第二章塑性变形与再结晶

1、第二章第二章 塑性变形与再结晶塑性变形与再结晶 本章重点 1. 金属的变形及其本质。 2. 金属在塑性变形时组织和性能的变化。 3. 金属再结晶时组织和性能的变化。 一般要求 1. 有关滑移的机理。加工硬化、细晶强化的概念。 2. 热加工对金属组织和性能的影响。 2-1 金属的力学性能金属的力学性能 2-2 金属的塑性变形金属的塑性变形一、单晶体的滑移单晶体的滑移单晶体的滑移 在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面滑移面）的一定方向（滑移方向滑移方向）发生相对的滑动。 拉伸 时，45方向的滑移面上的外力P分解为正应力和切应力 。 正应力 使晶格发生 弹性伸长弹性伸长

2、或 断裂断裂： 较小时， 或 伸长量或 ， 0，变形恢复； 原子间结合力时，拉断。 切应力 使晶格发生 弹性歪扭弹性歪扭 或 塑性变形塑性变形： 临界切应力c 时， 变形量， 0 ，变形恢复； c 时，发生滑移，产生永久塑性变形。 滑移的实现 借助于位错运动 刚性滑移模型计算出的 临界切应力值 实测值 位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面 一个原子间距的滑移台阶 塑性变形 滑移线（晶体表面的滑移台阶） 滑移带（大量滑移线） 滑移系 滑移面和该面上的一个滑移方向 滑移系数目和滑移方向 材料塑性； FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）

3、Fe（BCC）Zn（HCP）。滑移时晶体的转动 孪生变形二、多晶体的塑性变形 1影响多晶体塑性变形的因素影响多晶体塑性变形的因素 晶粒位向 晶粒位向不同，滑移时相互制约、阻碍，使形抗力增加。 晶界 晶界原子排列较不规则，缺陷多 滑移阻力大，变形抗力大。 协调变形 晶界自身变形，使不同变形量的相邻晶粒保持连续。 2多晶体的塑性变形过程多晶体的塑性变形过程 加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，那些受最大分切应力位向的晶粒处于 软位向软位向 。 分批，逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到均匀变形 2-2 塑性变形对金属组织和塑性变形对金属组织和性能

4、的影响性能的影响 1纤维组织纤维组织 2加工硬化加工硬化3织构的产生织构的产生4残余内应力残余内应力1纤维组织纤维组织 晶粒拉长，纤维组织 各同异性 （图a）表示的是具有等轴晶粒的纯铁 ，经过变形后晶粒都被拉长（图b）。(a)等轴晶（b）变形后3织构织构 （ 择优取向）择优取向） 晶粒的排列取向经变形后由随机分布变成了按某个方向的择优排列，这种晶体的择优取向称之为织构。 织构使各种性能出现各向异性各向异性。2加工硬化（形变硬化、冷作硬化）加工硬化（形变硬化、冷作硬化） 加工硬化 金属在冷态下进行塑性变形时，随着变形度的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性下降。 加工硬化的原因 一般没有变形的金属

5、的位错密度为103-105/cm2 ，而经过塑性变形后，位错密度可达108-1012/cm2。位错密度对使位错运动的临界切应力有很大影响，位错密度越高，所需临界应力越大。因此对于形变硬化的微观机理我们可以这样来理解：产生金属变形主要是通过原有位错的运动，在运动过程中会有许多附加位错产生，位错之间要发生相互作用，使得任一个给定位错的运动都受到其他位错的阻碍，因此强度提高了。 塑性变形 位错运动 位错密度 位错相互作用 位错运动阻力加大 变形抗力 强度、硬度、塑性、韧性 4残余内应力残余内应力 平衡于金属内部的应力，由金属内部不均匀变形引起。 第一类内应力 宏观内应力，表面和心部塑性变形不均。 第

6、二类内应力 微观内应力，晶粒间或晶内不同区域变形不均。 第三类内应力 晶格缺陷引起的畸变应力，形变强化的主要原因。 残余内应力的危害 引起零件加工过程变形、开裂。 降低耐蚀性 残余内应力的消除或降低 去应力退火去应力退火回复与再结晶回复与再结晶变形金属在不同加热温度时晶粒大小和性能变化的示意图 2-3回复与再结晶回复与再结晶一、回复 低温（去应力）退火 加热 物理、化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低。二、再结晶 再结晶 新的形核、长大过程，生成新的等轴晶粒，晶格类型不变。 加工硬化消除 强度、硬度大大下降，塑性、韧性回升。 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺 再结晶温度 冷变形

7、金属发生再结晶的最低稳定温度 纯金属 TR = 0.4 Tm ( K ) 合金： TR = （0.5 0.7 ）Tm ( K ) 影响再结晶温度的因素 金属预先变形程度 -TR Tm -TR 金属纯度一般合金比纯金属的再结晶温度高 加热速度TR ；加热时间 TR 金属的变形度与再结晶温度的关系 影响再结晶晶粒度的因素 加热温度 T和 加热时间 t 晶粒直径 D（晶界迁移、长大） 预变形度（变形 较均匀） 晶粒直径 D 退火温度与再结晶晶粒的关系变形度与再结晶后晶粒大小的关系三、晶粒长大晶粒长大实质上是一个晶界位移过程，进而实现晶粒的合并 2-4 金属的热加工金属的热加工 一、热加工的概念一、热加工的概念 在在 TR 以上温度进行的变形加工，无以上温度进行的变形加工，无加工硬化。加工硬化。 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 消除枝晶偏析，打碎柱状晶消除枝晶偏析，打碎柱状晶 ，树枝晶，形成等轴晶，机，树枝晶，形成等轴晶，机械性能改善。械性