤纤维维组组织织三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。论语子罕这个世界本来就是痛苦的，没有例外的。我不仅仅是你的妈妈，更是你的朋友。你想成为幸福的人吗？但愿你首先学会吃得起苦。屠格涅夫世界上只有想不到的事，没有做不成的事；世界上只有想不通的人，没有走不通的路。盆景秀木正因为被人溺爱，才破灭了成为栋梁之材的梦。与其守成法，毋宁尚自然；与其求划一，毋宁展个性。蔡元培在经过岁月的磨砺之后,每个人都可能拥有一对闪闪发光的翅膀,在自己的岁月里化茧成蝶。其实世界上没有那么多的如果，有时候，我们一瞬间失去的东西就是永恒。太阳虽有黑点，却在奋力燃烧中树立了光辉的形象。