第6章+金属的塑性变形与再结晶

1、机械工程材料机械工程材料大连海洋大学精品课程大连海洋大学精品课程大连理工大学经济系0501班 姜珊2目录目录第第4 4篇篇 材料的应用材料的应用第第3 3篇篇 常用机械工程材料常用机械工程材料第第2 2篇篇 金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制第第1 1篇篇 金属材料的结构与性能金属材料的结构与性能大连理工大学经济系0501班 姜珊3第第2 2篇篇 金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制第第4 4章章 二元合金相图二元合金相图3 第第8 8章章 钢的合金化钢的合金化3 3 第第5 5章章 铁铁- -碳合金相图碳合金相图3 第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变

2、形与再结晶3第第7 7章章 钢的热处理钢的热处理3第第3 3章章 金属的结晶与同素异构转变金属的结晶与同素异构转变大连理工大学经济系0501班 姜珊46.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶晶体只有在晶体只有在切应力切应力作用下才会发生塑性作用下才会发生塑性变形。变形。塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。滑移和孪生。外力在晶面上的分外力在晶面上的分解解切应力作用下的变切应力作用下的变形形锌单晶的拉伸照片锌单晶的拉伸照片大连理工大学经济系0501班 姜珊56.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-

3、滑移滑移第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。 滑移是指晶体的一部滑移是指晶体的一部分沿分沿一定的一定的晶面和晶向晶面和晶向相对于相对于另一部分另一部分发生滑发生滑动位移的现象。动位移的现象。大连理工大学经济系0501班 姜珊66.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 滑移只能在切应力的作用下发生。滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力。产生滑移的最小切应力称临界切应力。 大连理工大学经济系0

4、501班 姜珊76.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（2 2） 滑移线与滑移带滑移线与滑移带 滑移是由于晶体内部的相对移动而产生的，所以滑移不引起晶滑移是由于晶体内部的相对移动而产生的，所以滑移不引起晶体结构的变化，即体结构的变化，即滑移前后晶体结构相同滑移前后晶体结构相同。 大连理工大学经济系0501班 姜珊86.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（3 3） 滑移系滑移系 滑移常沿晶体中滑移常

5、沿晶体中原子密度原子密度最大最大的晶面和晶向发生。的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。需切应力最小。大连理工大学经济系0501班 姜珊96.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（3 3） 滑移系滑移系 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。大连理工大学经济系0501班 姜珊106.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单

6、晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（4 4） 滑移时晶体的转动滑移时晶体的转动 当晶体受拉伸产生滑移时，当晶体受拉伸产生滑移时，如果不受夹头的限制，则拉如果不受夹头的限制，则拉伸轴线将要逐渐发生偏转。伸轴线将要逐渐发生偏转。大连理工大学经济系0501班 姜珊116.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（4 4） 滑移时晶体的转动滑移时晶体的转动 但事实上由于夹头的限但事实上由于夹头的限制作用，拉伸轴线的方制作用，拉伸轴线的方向不能改变，

7、这样就必向不能改变，这样就必然使晶体表面作相应地然使晶体表面作相应地转动。转动。大连理工大学经济系0501班 姜珊126.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（5 5） 滑移的机理滑移的机理把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值比实际测量临界切应力值大测量临界切应力值大3-43-4个数量级。滑移是通过滑移面上个数量级。滑移是通过滑移面上位错位错的运动来实现的。的运动来实现的。多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行大连理工大学经济系0501班

8、姜珊136.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（5 5） 滑移的机理滑移的机理只在位错中心的少数原子发生移动，移动距离远小于一个原只在位错中心的少数原子发生移动，移动距离远小于一个原子间距，所需临界切应力小，这种现象称作子间距，所需临界切应力小，这种现象称作位错的易动性。位错的易动性。大连理工大学经济系0501班 姜珊146.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-滑移的特点滑移的特点第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶（5 5） 滑移的机理滑移的机理晶体通

9、过位错移动而产生滑移时，并不需要整个滑移面上全部的晶体通过位错移动而产生滑移时，并不需要整个滑移面上全部的原子同时的移动，只需原子同时的移动，只需位错中心附近位错中心附近极少量的原子极少量的原子作作微量微量的位移的位移即可，所以实际滑移所需的临界切应力远远小于刚性滑移。即可，所以实际滑移所需的临界切应力远远小于刚性滑移。 大连理工大学经济系0501班 姜珊156.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-孪生孪生第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的发生的切变切变。大

10、连理工大学经济系0501班 姜珊166.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-孪生孪生第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面。生面。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。大连理工大学经济系0501班 姜珊176.1.1 6.1.1 单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形-孪生和滑移的区别孪生和滑移的区别第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶孪生所需的临界切应力要孪生所需的临界切应力要比滑移时大

11、比滑移时大得多。得多。孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面平行的每一层原孪生是一种均匀切变，即切变区内与孪晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。相对相对位移量小于一个原子间距。位移量小于一个原子间距。晶体变形部分（孪晶带）的晶体变形部分（孪晶带）的位向发生变化位向发生变化。所需所需切应力比滑移大得多切应力比滑移大得多, , 变形速度极快变形速度极快, , 接近声速。接近声速。孪生能引起晶体位向的改变，孪生能引起晶体位向的改变，有利于滑移发生有利于滑移发生。大连理工大学经济系0501班 姜珊186.1.2 6.1.

