金属的塑性变形与再结晶

1、第八章 金属的塑性变形与再结晶一、概述（一）加工硬化现象 当金属与合金在外力作用下，应力超过弹性极限以后，将发生塑性形变，金属在塑性形变过程中，组织与性能也将发生变化。随着形变程度的增加，金属的强度、硬度提高而塑性下降，金属因塑性形变而导致强度和硬度的增加现象称为加工硬化。生产中常利用冷加工硬化现象来提高材料的强度、硬度达到增大零件承担负荷的能力。（二）金属经冷塑性形变后显微组织的变化1、金属塑性形变后，组织也将发生相应的变化。例如轧制使晶粒沿着形变方向被拉长，晶内出现滑移带；晶粒的变形程度随形变量的增大而增大，当变形量很大时，晶粒伸长呈“纤维状”。与此同时，组织中的第二相也将产生变化，硬的相

2、变碎，软的相形变等。2、塑性变形导致金属组织内部的亚结构细化。X射线结构分析表明：晶粒被碎化成许多位向略有不同（位向差一般不大于1度)的晶块，其大小约为10-310-6厘米，即在原来晶粒内出现了很多小晶块，这种组织称为亚结构。3、金属塑性形变时，由于各部分形变的不均匀性(如表面与心部的形变量不同）而形成的内应力称为宏观内应力，或称笫一种内应力。晶粒之间或晶内不同区域之间的变形不均形成的应力称为微观内应力，亦称第二类内应力。而因位错等晶格缺陷引起晶格畸变叫做晶格畸变应力，亦称第三类内应力。4、当金属的塑性形变量很大时，在形变过程中晶体将产生转动和旋转，使各晶粒的某一晶向都不同程度地转向与外力相近

3、的方向，这样便使原来晶向不同的晶粒取向逐渐一致，使其具有择优取向组织称为形变织构。(三)塑性变形的基本方式 晶体在切应力作用下，才产生塑性变形。塑性变形主要以滑移和孪生的方式进行。滑移是晶体的一部分，沿着一定的晶面和晶向发生，即沿着那些原子排列最密的晶面和方向。把一个滑移面和其上一个滑移方向称为滑移系。滑移系愈多，金属发生滑移的可能性愈大，金属的塑性愈好，滑移方向的作用更大。因此，面心立方晶格的金属如铝，铜等的塑性要比体心立方晶格的铁为好。而具有密排六方晶格的镁与锌，因滑移系只有3个，其塑性较立方晶格的金属差。(四)冷塑性形变的金属加热后组织与性能的变化 由于塑性形变，使晶格畸变增大（位错密度

4、增加，亚结构细化)，因而冷形变金属的内能升高而处于不稳定状态，有向较稳定状态转化的自发趋势。当进行退火加热时，原子具有一定的扩散能力，就会产生一系列组织与性能的变化。这个变化过程大致可分成三个阶段即回复再结晶及晶粒长大(聚集再结晶)过程。 回复： 当加热温度较(再结晶温度)低时，通过原子作短距离的扩散，使某些晶内缺陷相互抵消而使缺陷数量减少，使晶格畸变程度减轻，金属显微组织无明显变化，故金属的强度，硬度和塑性等机械性能变化不大，而只会使内应力及电阻等显著降低。因此，形变金属低温退火的主要目的是消除内应力。 再结晶 当冷变形金属加热到某一温度，由于原子的活动能力增大，组织和性能将发生剧烈变化，完

5、全恢复到形变前的情况；从显微组织看， 形变组织完全消失，代之的是新的更细小的等轴晶粒，其硬度、强度下降而塑性提高。把在这一温度下组织和性能发生剧烈变化的现象称做再结晶。 能够发生再结晶的最低温度称为再结晶温度。一般以金属或合金经大的(形变量大干70)塑性形变后，在某一温度保温一小时，能够进行完全再结晶的温度为这一合金的再结晶温度。晶粒长大（也称聚集再结晶) 冷形变金属在再结晶之后，当继续在更高温度加热时，晶粒就会长大，这种晶粒长大现象称为聚集再结晶。(五)影响再结晶温度的因素l、形变程度的影响 ， 冷形变程度愈大，畸变愈严重，畸变能愈高，合金就愈不稳定。因此，再结晶温度愈低。 实验结果表明：各

6、种工业纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在下列关系： T再(O.35O.40)T熔2、金属的纯度 金属中的微量杂质或合金元素，特别是那些高熔点的元素，常会阻碍原子扩散或晶界迁移，故金属纯度的降低常可显著提高其再结晶温度。3、退火加热速度和时闻 因为再结晶过程需要有一定时间才能完成，故加热速度的增加便会便再结晶推迟到较高温度才发生。退火加热时保温时问越长，原子扩散移动越能充分进行，再结晶温度便越低，即可使再结晶过程在较低温度下完成。 (六)影响再结晶后晶粒度的因素l、形变程度的影响 金属材料再结晶退火后的晶粒大小与形变程度之间的关系如图所示，由图可见，形变量很小时，由于畸变能很小，不足以引起再

7、结晶，所以，晶粒尺寸大小不变，当形变量增大到一定值2l0范围内时，再结晶后的晶粒度比较粗大，因为在此情况，金属中仅有部分晶粒发生形变，形变极不均匀，再结晶时的形核数目很少，再结晶后的晶粒度很不均匀，晶粒极易相互吞并长大。这个形变度称为“临界形变度”，生产中应尽量避免这一范围的加工形变，以避免形成粗大晶粒而降低性能。当形变大于临界度之后，随着形变度的增加，形变越趋均匀，再结晶时的形核率便愈大，再结晶后的晶粒度便会愈细愈均匀。 当形变量很大时（一般>90)，经过再结晶退火后晶粒又变粗大，一般认为，这是与金属中的伪织构有关。2、退火加热温度的影响 提高退火温度不仅使再结晶后的晶粒长大，而且还影

8、响临界变形度的应变值，退火温度愈高，临界形变度愈小。再结晶后的晶粒愈大。二、实验目的1. 了解金属经冷变形后，变形度对硬度和显微组织的影响。2. 了解退火温度对金属再结晶后组织和性能的影响。3. 了解变形度对金属再结晶后晶粒大小的影响。三、实验内容l、观察工业纯铁经不同程度的形变及不同再结晶温度退火后的显徽组织。2、观察纯铝试样抛光表面经拉伸后的滑移带。3、测定工业纯铝的形变度与再结晶后的晶粒尺寸的关系曲线。四、实验步骤1、每人取纯AL试样一片，尺寸觅图l26。在试样上用字头打上编号，然后将试片工作部分(100毫米)对应简易拉伸机钳口安装好，并进行拉伸 图l 25 纯铝试样 2、将形变后的试样集中，一起放入500的炉中进行再结晶退火，保温30分钟然后空冷。3、退火后的试样用王水(盐酸：硝酸31)腐蚀，腐蚀时间以晶粒清晰可见为准，然后用清水冲洗，最后用热水冲洗并干燥。4、测量晶粒尺寸，测量出l平方厘米内行晶粒数，并填入表内。5、用全组数据给出形交量与再结晶后晶粒尺寸的关系曲线。表l 22试样编号及形变量 试样编号l234567891011 形变量22