塑性变形时组织性能的变化谷风教育

1、 6塑性变形时组织性能的变化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变形时组织性能的变化 冷加工：冷加工：t t回回 属于完全硬化的变形过程属于完全硬化的变形过程一金属组织的变化一金属组织的变化晶粒被拉长晶粒被拉长 随随，各晶粒沿最大主变形方向被拉长，各晶粒沿最大主变形方向被拉长 （或压扁），形成纤维状。（或压扁），形成纤维状。1教育课资晶粒拉长的程度取决于：晶粒拉长的程度取决于： 变形程度变形程度 ，纤维组织越明显，拉长，纤维组织越明显，拉长 主变形图示主变形图示 两向压缩一向拉伸最有利于晶粒两向压缩一向拉伸最有利于晶粒 的拉长的拉长2教育课资冷变形金属的组织与所观察

2、的试样截面冷变形金属的组织与所观察的试样截面有关：有关：冷轧钢板：冷轧钢板：纵向截面纵向截面 晶粒变形伸长最显著晶粒变形伸长最显著横向截面横向截面 晶粒变形伸长不及前者晶粒变形伸长不及前者板面板面 晶粒伸长变形不明显，不能晶粒伸长变形不明显，不能 反映板材的实际变形程度反映板材的实际变形程度3教育课资4教育课资 亚结构亚结构 随随，位错缠结，位错缠结形成胞状组织形成胞状组织 亚结构，使一个晶粒分割成许多位向差亚结构，使一个晶粒分割成许多位向差 很小的亚晶粒。很小的亚晶粒。 1 亚晶界亚晶界 = 位错墙位错墙 2 ，胞的数量，胞的数量，晶块的尺寸，晶块的尺寸， 位向差位向差 5教育课资16教育课

3、资 小角度晶界模型小角度晶界模型17教育课资 变形织构变形织构 原来紊乱的位向出现了有序化，具有严格的原来紊乱的位向出现了有序化，具有严格的 位向性。这个过程叫做位向性。这个过程叫做“择优取向择优取向”。 具有择优取向的晶体组织称为具有择优取向的晶体组织称为 “变形织构变形织构”。 8教育课资变形织构分为二类：变形织构分为二类： 丝织构丝织构 各晶粒的某一晶向都平行各晶粒的某一晶向都平行于拉伸轴方向。于拉伸轴方向。以此晶向表示丝织构以此晶向表示丝织构面心立方：面心立方：丝织构丝织构体心立方：体心立方：丝织构丝织构 9教育课资 板织构板织构 各晶粒的某一晶面平行于板面，某一晶向平行于各晶粒的某一

4、晶面平行于板面，某一晶向平行于 轧制方向轧制方向 。 板织构用晶面和晶向共同表示板织构用晶面和晶向共同表示 如如 (100)011板织构板织构 表示：表示： (100)平行轧面平行轧面 011平行轧向平行轧向10教育课资11教育课资 材料产生织构时，出现各向材料产生织构时，出现各向 异性。异性。 不利方面：不利方面： 冲压时易出现冲压时易出现“制耳效应制耳效应” 12教育课资有利方面：有利方面： 对于变压器用的硅钢片，为了提高磁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性，特地在最易磁化方向 形成织构。形成织构。又如六方晶体又如六方晶体 zn板板 使使 (0001)晶面平行轧面，此

5、方向不易变形晶面平行轧面，此方向不易变形 织构强化织构强化多做压力容器多做压力容器13教育课资二金属性能的变化二金属性能的变化机械性能的变化机械性能的变化 强度强度 （亚晶界（亚晶界，晶格畸变），晶格畸变） 塑性塑性 （晶内和晶间受到破坏，附加应力）（晶内和晶间受到破坏，附加应力） 各向异性各向异性 顺纤维方向的机械性能优于顺纤维方向的机械性能优于 垂直于纤维方向垂直于纤维方向14教育课资物理化学性质的变化物理化学性质的变化 密度密度 电阻电阻 导电性导电性 导热性导热性 引起磁性变化引起磁性变化 化学活性化学活性溶解性溶解性耐蚀性耐蚀性 15教育课资6.2 回复与再结晶回复与再结晶 变形以后

