金属塑性成形原理第一次课

金属塑性成形原理

主讲：倪成员衢州学院机械工程学院绪论

§1金属塑性成形

§2金属塑性成形方法

§3

塑性加工理论的发展概况

§4

本课程的任务

§5

金属材料加工的主要方向金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。§1

金属塑性成形1.塑性成形钢、铝、铜、钛等及其合金。2.适用范围1、航空航天2、武器装备3、交通运输4、建筑5、家用电器§2.主要成形方法(1)轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。举例：汽车车身板、烟箔等；其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。2.主要加工方法(2)挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。举例：管、棒、型；其它：异型截面。正挤反挤2.主要加工方法卧式挤压机2.主要加工方法(4)锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形

A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工我国自行研制的万吨级水压机2.主要加工方法

B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲击力或压力而产生塑性变形的加工。举例：飞机大梁，火箭捆挷环等万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环2.主要加工方法(5)冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。2.特点(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、性能好)；a.细化晶粒；b.消除微观缺陷。(2)不产生切削，金属利用率高；(3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产；(4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。金属塑性加工力学：连续介质力学＋晶体力学塑性变形材料学:1）塑性变形组织控制

2）织构控制塑性加工摩擦学：干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、混合摩擦＋润滑剂§3

塑性加工理论的发展概况是随塑性力学(塑性理论)在金属塑性加工中的应用而发展起来的一个分支。1.金属塑性加工力学(力学冶金)

1864年Tresca首次提出最大剪切屈服准则；

1925年Karman将塑性力学应用于塑性加工；

Sachs和Siebel提出工程法(主应力法)；

20世纪中期建立滑移线法研究平面变形；

20世纪50年代发展变形功平衡法；现代，塑性有限元法。2.金属塑性加工材料学运用物理冶金原理研究塑性变形过程中金属的组织演变及性能变化的规律。运用位错理论解释金属塑性变形过程，如滑移、机械孪生、加工硬化、裂纹形成、扩展和断裂。胞状结构、剪切带、过渡带、形变带以及晶粒取向演变与分布。25m(c)ND//[001]用电子背散射衍射（EBSD）技术获得的微取向分布上图3.塑性加工摩擦学机械摩擦理论：阿芒顿－库仑定律；粘着摩擦理论：1、F.P.鲍－D.泰伯焊合摩擦理论2、И.B克拉盖尔斯基理论磨损润滑塑性加工过程中接触表面间的相对运动引起摩擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。§4

本课程的任务金属塑性成形原理这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成形制备、性能表征与评价以及应用方面的重要专业基础知识学习塑性力学的基础知识，掌握应力应变分析、塑性变形物性方程等变形力学知识，为塑性加工过程中变形体的应力、应变分析及变形力与功的计算奠定力学基础。§4

本课程的任务学习金属塑性变形的物理冶金知识，掌握塑性变形时金属流动和变形不均匀分布规律，分析影响金属塑性流动和变形不均匀的影响因素、金属塑性变形的微观机理和组织性能变化规律，为确定塑性加工的温度、速度等条件，获得最佳塑性状态和制品组织性能奠定材料学基础。§4

本课程的任务学习塑性加工过程中摩擦与润滑的基本知识，掌握摩擦基本的特点与规律；摩擦对塑性加工过程的影响与作用；塑性加工工艺润滑的基本理论，为合理选择润滑剂及润滑工艺奠定物理化学基础。§5

金属材料加工的主要方向常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效化连铸连轧

发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制热连轧，冷连轧

材料设计、制备与成形加工一体化整体构件

§5

金属材料加工的主要方向开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新制品快速冷凝、喷射沉积发展计算机数值模拟、仿真模拟及神经网络技术，构筑完善的材料数据库。材料的智能制备与成形加工技术。

金属塑性变形的材料学基础

几个基本概念弹性、塑性变形的力学特征弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。塑性(Plasticity)：固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力

屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程几个基本概念弹性、塑性变形的力学特征变形方式弹性变形塑性变形可逆性可逆不可逆-关系线性非线性与加载路径的关系无关有关对组织和性能的影响无影响影响大变形机理原子间距的变化位错运动为主弹塑性共存整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变形的发生必先经历弹性变形。塑性变形对金属的组织和性能影响金属冷变形时可以产生加工硬化（强度、硬度增加，塑性降低）。金属塑性变形时，可以使晶粒得到细化（冷变形使晶粒破碎，热变形使晶粒动态再结晶）塑性变形可以使位错密度增加。金属塑性变形时，可以产生变形织构。第2章金属的塑性

§1金属的塑性§2金属多晶体塑性变形的主要机制§3影响金属塑性的因素§4金属的超塑性§1金属的塑性1.1塑性的基本概念1.2塑性指标及其测量方法1.3塑性状态图及其应用

1.1塑性的基本概念什么是塑性？塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性与柔软性的区别是什么？塑性反映材料产生永久变形的能力。柔软性反映材料抵抗变形的能力。

为什么要研究金属的塑性？探索塑性变化规律寻求改善塑性途径选择合理加工方法确定最佳工艺制度提高产品质量1.塑性指标概念：金属在破坏前产生的最大变形程度，即极限变形量。表示方法：断面收缩率延伸率冲击韧性最大压缩率扭转角（或扭转数）弯曲次数2.塑性指标的测量方法拉伸试验法压缩试验法扭转试验法轧制模拟试验法拉伸试验法式中：L0——拉伸试样原始标距长度；

Lh——拉伸试样破断后标距间的长度；

F0——拉伸试样原始断面积；

Fh——拉伸试样破断处的断面积压缩试验法

简单加载条件下，压缩试验法测定的塑性指标用下式确定：

式中：

——压下率；

H0——试样原始高度；

Hh——试样压缩后，在侧表面出现第一条裂纹时的高度扭转试验法对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，可将扭转数换作为剪切变形（γ

）。式中：R——试样工作段的半径；

L0——试样工作段的长度；

n——试样破坏前的总转数。

轧制模拟试验法在平辊间轧制楔形试件，用偏心轧辊轧制矩形试样，找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压下量作为轧制过程的塑性指标。

金属变形的全过程弹性变形均匀塑性变形不均匀塑性变形断裂各阶段变形的特点弹塑性共存定律弹塑性共存定律的意义

1.2塑性状态图及其应用概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形，简称塑性图。应用：合理选择加工方法制定冷热变形工艺确定MB5合金加工工艺规程的原则和方法根据产品确定加工方式（慢速、快速等）根据相图确定合金的相组成根据塑性图确定热变形温度范围确定MB5镁合金热加工工艺步骤根据产品确定加工方式（慢速、快速等）根据相图确定合金的相组成根据塑性图确定热变形温度范围根据力学性能要求确立MB5主要成分为：

Al5.5~7.0%Mn0.15~0.5%Zn0.5~1.5%.温度℃

T＞530℃，为液相＜270℃，为＋两相组织270℃＜T＜530℃，为单一的相根据塑性图进一步确定热变形温度范围

从塑性图上获取的信息慢速加工，温度为350~400℃时,φ值和εM都有最大值，不论轧制或挤压，都可在此温度范围内以较慢的速度加工。锻锤下加工，在350℃左右有突变，变形温度应选择在400~450℃。工件形状比较复杂，变形时易发生应力集中，应根据αK曲线来判定。从图中可知，在相变点270℃附近突然降低，因此，锻造或冲压时的工作温度应在250℃以下进行为佳。§2金属多晶体塑性变形的主要机制2.1多晶体变形的特点2.2多晶体的塑性变形机构2.3合金的塑性变形2.4变形机构图2.1多晶体变形的特点1．变形不均匀2．晶界的作用及晶粒大小的影响

2.2多晶体的塑性变形机构1．晶粒的转动与移动

2．溶解——沉积机构该机构的实质是一相晶体的原子迅速而飞跃式的转到另一相的晶体中去。保证两相有较大的相互溶解度外，还必须具备下列条件:

