6.塑性变形时组织性能的变化

6 塑性变形时组织性能的变化6 1冷加工变形时组织性能的变化冷加工 T T回属于完全硬化的变形过程一 金属组织的变化 晶粒被拉长随 各晶粒沿最大主变形方向被拉长 或压扁 形成纤维状 晶粒拉长的程度取决于 变形程度 纤维组织越明显 拉长 主变形图示两向压缩一向拉伸最有利于晶粒的拉长 冷变形金属的组织与所观察的试样截面有关 冷轧钢板 纵向截面晶粒变形伸长最显著横向截面晶粒变形伸长不及前者板面晶粒伸长变形不明显 不能反映板材的实际变形程度 亚结构随 位错缠结 形成胞状组织 亚结构 使一个晶粒分割成许多位向差很小的亚晶粒 1亚晶界 位错墙2 胞的数量 晶块的尺寸 位向差 1 小角度晶界模型 1 变形织构原来紊乱的位向出现了有序化 具有严格的位向性 这个过程叫做 择优取向 具有择优取向的晶体组织称为 变形织构 变形织构分为二类 丝织构各晶粒的某一晶向都平行于拉伸轴方向 以此晶向表示丝织构面心立方 丝织构体心立方 丝织构 板织构各晶粒的某一晶面平行于板面 某一晶向平行于轧制方向 板织构用晶面和晶向共同表示如 100 011 板织构表示 100 平行轧面 011 平行轧向 材料产生织构时 出现各向异性 不利方面 冲压时易出现 制耳效应 有利方面 对于变压器用的硅钢片 为了提高磁性 特地在最易磁化方向形成织构 又如六方晶体 Zn板使 0001 晶面平行轧面 此方向不易变形 织构强化多做压力容器 二 金属性能的变化 机械性能的变化 强度 亚晶界 晶格畸变 塑性 晶内和晶间受到破坏 附加应力 各向异性顺纤维方向的机械性能优于垂直于纤维方向 物理 化学性质的变化 密度 电阻 导电性 导热性 引起磁性变化 化学活性 溶解性 耐蚀性 6 2回复与再结晶变形以后的金属在加热过程中可分为回复 再结晶 晶粒长大三阶段 回复 新晶粒产生以前再结晶 产生新晶粒的过程晶粒长大 新晶粒的长大过程 一 回复 定义原子回到稳定的平衡位置的过程 机理 低温回复晶内变化主要是空位消失消失途径 与间隙原子复合跑到晶界或表面与位错起作用 中温回复一部分异号位错发生复合 对消 高温回复形成多边化亚晶多边化实质 冷变形后 由于同号位错在滑移面塞积所引起点阵弯曲的晶体 在加热时 通过刃型位错的攀移和滑移 使同号位错沿滑移面法向排列成小角度亚晶界的过程 位错为什么要从横向排列变成竖直排列 回复特点 消除大部分内应力 弹性应变基本消除 恢复部分物理 化学性能电阻率 耐蚀性 机械性能变化不大 晶粒外形 位向不变 晶间 晶内微裂纹未得以修复去应力退火1 1 二 再结晶 定义随加热温度升高 在形变金属的基体上出现无应变的新晶粒 直至全部基体都被这些新晶粒所取代的过程 重结晶 过程 形核三种形核方式 a 亚晶粒合并形核 b 亚晶粒长大形核 c 凸出形核 晶核长大当各个再结晶核心长大到互相接触时 就形成了完全由大角度晶界所分界的无应变的新晶粒组织 再结晶温度和再结晶时间 再结晶温度 开始再结晶的最低温度Tr测量Tr的方法常用的有 金相法 显微镜中观察到第一个新晶粒或晶界因凸出形核而出现锯齿状边缘的退火温度 硬度法 硬度 退火温度曲线上硬度开始显著降低的温度 工业生产中通常以经过大变形量 70 以上 的冷变形金属 经一小时退火能完全再结晶的最低退火温度定为Tr 再结晶时间 一定温度下 完成一定量 95 再结晶所需要的时间 影响再结晶的主要因素 金属本性杂质 Tr d 如纯Al Tr 90 99 Al