12、2 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形-晶界和晶粒位向的影响晶界和晶粒位向的影响第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶晶界是相邻晶粒的过渡层，原子排列晶界是相邻晶粒的过渡层，原子排列杂乱，晶格严重畸变，杂质原子和各杂乱，晶格严重畸变，杂质原子和各种缺陷在此比较集中种缺陷在此比较集中( (增大了晶格畸变增大了晶格畸变) )；滑移时位错运动的阻力滑移时位错运动的阻力( (即塑性变形即塑性变形抗力抗力) )增大，晶界增大了变形抗力，提增大，晶界增大了变形抗力，提高了金属强度。高了金属强度。细晶强化细晶强化材料强韧化材料强韧化大连理工大学经济系0501班 姜珊196.1.2 6.1

13、.2 多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形-多晶体塑性变形过程多晶体塑性变形过程第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于多晶体中首先发生滑移的是滑移系与外力夹角等于或接近于4545的晶粒。的晶粒。当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动当塞积位错前端的应力达到一定程度，加上相邻晶粒的转动，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而，使相邻晶粒中原来处于不利位向滑移系上的位错开动，从而使滑移使滑移由一批晶粒传递到另一批晶粒由一批晶粒传递到另一批晶粒。当有大量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。当有大

14、量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显的塑性变形。 软位向软位向硬位向硬位向大连理工大学经济系0501班 姜珊206.2.1 6.2.1 冷塑性变形对金属组织结构的影响冷塑性变形对金属组织结构的影响第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶晶粒形貌变化晶粒形貌变化晶内结构的变化晶内结构的变化形变织构的产生形变织构的产生形变量增加形变量增加 晶粒被拉长晶粒被拉长塑性夹杂物成为细带状塑性夹杂物成为细带状 晶界模糊晶界模糊 纤维组织纤维组织 滑移滑移 滑移带滑移带 亚结构细化亚结构细化 位错位错 增加塑性变形抗力增加塑性变形抗力变形量达到一定值变形量达到一定值(70(709090以上以

15、上) )时，金属中的每个晶粒的时，金属中的每个晶粒的位向都趋于大体一致位向都趋于大体一致大连理工大学经济系0501班 姜珊216.2.2 6.2.2 塑性变形对金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶组织上的变化引起性能上的变化组织上的变化引起性能上的变化纵向的强度、塑性纵向的强度、塑性 横向横向纤维组织的形成纤维组织的形成强度强度 硬度硬度 提高提高塑性塑性 韧性韧性 下降下降晶粒破碎晶粒破碎位错密度增加位错密度增加加工硬化加工硬化无织构无织构有织构有织构制耳制耳大连理工大学经济系0501班 姜珊226.2.2 6.2.2 塑性变形对

16、金属性能的影响塑性变形对金属性能的影响第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶内应力是指平衡于金属内部的应力。内应力是指平衡于金属内部的应力。金属受力金属受力内部变形不均匀内部变形不均匀而引起的。而引起的。塑性变形时塑性变形时, ,外力所做功只有外力所做功只有10%10%转化为内应力残留于金属中。转化为内应力残留于金属中。内应力分为三类：内应力分为三类：第一类内应力平衡于表面与心部之间第一类内应力平衡于表面与心部之间 ( (宏观内应力宏观内应力) )。第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间, , ( (微观内应力微观内应

17、力) )。第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力( (点阵畸变点阵畸变) ) 。 大连理工大学经济系0501班 姜珊23回复与再结晶回复与再结晶 第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶金属经冷变形后金属经冷变形后, , 组织处于组织处于不稳定状态不稳定状态, , 有有自发自发恢复到稳定状恢复到稳定状态的倾向。态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小但在常温下，原子扩散能力小, ,不稳定状态可长时间维持。不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和回复、再结晶和晶粒长

18、大。晶粒长大。 大连理工大学经济系0501班 姜珊246.3.1 6.3.1 回复回复第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶回复是指在回复是指在加热温度较低加热温度较低时，由于金属中的点缺陷时，由于金属中的点缺陷及位错及位错近距离迁移近距离迁移而引起的晶内某些变化。而引起的晶内某些变化。空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相空位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而使遇合并而使缺陷数量减少缺陷数量减少等。等。金属组织变化不明显，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但内应力、电阻率等显著下降性略有提高，但内应力、电

19、阻率等显著下降。利用回复现象利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火去应力退火。大连理工大学经济系0501班 姜珊256.3.2 6.3.2 再结晶再结晶第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶冷变形金属加热到一定温冷变形金属加热到一定温度时，通过形成度时，通过形成新的等轴新的等轴晶晶并逐步取代变形晶粒的并逐步取代变形晶粒的过程。过程。原变形晶粒全部消失，再原变形晶粒全部消失，再结晶过程就结束。结晶过程就结束。铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热大