（1）随着温度的变化或原有相晶体表面大小及曲率的变化，伴随有最大的溶解度改变。（2）变形时，应具备足够高的温度条件。3．非晶机构非晶机构是指在一定的变形温度和速度条件下，多晶体中的原子非同步的连续的在应力场和热激活的作用下，发生定向迁移的过程。2.3合金的塑性变形

1．单相固溶体合金的变形2．多相合金的变形单相固溶体合金的变形单相固溶体的显微组织与纯金属相似，因而其变形情况也与之类同，但是在固溶体中由于溶质原子的存在，使其对塑性变形的抗力增加。固溶体的强度、硬度一般都比其溶剂金属高，而塑性、韧性则有所降低，并具有较大的加工硬化率。多相合金的变形

多相合金中的第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，其塑性变形不仅和基体相的性质，而且和第二相（或更多相）的性质及存在状态有关。如第二相本身的强度、塑性、应变硬化性质、尺寸大小、形状、数量、分布状态、两相间的晶体学匹配、界面能、界面结合情况等等。（1）聚合型两相合金的塑性变形合金中第二相粒子的尺寸与基体晶粒的尺寸如属同一数量级，就称为聚合型两相合金。在聚合型两相合金中，如果两个相都具有塑性，则合金的变形情况决定于两相的体积分数。即：（2）弥散分布型两相合金的塑性变形两相合金中，如果第二相粒子十分细小，并且弥散地分布在基体晶粒内，则称为弥散分布型两相合金。在这种情况下，第二相质点可能使合金的强度显著提高而对塑性和韧性的不利影响可减至最小程度。第二相以细小质点的形态存在而合金显著强化的现象称弥散强化。

2.4变形机构图§3影响金属塑性的因素3.1影响塑性的内部因素3.2影响金属塑性的外部因素3.3提高金属塑性的主要途径3.1影响塑性的内部因素1．化学成分

（1）杂质（2）合金元素对塑性的影响2．组织结构

包括组元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。3.1影响塑性的内部因素图5-13说明Mg-Al-Zn系变形镁合金中的铝、锌含量对塑性和强度有影响。由图5-13a可知，随铝含量的增加，合金的塑性指标（）逐渐降低，当铝含量超过12%时值几乎降低到零，而图5-13b表明，当含约5%以下的锌时，却能使合金的塑性得到改善。

3.2影响金属塑性的外部因素1.变形温度金属的塑性可能因为温度的升高明而得到改善。2.变形速度变形速度对塑性的影响比较复杂。当变形速度不大时，随变形速度的提高塑性是降低的；而当变形速度较大时，塑性随变形速度的提高反而变好。塑性变形速度，1/秒ⅠⅡ铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度3.变形程度变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程中伴随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起的。在热变形过程中，变形程度与变形温度-速度条件是相互联系着的，当加工硬化与裂纹胚芽的修复速度大于发生速度时，可以说变形程度对塑性影响不大。对于冷变形而言，由于没有上述的修复过程，一般都是随着变形程度的增加而降低塑性。4.应力状态静水压力对提高金属塑性的良好影响，可由下述原因所造成：（1）体压缩能遏止晶粒边界的相对移动，使晶间变形困难。（2）体压缩能促进由于塑性变形和其它原因而破坏了晶内联系的恢复。（3）体压缩能完全或局部地消除变形物体内数量很小的某些夹杂物甚至液相对塑性的不良影响。（4）体压缩能完全抵偿或者大大降低由于不均匀变形所引起的拉伸附加应力，从而减轻了拉应力的不良影响。5.变形状态

6.尺寸因素7.周围介质（1）周围介质和气氛能使变形物体表面层溶解并与金属基体形成脆性相，因而使变形物体呈现脆性状态。（2）周围介质的作用能引起变形物体表面层的腐蚀以及化学成分的改变，使塑性降低。（3）有些介质（如润滑剂）吸附在变形金属的表面上，可使金属塑性变形能力增加。3.3提高金属塑性的主要途径提高塑性的主要途径有以下几个方面：(1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；(2)采用合适的变形温度—速度制度；(3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；(4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。