Tr 290 合金元素 Tr d 低碳钢 Tr 670 18 8不锈钢 Tr 800 变形程度 Tr d关系 如图示 保温时间 一定 保温时间越长 Tr 原始晶粒度在其他条件相同的情况下 原始晶粒越细小 则变形抗力越大 贮存能越高 Tr d 再结晶特点 内应力全部消除 恢复了机械性能强度 塑性 修复了显微裂纹 使化学成分均匀 消除了各向异性1 1 三 晶粒长大 正常长大 均匀长大 晶界能是晶粒长大的推动力 它有如下特点 晶粒长大是依靠晶界的移动 使大晶粒吞并小晶粒 并不是晶粒的合并 晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力 长大过程中 三个晶粒的交角趋于120 稳定的二维晶粒呈六边形 晶粒长大速度比再结晶速度要小得多 晶粒长大均匀 平均尺寸连续增大 反常长大 二次再结晶 二次再结晶产生的条件如下 微粒 杂质或第二相粒子 阻碍晶界移动 再结晶织构只在一定取向上易长大 晶粒间的位向差小晶界迁移率小 表面有热蚀沟 板材高温长期加热形成 四 再结晶织构冷变形后的金属在再结晶过程中所形成的织构金属在变形过程中所形成的变形织构 再结晶后可出现三种情况 保持或加强原有织构 形成新的织构 晶粒取向混乱 五 再结晶图 以图解的形式表示再结晶结束后的平均晶粒尺寸与变形程度 再结晶温度的关系 第一类再结晶图 冷加工工艺退火T d静态第二类再结晶图 热加工工艺热加工T d动态 温度一定 d的关系 变形程度一定 T d的关系 6 3热加工变形时组织性能的变化热加工 在再结晶温度以上进行的加工 属于完全软化过程一 热加工的特点1 变形抗力小能耗少2 塑性升高产生断裂的倾向性减小3 不易形成变形织构4 性能均匀性较差5 表面质量 尺寸精度较差 二 金属组织性能的变化1 使组织致密2 使晶粒细化3 使夹杂物 第二相破碎4 形成纤维组织金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布 形成金属流线 金属流线 这种纤维组织不能因再结晶而改变 仍处于拉长状态 须经反向压缩变形或采用高温长时间退火才能消除 纤维组织的存在 使金属产生各向异性 顺纤维方向较垂直于纤维方向具有较高的机械性能 尤其是塑性和韧性 见表3 2 用热加工方法制造零件时 尽量使流线与零件工作时所受到的最大拉应力方向相一致 与外加的剪切应力或冲击力的方向相垂直 减弱纤维组织的方法 提高材料的洁净度减少第二相的体积百分数 5 形成带状组织 不同结构的晶粒呈层状排列低碳钢经热轧后 珠光体和铁素体有时沿轧向呈带状分布 构成带状组织 这种组织是由于枝晶偏析或夹杂物在压力加工过程中被拉长所造成 带状组织 带状组织也会产生各向异性 但若不存在较多的拉长非金属夹杂物时 对钢的横向机械性能影响并不显著 反之 则会使钢横向的塑性和冲击韧性明显下降 消除带状组织的方法 正火处理高温扩散退火 磷偏析引起 6 4温加工变形时组织性能的变化冷加工 强度 塑性 表面质量 尺寸精度 热加工 强度 塑性 表面质量 尺寸精度 温加工 介于二者之间T回 T T再属于不完全硬化变形 一 温加工的目的 改善材料的加工性能高速钢 冷加工 产生严重断裂150 加工 只有不严重的裂边300 加工 无裂纹 可进行拉拔 改善产品的使用性能 提高力学性能在塑性降低不多的情况下提高强度 见表3 3 减小松驰现象 提高疲劳强度亚晶界 不利于疲劳裂纹的传播 思考题1