6、的金属在加热过程中可分为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、再结晶、晶粒长大三阶段。 回复：新晶粒产生以前回复：新晶粒产生以前 再结晶：产生新晶粒的过程再结晶：产生新晶粒的过程 晶粒长大：新晶粒的长大过程晶粒长大：新晶粒的长大过程16教育课资17教育课资一回复一回复定义定义 原子回到稳定的平衡位置的过程原子回到稳定的平衡位置的过程机理机理 低温回复低温回复 晶内变化主要是空位消失晶内变化主要是空位消失 消失途径：与间隙原子复合消失途径：与间隙原子复合 跑到晶界或表面跑到晶界或表面 与位错起作用与位错起作用 中温回复中温回复 一部分异号位错发生复合、对消一部分异

7、号位错发生复合、对消18教育课资 高温回复高温回复 形成多边化亚晶形成多边化亚晶多边化实质多边化实质：冷变形后，由于同号位：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，通过刃型位错的体，在加热时，通过刃型位错的攀移攀移和和滑移滑移，使同号位错沿滑移面法向排，使同号位错沿滑移面法向排列成小角度亚晶界的过程。列成小角度亚晶界的过程。 19教育课资位错为什么要从横向排位错为什么要从横向排列变成竖直排列？列变成竖直排列？20教育课资回复特点回复特点 消除大部分内应力，弹性应变基本消除消除大部分内应力，弹性应变基本消除 恢复部分物理化学性能恢复部分物

8、理化学性能 电阻率电阻率，耐蚀性，耐蚀性 机械性能变化不大机械性能变化不大 晶粒外形、位向不变晶粒外形、位向不变 晶间、晶内微裂纹未得以修复晶间、晶内微裂纹未得以修复 去应力退火去应力退火 121教育课资122教育课资 二再结晶二再结晶 定义定义 随加热温度升高，在形变金属的基体上出现随加热温度升高，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。晶粒所取代的过程。重结晶重结晶?23教育课资过程过程 形核形核 三种形核方式三种形核方式(a)亚晶粒合并形核亚晶粒合并形核(b)亚晶粒长大形核亚晶粒长大形核(c)凸出形核凸出形核

9、24教育课资 晶核长大晶核长大 当各个再结晶核心长大到互相接触时，就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形成了完全由大角度晶界所分界的无应变 的新晶粒组织。的新晶粒组织。25教育课资再结晶温度和再结晶时间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再结晶温度：开始再结晶的最低温度tr 测量测量tr的方法常用的有：的方法常用的有： 金相法金相法：显微镜中观察到第一个新晶粒：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或晶界因凸出形核而出现锯齿 状边缘的退火温度。状边缘的退火温度。26教育课资 硬度法硬度法：硬度退火温度曲线上硬度开始：硬

10、度退火温度曲线上硬度开始 显著降低的温度。显著降低的温度。 工业生产中通常以经过大变形量（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。）再结晶所需要的时间。27教育课资影响再结晶的主要因素影响再结晶的主要因素 金属本性金属本性 杂质杂质， tr ，d 如纯如纯al ，tr =90 99%al，tr =290 合金元素合金元素， tr ，d 低碳钢，低碳钢， tr 67

11、0 18-8不锈钢，不锈钢， tr 800 28教育课资 变形程度变形程度 ，tr d 关系，如图示关系，如图示29教育课资 保温时间保温时间 一定，保温时间越长，一定，保温时间越长， tr 原始晶粒度原始晶粒度 在其他条件相同的情况下，原始晶粒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，越细小，则变形抗力越大，贮存能越高， tr ，d30教育课资再结晶特点再结晶特点 内应力全部消除内应力全部消除 恢复了机械性能恢复了机械性能 强度强度、塑性、塑性 修复了显微裂纹修复了显微裂纹 使化学成分均匀使化学成分均匀 消除了各向异性消除了各向异性 131教育课资132教育课资三