§4金属的超塑性4.1超塑性的基本概念

金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。金属超塑性归纳为以下几方面的特点：即大延伸、无缩颈、小应力、易成形。4.2超塑性的分类按照超塑性实现的条件（组织、温度、应力状态等）可将超塑性分为以下几类。1．恒温超塑性或第一类超塑性。根据材料的组织形态特点也称之为细晶超塑性。特点是材料具有稳定的超细等轴晶粒组织，在一定的温度区间（T≥0.4TM）和一定的变形速度（10-4~10-1分-1）条件下出现超塑性。晶粒直径多在5μm以下。2．相变超塑性或第二类超塑性，又称为动态超塑性或变态超塑性。相变超塑性，并不要求材料具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。产生相变超塑性的必要条件，是材料应具有固态相变的特性，并在外加载荷作用下，在相变温度上下循环加热与冷却，诱发产生反复的组织结构变化，使金属原子发生剧烈运动而呈现出超塑性。相变超塑性不要求微细等轴晶粒，这是有利的，但要求变形温度反复变化，给实际生产带来困难，故使用上受到限制。3．其它超塑性或第三类超塑性。近年来发现，普通非超塑性材料在一定条件下快速变形时，也能显示出超塑性。有些材料在消除应力退火过程中，在应力作用下也可以得到超塑性，Al-5%Si及Al-4%Cu合金在溶解度曲线上下施以循环加热可以得到超塑性。此外，国外正在研究的还有升温超塑性，异向超塑性等。有人把上述的第二类及第三类超塑性统称为动态超塑性，或环境超塑性。4.3细晶超塑性细晶超塑性又称为组织超塑性，在试验中已发现细晶超塑性有许多重要特征，归纳起来有以下几个方面的内容。1．变形力学特征超塑性金属由于没有（或很小）加工硬化，在塑性变形开始后，有一段很长的均匀变形过程，最后达到百分之几或甚至几千的高延伸率，其工程应力——应变曲线如图5-26a所示，当应力超过最大值后，随着应变的增加，应力缓慢地连续下降。2．金属组织特征到目前为止所发现的细晶超塑性材料，大部分是共析和共晶合金，其显微组织要求有极细的晶粒度、等轴、双相及稳定的组织。要求双相，是因为第二相能阻止母相晶粒长大，而母相也能阻止第二相的长大；要求稳定，是指在变形过程中晶料长大的速度要慢，以便有充分的热变形持续时间；超塑性变形过程中，晶界起着很重要的作用，要求晶粒的边界比例大，并且晶界要平坦，易于滑动，所以要求晶粒细小、等轴。在这些因素中，晶粒尺寸是主要的影响因素。一般认为直径大于10μm的晶粒组织是难于实现超塑性的。

4.4细晶超塑性变形的机理1．扩散蠕变理论

1973年M.F.Ashby和R.A.Verrall提出了一个由晶内-晶界扩散蠕变过程共同调节的晶界滑动模型。扩散蠕变理论应用于超塑性变形时，有两种现象不能解释：1）在蠕变变形中，应力与应变成正比，m=1，而在超塑性变形中，m值总是处于0.5~0.8之间。2）在蠕变变形中，晶粒沿着外力方向被拉长，但在超塑性变形中，晶粒仍保持等轴状。因此，经典的扩散蠕变理论不能完全说明超塑性变形时的基本物理过程，也解释不了它的主要力学特征。所以该理论能否作为超塑性变形的一个主要机理，还不十分清楚。2．晶界滑动理论超细晶粒材料的晶界有异乎寻常大的总面积，因此晶界运动在超塑性变形中起着极其重要的作用。晶界运动分为滑动和移动两种，前者为晶粒沿晶界的滑移，后者为相邻晶粒间沿晶界产生的迁移。在研究超塑性变形机理的过程中，曾提出了许多晶界滑动的理论模型。3．动态再结晶理论晶界移动（迁移）与再结晶现象密切相关，这种再结晶可使内部有畸变的晶粒变为无畸变的晶粒，从而消除其预先存在的应变硬化。在高温变形时，这种再结晶过程是一个动态的、连续的恢复过程，即一方面产生应变硬化，一面产生再结晶恢复（软化）。如果这种过程在变形中能继续下去，好象变形的同时又有退火，就会促使物质的超塑性。4.5超塑性的应用

