【金属学】+第九章课件

Chapter9Recovery,recrystallizationandhot-workofmetals冷变形后材料经重新加热进行退火之后，其组织和性能会发生变化。观察在不同加热温度下变化的特点可将退火过程分为回复(recovery)、再结晶(recrystallization)和晶粒长大三个阶段。回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。上图为冷变形金属在退火过程中显微组织的变化。由图可见，在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段

(1)强度与硬度：回复阶段的硬度变化很小，约占总变化的1/5，而再结晶阶段则下降较多。强度具有与硬度相似的变化规律。上述情况主要与金属中的位错机制有关，即回复阶段时，变形金属仍保持很高的位错密度，而发生再结晶后，则由于位错密度显著降低，故强度与硬度明显下降。

(2)电阻：变形金属的电阻在回复阶段已表现明显的下降趋势。因为电阻率与晶体点阵中的点缺陷(如空位、间隙原子等)密切相关。点缺陷所引起的点阵畸变会使传导电子产生散射，提高电阻率。它的散射作用比位错所引起的更为强烈。因此，在回复阶段电阻率的明显下降就标志着在此阶段点缺陷浓度有明显的减小。

(3)内应力：在回复阶段，大部或全部的宏观内应力可以消除，而微观内应力则只有通过再结晶方可消除。(4)亚晶粒尺寸：在回复的前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶时，亚晶粒尺寸就显著增大。(5)密度：变形金属的密度在再结晶阶段发生急剧增高，显然除与前期点缺陷数目减小有关外，主要是在再结晶阶段中位错密度显著降低所致。

(6)储能的释放：当冷变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，储能就被释放出来。回复阶段时各材料释放的储存能虽均较小，再结晶晶粒出现的温度对应于储能释放曲线的高峰处。9.1回复1.回复的作用例子：季裂黄铜在氨气氛下的应力腐蚀破裂260度下进行去应力退火可解决季裂问题强度硬度不变2.回复动力学动力学曲线表明，回复是一个弛豫过程。其特点为：1）没有孕育期；2）在一定温度时，初期的回复速率很大，随后即逐渐变慢，直到趋近于零；3）每一温度的回复程度有一极限值，退火温度愈高，这个极限值也愈高，而达到此一极限值所需时间则愈短；4）预变形量愈大，起始的回复速率也愈快；晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快。3.回复的机制回复的机制因加热温度的不同而不同。低温回复中温回复高温回复低温回复(约<0.2Tm)低温时，回复主要与点缺陷的迁移有关。冷变形时产生的大量点缺陷——空位和间隙原子，点缺陷运动所需的热激活较低，因而可在较低温度就可进行。对点缺陷很敏感的电阻率此时也明显下降。但是力学性能对点缺陷不敏感，因此低温回复时力学性能不会有显著改变。四种可能的机制：空位迁移到金属的自由表面或界面处消失；空位与塑性变形所产生的间隙原子重新结合而消失；空位与位错发生交互作用而消失；空位聚集成空位片然后崩塌成位错环而消失。中温回复(约0.2-0.35Tm)加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。中温回复的机制主要与位错的滑移有关：同一滑移面上异号位错可以相互吸引而抵消；位错偶极子的两根位错线相消等等。高温回复高温(约>0.35Tm)时，刃型位错可获得足够能量产生攀移。攀移和滑移的存在会产生两个重要的后果：1)使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列成墙，这种分布可显著降低位错的弹性畸变能，因此，可看到对应于此温度范围，有较大的应变能释放。（同号正刃型位错在同一滑移面塞积，滑移面上部受压缩，下部受伸张，应变能是叠加的，而如果同号正刃型位错沿滑移面法线方向重叠排列时，上面的正刃型位错的张应变场与和它相邻的下面的正刃型位错的压应变场相互叠加，因而部分抵消）2)沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙形成了亚晶界。由此产生亚晶（subgrain），即多边结构。同号刃型位错沿垂直于滑移面方向排列成小角度晶界的过程称为多边化（polygonization）4.回复后组织结构变化多边形化亚晶的形成亚晶的长大多边形化亚晶形成亚晶的粗化与长大亚晶形成后，材料仍然保留有较大的储存能，亚晶将会进一步长大以减少小角度界面面积来降低储存能，使得从些较大的亚晶吞并小的亚晶而长大。若在整个样品中亚晶均匀长大、粗化。无论亚晶长到多大尺寸，都属于回复阶段；若亚晶长大伴随大角晶界的迁移，则已是再结晶形核阶段：5.回复后性能的变化从回复机制可以理解，回复过程中电阻率的明显下降主要是内于过量空位的减少和位错应变能的降低；内应力的降低主要是由于晶体内弹性应变的基本消除；硬度及强度下降不多则是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小之故。据此，回复退火主要是用作去应力退火，使冷加工的金属在基本上保持加工硬化状态的条件下降低其内应力，以避免变形并改善工件的耐蚀性。9.2再结晶

