第三章金属的塑性变形与再结晶

第三章金属的塑性变形与再结晶与热加工 2 1金属的性能指标 2 2金属变形的三个阶段 2 3单晶体的塑性变形 2 4多晶体的塑性变形 2 5塑性变形对材料组织和性能的影响 2 6冷变形金属在加热时组织和性能的变化 2 7金属的热加工与冷加工 主讲教师 李香芝 3 1金属变形的三个阶段 滑移变形示意图 3 2单晶体的塑性变形 单晶体变形有两种方式 滑移和孪生变形滑移变形容易 孪生是更困难的一种变形方式 一 滑移变形1 滑移变形 在切应力的作用下 晶体的一部分沿一定的晶面 滑移面 上的一定方向 滑移方向 相对另一部分发生滑移 2 滑移变形的特点 1 晶体滑移只有在切应力的作用下发生 2 晶体滑移常沿原子的密排晶面和密排晶向发生 滑移面 原子的最密排晶面 滑移方向 原子的最密排方向 fcc的滑移面和滑移方向为 111 和bcc的滑移面和滑移方向为 110 和 3 晶体沿滑移方向滑移 原子移动的距离是原子间距的整数倍 4 滑移的同时伴有晶体的转动 纯金属常见两种晶格的滑移系 3 3多晶体的塑性变形 实际金属为多晶体 多晶体是由许多位向不同的小单晶体组成 每一个小单晶体称为一个晶粒 晶粒与晶粒间的界限为晶界 多晶体变形有以下特点 一 晶界对变形的阻碍作用晶界处能量较高 不易变形 故多晶体变形呈竹节状 且晶粒越细 晶界面积越大 阻碍作用最大 材料的强度越高 二 不同位向的晶粒协调变形在对多晶体进行拉伸变形时 并不是所有晶粒都处于有利位向 只有大多数晶粒都处于有利位向时才能变形 故需要晶粒间协调变形 因此 晶粒越细 相互协调越困难 材料的强度越高 三 多晶体的抗拉强度大于单晶体晶粒越细 晶界面积越大 相互协调越困难 阻碍变形抗力越大 材料的强度越高 硬度越大 结论 晶粒越细 变形不易产生应力集中 使变形均匀 从而使材料的塑性 韧性越好 表现出综合性能好 3 4塑性变形对材料组织和性能的影响 一 塑性变形对材料组织的影响1 纤维状组织塑性变形后晶粒沿轧制方向被拉长 呈纤维狀的条纹 晶界 为纤维组织 变形前后晶粒形状示意图 低碳钢50 变形后的纤维组织 3 形变织构 当变形量很大时 70 以上 晶粒严重破碎 且发生转动 大多数晶粒沿轧制方向排列 形成形变织构 形变织构组织示意图 如 Si钢片深冲压 70 以上 成形 沿 100 方向导磁率高 二 塑性变形对材料性能的影响 1 加工硬化 由于对材料变形量的增加导致材 b HB k 的现象 2 性能的方向性纤维组织由于晶粒沿轧制方向被拉长 顺纤维方向的性能与横向不同 3 择优取向由于产生了形变织构 沿某一方向的性能与其它方向明显不同 如 对薄板深冲压成型时将出现 制耳 现象 硅钢片 由于深冲压使多数晶粒沿排列 提高了方向的导磁率 择优取向的 制耳 现象 方向的导磁率大 4 残余内应力 由于变形 晶粒破碎 产生晶格畸变内应力 主要内应力 2 6冷变形金属在加热时组织和性能的变化 冷变形金属经加热后将发生回复 再结晶和晶粒长大三个阶段 其组织和性能的变化如下 一 回复阶段1 温度 T回复 0 25 0 3 Tm2 组织 晶粒外形无变化 拉长的晶粒 3 性能 b HB 内应力基本消除 电阻率明显上升 4 机制 空位的运动使电阻率明显上升 位错的运动使 b HB 内应力基本消除 二 应用 工业中为了保持弹簧冷变形后的高强度弹簧成形后采用200 300 去应力退火处理 二 再结晶阶段 形核和长大的过程 一 再结晶过程及对金属组织 性能的影响1 温度 T再结晶 0 35 0 4 Tm2 组织 拉长的晶粒变成等轴晶粒 3 性能 b HB k 基本恢复到变形前的状况 二 再结晶温度及影响再结晶后粒度因素1 再结晶温度 完全发生再结晶 95 已再结晶 的最低温度 T再 0 35 0 4 Tm2 影响再结晶后晶粒度因素 1 加热温度越高 保温时间越长 晶粒易于粗化 2 变形度越大 晶粒破碎严重 变形均匀 不易发生再结晶易粗化 但必须大于临界变形度 2 10 3 材料的纯度越高 使T再结晶 晶粒易于粗化 可加入少量W Mo V等阻碍晶粒长大 使晶粒细化 冷变形金属回复 再结晶及晶粒长大三个阶段性能的变化 变形度与再结晶晶粒度的关系 三 晶粒长大阶段 再结晶