1．几种典型超塑性合金的制备（1）Zn-22%Al合金的制备及超塑性获得的方法（2）Al-Zn-Mg系合金2．超塑性的应用（1）真空成形法（2）气压成形（3）超塑性模锻和挤压（4）无模拉拔作业1．何谓金属的塑性？塑性高低如何度量？有哪些常用测定方法？2．多晶体金属塑性变形的主要特点和主机制有哪些？3．改善金属材料的工艺塑性有哪些途径？怎样才能获得金属材料的超塑性？4．何谓超塑性？超塑性变形的基本特点有哪些？5．细晶超塑性产生的基本条件是什么？它有何重要变形力学和组织结构特点？6．细晶超塑性的主要机制是什么？7．m值的物理意义是什么？第3章

塑性加工过程的组织性能变化

和温度----速度条件

§3.1塑性加工中金属的组织与性能§3.2金属塑性变形的温度——速度效应§3.3形变热处理§3.1塑性加工中金属的组织与性能1.1冷变形1.2热变形1.3塑性变形对固态相变的影响

1.1冷变形1．冷变形的概念2．冷变形时金属显微组织的变化3．冷变形时金属性能的变化1.冷变形的概念变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象，通常把这种变形称为冷变形或冷加工。冷变形时金属的变形抗力较高，且随着所承受的变形程度的增加而持续上升，金属的塑性则随着变形程度的增加而逐渐下降，表现出明显的硬化现象。2.冷变形时金属显微组织的变化（1）纤维组织多晶体金属经冷变形后，原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的越显著。当变形量很大时，各个晶粒已不能很清楚地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。被拉长的程度取决于主变形图和变形程度。（2）亚结构随着冷变形的进行，位错密度迅速提高。经强烈冷变形后，可由原来退火状态的106~107/cm2增至1011~1012/cm2。经透射电子显微镜观察，这些位错在变形晶粒中的分布是很不均匀的。只有在变形量比较小或者在层错能低的金属中，由于位错难以产生交滑移和攀移，在位错可动性差的情况下，位错的分布才是比较分散和比较均匀的。在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠结的高位错密度区（约比平均位错密度高五倍），将位错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒的内部又出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向差不大（几度到几分），这种结构称为亚结构。（3）变形织构多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴随着晶体取向相对于外力有规律的转动，使取向大体趋于一致叫做“择优取向”。具有择优取向的物体，其组织称为“变形织构”。金属及合金经过挤压、拉拔、锻造和轧制以后，都会产生变形织构。塑性加工方式不同，可出现不同类型的织构。通常，变形织构可分为丝织构和板织构。（4）晶内及晶间的破坏在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源。3.冷变形时金属性能的变化（1）物化性能a.密度