12、晶粒长大三晶粒长大 正常长大（均匀长大）正常长大（均匀长大） 晶界能晶界能是晶粒长大的推动力。是晶粒长大的推动力。它有如下特点：它有如下特点： 晶粒长大是依靠晶界的移动，使大晶粒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。吞并小晶粒，并不是晶粒的合并。 33教育课资 晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力。晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力。34教育课资 长大过程中，三个晶粒的交角趋于长大过程中，三个晶粒的交角趋于120 稳定的二维晶粒呈六边形。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速度比再结晶速度要小得多 晶粒长大均匀晶粒长大均匀 ，平均，平均 尺寸

13、连续增大尺寸连续增大35教育课资 反常长大（二次再结晶）反常长大（二次再结晶）36教育课资 二次再结晶产生的条件如下：二次再结晶产生的条件如下： 微粒（杂质或第二相粒子）微粒（杂质或第二相粒子） 阻碍晶界移动阻碍晶界移动 再结晶织构再结晶织构 只在一定取向上易长大只在一定取向上易长大 晶粒间的位向差小晶粒间的位向差小 晶界迁移率小晶界迁移率小 表面有热蚀沟（板材高温长期加热形成）表面有热蚀沟（板材高温长期加热形成）37教育课资四再结晶织构四再结晶织构 冷变形后的金属在再结晶过程中所形成冷变形后的金属在再结晶过程中所形成 的织构的织构 金属在变形过程中所形成的变形织构，金属在变形过程中所形成的变

14、形织构， 再结晶后可出现三种情况：再结晶后可出现三种情况： 保持或加强原有织构保持或加强原有织构 形成新的织构形成新的织构 晶粒取向混乱晶粒取向混乱38教育课资五再结晶图五再结晶图 以图解的形式表示再结晶结束后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、再的平均晶粒尺寸与变形程度、再 结晶温度的关系。结晶温度的关系。第一类再结晶图：冷加工工艺第一类再结晶图：冷加工工艺 退火退火 t/d 静态静态第二类再结晶图：热加工工艺第二类再结晶图：热加工工艺 热加工热加工 t/d 动态动态39教育课资温度一定，温度一定， d 的关系的关系变形程度一定，变形程度一定， t/d的关系的关系 40教

15、育课资6.3 热加工变形时组织性能的变化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，属热加工：在再结晶温度以上进行的加工，属 于完全软化过程于完全软化过程一热加工的特点一热加工的特点 1.变形抗力小变形抗力小 能耗少能耗少 2.塑性升高塑性升高 产生断裂的倾向性减小产生断裂的倾向性减小 3.不易形成变形织构不易形成变形织构 4.性能均匀性较差性能均匀性较差 5.表面质量、尺寸精度较差表面质量、尺寸精度较差41教育课资 二金属组织性能的变化二金属组织性能的变化 1. 使组织致密使组织致密 2. 使晶粒细化使晶粒细化 3. 使夹杂物、第二相破碎使夹杂物、第二相破碎 4. 形成纤

16、维组织形成纤维组织 金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布，金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布， 形成金属流线。形成金属流线。 42教育课资 金属流线金属流线43教育课资这种纤维组织不能因再结晶而改变，仍处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。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。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。见表机械性能，尤其是塑性和韧性。见表3-2 44教育课资用热加工方法制造零

17、件时：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。应力或冲击力的方向相垂直。减弱纤维组织的方法：减弱纤维组织的方法： 提高材料的洁净度提高材料的洁净度 减少第二相的体积百分数减少第二相的体积百分数45教育课资5. 形成带状组织形成带状组织 不同结构的晶粒呈层状排列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，构成带状体有时沿轧向呈带状分布，构成带状组织。这种组织是由于组织。这种组织是由于枝晶偏析枝晶偏析

18、或或夹夹杂物杂物在压力加工过程中被拉长所造成。在压力加工过程中被拉长所造成。46教育课资 带状组织带状组织 47教育课资带状组织也会产生各向异性，但若不存在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。横向的塑性和冲击韧性明显下降。消除带状组织的方法：消除带状组织的方法： 正火处理正火处理 高温扩散退火（磷偏析引起）高温扩散退火（磷偏析引起）48教育课资6.4 温加工变形时组织性能的变化温加工变形时组织性能的变化 冷加工：强度冷加工：强度、塑性、塑性、表面质量、表面质量、 尺寸精度尺寸精度 热加工：强度热加工：强度、塑性、塑性、表面质量、表面