20、连理工大学经济系0501班 姜珊266.3.2 6.3.2 再结晶再结晶第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶再结晶是一种形核和长大再结晶是一种形核和长大过程。过程。再结晶的驱动力是变形金再结晶的驱动力是变形金属经回复后属经回复后未被释放的储未被释放的储存能存能（相当于变形总储能（相当于变形总储能的的9090）。）。通过再结晶退火可以通过再结晶退火可以消除消除冷加工冷加工的影响，的影响，冷冷变变形形黄黄铜铜组组织织性性能能随随温温度度的的变变化化 大连理工大学经济系0501班 姜珊276.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-再结晶温度再结晶温度第第6 6章章 金属的塑性变形

21、与再结晶金属的塑性变形与再结晶工业上所说的再结晶温度是指工业上所说的再结晶温度是指-经较大冷变形量（经较大冷变形量（70%70%）的金属，在）的金属，在1 1小时小时完成再结完成再结晶体积分数晶体积分数95%95%所对应的温度。所对应的温度。TR =(0.35-0.45) TmTR -再结晶温度Tm -熔点大连理工大学经济系0501班 姜珊286.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-影响再结晶温度因素影响再结晶温度因素第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶变形程度变形程度原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸微量溶质原子微量溶质原子第二相颗粒第二相颗粒变形程度越大变形程度越大 驱动力越大

22、驱动力越大 温度降低温度降低 速度越快速度越快 变形量达到一定程度，再结晶温度基本不变了变形量达到一定程度，再结晶温度基本不变了晶粒越小晶粒越小 晶界较多晶界较多 变形抗力越大变形抗力越大 储存能越高储存能越高 再结晶温度越低再结晶温度越低提高再结晶温度提高再结晶温度 在位错和晶界附近偏据在位错和晶界附近偏据 不利于再结晶过程不利于再结晶过程颗粒大颗粒大 位错环位错环 促进再结晶促进再结晶 降低再结晶温度降低再结晶温度颗粒小颗粒小 阻碍位错运动和晶界迁移阻碍位错运动和晶界迁移 阻碍再结晶阻碍再结晶 提高再结晶温度提高再结晶温度大连理工大学经济系0501班 姜珊296.3.2 6.3.2 再结晶

23、再结晶-影响再结晶温度因素影响再结晶温度因素第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶第二相颗粒第二相颗粒颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒大颗粒大 位错环位错环 第二相颗粒周围畸变严重第二相颗粒周围畸变严重大连理工大学经济系0501班 姜珊306.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶晶粒的长大是通过晶粒的长大是通过晶界迁移晶界迁移进行的；进行的；是大晶粒是大晶粒吞并吞并小晶粒的过程；小晶粒的过程；晶界移动的驱动力来自晶界移动的驱动力来自总的界面能总的界面能的的降低降低

24、。正常晶粒长大正常晶粒长大异常晶粒长大（二次再结晶）异常晶粒长大（二次再结晶）大连理工大学经济系0501班 姜珊316.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶正常晶粒长大正常晶粒长大晶界迁移的过程晶界迁移的过程驱动力是界面能的降低驱动力是界面能的降低晶面是向着曲率中心的方向移动晶面是向着曲率中心的方向移动箭头为晶界移动方向箭头为晶界移动方向 大连理工大学经济系0501班 姜珊326.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形

25、与再结晶影响晶界迁移的因素影响晶界迁移的因素温度温度分散相粒子分散相粒子杂质与合金元素杂质与合金元素晶粒相位差晶粒相位差温度高温度高 晶界容易迁移晶界容易迁移 晶粒容易粗化晶粒容易粗化越细小越细小 数量越多数量越多 阻碍晶粒长大能力越强阻碍晶粒长大能力越强渗入基体后阻碍晶界移动渗入基体后阻碍晶界移动 晶界能下降晶界能下降 使晶界不易移动使晶界不易移动小角度晶界小角度晶界 晶界能低晶界能低 驱动力小驱动力小 移动速度低移动速度低 反之反之 移动性高移动性高大连理工大学经济系0501班 姜珊336.3.2 6.3.2 再结晶再结晶-再结晶后的晶粒长大再结晶后的晶粒长大第第6 6章章 金属的塑性变形

26、与再结晶金属的塑性变形与再结晶异常晶粒长大（二次再结晶）异常晶粒长大（二次再结晶）再结晶完成后，继续加热至超过某一温度再结晶完成后，继续加热至超过某一温度少量晶粒突然长大，尺寸可能达到几厘米少量晶粒突然长大，尺寸可能达到几厘米其他晶粒仍细小其他晶粒仍细小小晶粒被大晶粒吞并小晶粒被大晶粒吞并正常再结晶正常再结晶晶粒长大晶粒长大二次再结晶二次再结晶大连理工大学经济系0501班 姜珊34冷、热加工界限的划分冷、热加工界限的划分-再结晶温度再结晶温度第第6 6章章 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶低于再结晶温度的加工称为低于再结晶温度的加工称为冷加工；冷加工；高于再结晶温度的加工称为高于再结晶温度的加工称为热加工热加工。热加工的作用：热加工的作用： 改善铸态组织，减少缺陷；改善铸态组织，减少缺陷； 热变形焊