金属经冷变形后，晶内及晶冷变形后密度降至8.886克/厘米3。相应的铜的密度是由8.905克/厘米3，降至8.89克/厘米3。b.电阻

晶间物质的破坏使晶粒直接接触、晶粒位向有序化、间出现了显微裂纹、裂口、空洞等缺陷致使金属的导电性降低，如图6-6所示。c.化学稳定性

冷变形后，金属的残余应力和内能增加，从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能降低。除此之外，冷变形还可能改变磁性。如锌和铜，冷变形后可减少其抗磁性。高度冷加工后，铜可以变为顺磁性的金属，对顺磁性金属冷变形会降低磁化敏感性等等。（2）力学性能由于发生了晶内及晶间破坏，晶格产生了畸变以及出现第二、三类残余应力等，故经受冷变形后的金属及合金，其塑性指标随所承受的变形程度的增加而下降，在极限情况下可达到接近于完全脆性的状态。另外，由于晶格畸变、晶粒的长大、细化以及出现亚结构等，金属的抗力指标则随变形程度的增加而提高。金属力学性能与变形程度的曲线称硬化曲线。（3）织构与各向异性金属材料经塑性变形以后，在不同加工方式下，会出现不同类型的织构。由于织构的存在而使金属呈现各向异性。冷轧和再结晶铜片的弹性模量值深冲件上的制耳1.2热变形1．热变形的概念2．热变形对金属组织性能的影响3．热变形过程中的回复与再结晶1.热变形的概念所谓热变形（又称热加工）是指变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所处温度范围是其熔点绝对温度的0.75~0.95倍，在变形过程中，同时产生软化与硬化，且软化进行的很充分，变形后的产品无硬化的痕迹。 与其它加工方法相比，如冷加工，具有自己一系列的优点，诸如：（1）金属在热加工变形时，变形抗力较低，消耗能量较少。（2）金属在热加工变形时，其塑性升高，产生断裂的倾向性减小。（3）与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。（4）在生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产效率提高。（5）热加工变形可引起组织性能的变化，以满足对产品某些组织与性能的要求。同其他加工方法相比也有如下的不足：（1）对薄或细的轧件，由于散热较快，在生产中保持热加工的温度条件比较困难。因此，目前对生产薄的或细的金属材料来讲，一般仍采用冷加工（如冷轧、冷拉）的方法。（2）热加工后轧件的表面不如冷加工生产的尺寸精确和光洁。因为在加热时，由于轧件表面生成氧化皮和冷却时收缩的不均匀。（3）热加工后产品的组织及性能不如冷加工时均匀。因为热加工结束时，工件各处的温度难于均匀一致。（4）不依赖热加工提高材料强度。（5）有些金属具有热脆的不进行热加工。确定热变形的温度范围，最少需要该合金的相图、塑性图（图6-12）及变形抗力随温度而变化的图形（图6-13）等资料。根据合金相图及塑性图，可这样来选择热变形温度范围：（1）温度的上限，大致取该合金熔点绝对温度（Tm）的0.95倍，即应比液相线低50℃左右。（2）温度的下限，是要求保证在变形的过程中再结晶能充分迅速地进行，并且整个变形过程是在单相系统内完成。图6-12确定热变形温度的必需资料（a）相图；（b）塑性图（HPb59-1）图6-13各种有色金属、合金加热温度对强度极限的影响铜镍合金；2—镍；3—锡青铜QSn7—0.4；4—LY11；5—铜；6—锰铜；7—锌；8—铅；9—H68；10—H62；11—H59；12—LY12；13—MB5；14—铝2.热变形对金属组织性能的影响（1）热变形对铸态组织的改造一般来说，金属在高温下塑性高、抗力小，加之原子扩散过程加剧，伴随有完全再结晶时，更有利于组织的改善。故热变形多作为铸态组织初次加工的方法。热变形能最有效地改变金属和合金的铸锭组织，可以使铸态组织发生下述有利变化。a.一般热变形是通过多道次的反复变形来完成。b.由于应力状态中静水压力分量的作用，可使锭中存在的气泡焊合，缩孔压实，疏松压密，变为较致密的结构。c.由于高温下原子热运动能力加强，在应力作用下，借助原子的自扩散和互扩散，可使铸锭中化学成分的不均匀性相对减少。上述三方面综合作用的结果，可使铸态组织改造成变形组织（或加工组织），它比铸锭有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分，因而塑性和抗力的指标都明显提高。（2）热变形制品晶粒度的控制在热变形过程中，为了保证产品性能及使用条件对热加工制品晶粒尺寸的要求，控制热变形产品的晶粒度是很重要的。热变形后制品晶粒度的大小，取决于变形程度和变形温度（主要是加工终了温度）。第二类再结晶全图，是描述晶粒大小与变形程度及变形温度之间关系的。如图6-14所示。根据这种图即可确定为了获得均匀的组织和一定尺寸晶粒时，所需要保持的加工终了温度及应施加的变形程度。图6-14第二类再结晶全图（LY2）（a）在压力机上压缩（b）在锻锤下压缩（3）热变形时的纤维组织金属内部所含有的杂质、第二相和各种缺陷，在热变形过程中，将沿着最大主变形方向被拉长、拉细而形成纤维组织或带状结构。这些带状结构是一系列平行的条纹，也称为流线。纤维组织一般只能在变形时通过不断地改变变形的方向来避免，很难用退火的方法去消除。当夹杂物（或晶间夹杂层）数量不多时，可用长时高温退火的方法，依靠成分地均匀化，和组织不均匀处的消失以去除。在个别情况下，当这些晶间夹杂物能溶解或凝聚时，纤维组织也可以被消除。金属中的空穴（包括凝固时的缩孔和气眼等），在变形时也会被拉长，当变形量很大、温度足够高时，这些孔穴可能被压紧、焊合，如果变形量不够大，这些孔穴就形成了头发状的裂纹称为“发裂”。显著的纤维组织也能引起分层，使变形金属得到层状或板状的断口，例如HPb59-1，QA10-3-1.5的层状断口，消除的方法是铸造时细化晶粒，改善铅、Al2O3分布状况，防止氧化吸气以减少Al2O3的生成。

3.热变形过程中的回复与再结晶一般将热变形过程中，在应力状态作用下所发生的回复与再结晶过程称为动态的，以区别冷变形后退火过程中、热变形的各道次之间以及热变形后在空气中冷却时所发生的、属于静态的回复与再结晶过程。（a）图为高层错能金属在热轧加工率比较小时（50%），只发生动态回复；（b）图表示低层错能金属，由于热轧变形程度小（50%），热轧时，只发生动态回复，随后发生静态回复和静态再结晶；（c）图表示高层错能金属在挤压变形程度大（99%）时，在挤压中发生动态回复，出模孔后，发生静态回复和静态再结晶；（d）图表示低层错能金属，在挤压变形程度大（99%）时，在挤压中发生动态回复与动态再结晶。出模孔后，发生静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。静态再结晶（1）动态回复 金属在热变形时，若只发生动态回复的软化过程，其应力-应变曲线，如图6-17a所示。曲线明显地分为三个阶段。 第一阶段为微变形阶段。此时，试样中的应变速率从零增加到试验所要求的应变速率，其应力-应变曲线呈直线， 当达到屈服应力以后，变形进入了第二阶段，加工硬化率逐渐降低。 最后进入第三阶段，为稳定变形阶段。此时，加工硬化被动态回复所引起的软化过程所抵消。即由变形所引起的位错增加的速率与动态回复所引起的位错消失的速率几乎相等。达到了动态平衡。图6-17动态流变曲线实验研究表明：1）发生动态回复有一个临界变形程度，只有达到此值才能形成亚晶。2）当变形达到平稳态后，亚晶也保持一个平衡形状。在低的变形温度（0.3~0.6Tm）下，即使变形量很小，亚晶形状是长条的；而在高的变形温度（0.6~0.7Tm）下，即使变形量很大，亚晶也能构成等轴的形状。3）亚晶间的取向一般分散在10~70的宽广范围内，而且和变形量、变形温度关系不大。4）热变形达到平稳态后，亚晶的平均尺寸有一个平衡值，它又随变形温度的增加或变形速度的增加而下降。给定一个平稳态屈服应力，对应有一个平均的亚晶尺寸。（2）动态再结晶 发生动态再结晶的金属，在热加工温度范围内应力应变曲线如图6-18所示。它不像只发生动态回复时的应力应变曲线那样简单。该曲线在高应变速度下，曲线迅速升到一峰值，随后由于动态再结晶发生而引起软化，最后接近于平稳态。此时硬化过程和软化过程达到平衡即处于稳定变形阶段。图6-19发生动态再结晶的应力应变曲线动态再结晶的特点：1）动态再结晶要在很大的变形量下才能发生，即其“临界变形程度”很大；2）和静态再结晶相似，动态再结晶易于在晶界及亚晶界处形核；3）由于动态再结晶“临界变形度”比静态再结晶的大许多，所以若在变形过程中发生了动态再结晶，那么变形一停止马上即能发生静态再结晶而无需孕育