1.再结晶现象冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶（recrystallization）。因此，与前述回复的变化不同，再结晶是一个显微组织重新改组的过程。再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能(相当于变形总储能的90％)，通过再结晶退火可以消除冷加工的影响，故在实际生产中起着重要作用。再结晶是通过形核和长大来消除形变和回复基体的过程。再结晶是一个形核和长大的过程，这与一般的相变相似。但是，因为相变与再结晶这两个过程的驱动力根本不同，所以它们的本质是不相同的。相变的驱动力是形成的新相和母相之间的摩尔吉布斯自由能差，即驱动力来自系统的化学自由能差异，而再结晶的驱动力则是形变金属和合金的机械储存能。由此看出，相变过程必有一个临界温度，只有达到或越过这个临界温度才会有相变驱动力，即达到或越过这个温度才能发生相变。所以，这个临界温度是热力学意义的温度。对于形变的金属和合金，从它经受形变的一瞬间开始，就获得储存能，也即是说它立刻就具有回复和再结晶的热力学条件，原则上就可以发生回复和再结晶，温度不同，只是过程的速率不同。所以，再结晶并没有一个热力学意义的明确的临界温度。再结晶的一些基本规律需要超过某个最小的形变量才能发生再结晶，这个最小的形变量称临界形变程度(criticaldeformationdegree)。再结晶温度随形变量增加而降低，但当形变量大到—定程度后，再结晶温度趋于某一稳定值。再结晶刚完成时的晶粒尺寸主要取决于形变量，而和退火温度关系不大。形变量越大，再结晶刚完成的晶粒尺寸越小，在相同的形变量下，若给定退火时间，则晶粒尺寸随退火温度增加而增加，这是再结晶后晶粒长大的结果。原始晶粒尺寸越大，要获得相同的再结晶温度的形变量越大。形变温度越高，要获得相同程度的应变硬化所需的形变量越大。这也意味着在一定的形变量下，形变温度越高．使以后再结晶温度越高，再结晶后的晶粒尺寸越大。再结晶完成后继续加热，晶粒尺寸增大。（1）形核机制

(a)晶界弓出形核。对于变形程度较小(一般小于20％)的金属，其再结晶核心多以晶界弓出方式形成，即应变诱导晶界移动或称为凸出形核机制。

当变形度较小时，各晶粒之间将由于变形不均匀性而引起位错密度不同。如图5．49所示，A，B两相邻晶粒中，若B晶粒因变形度较大而具有较高的位错密度时，则经多边化后，其中所形成亚晶尺寸也相对较为细小。于是，为了降低系统的自由能，在一定温度条件下，晶界处A晶粒的某些亚晶格开始通过晶界弓出迁移而凸入B晶粒中，以吞食B晶粒中亚晶的方式开始形成无畸变的再结晶晶核。2.再结晶过程中的形核与长大许多事实证实，回复阶段发生的多边化形成亚晶是再结晶形核的准备阶段。(b)亚晶形核。此机制一般是在大的变形度下发生。当变形度较大时，晶体中位错不断增殖，由位错缠结组成的胞状结构，将在加热过程中容易发生胞壁平直化，并形成亚晶。借助亚晶作为再结晶的核心，其形核机制又可分为以下两种：显然，亚晶无论以上述哪种机制生长，包围它的一部分亚晶界的位向差必然越来越大，最后构成大角度晶界。(2)长大再结晶晶核形成之后，它就借界面的移动而向周围畸变区域长大。界面迁移的推动力是无畸变的新晶粒本身与周围畸变的母体(即旧晶拉)之间的应变能差，晶界总是背离其曲率中心，向着畸变区域推进，直到全部形成无畸变的等轴晶粒为止，再结晶即告完成。3.再结晶过程动力学由下图可知，等温再结晶速度开始时很小，随着再结晶百分数增加而增加，在50%左右最大，然后又逐渐减小，具有典型的形核——长大的动力学特征。同时该图表明，再结晶过程存在着一个孕育期，这是与回复动力学不同的地方。等温过程的再结晶动力学可以用阿弗莱米（Avrami）方程来描述。式中，φR为在t时间已经再结晶的体积分数，B和k为常数。再结晶速率与产生某一体积分数的时间成反比，于是：金属的再结晶过程同时也是一个热激活过程，因此再结晶速度与温度之间的关系可以用阿累尼乌斯方程描述：4.再结晶温度及其影响因素再结晶并没有一个热力学意义的明确临界温度。为了比较各种材料的再结晶过程，人为定义了一个再结晶温度（recrystallizationtemperature）。再结晶温度有两种定义：一是在一定时间内刚好完成再结晶的温度。显然，完成再结晶的时间越长，再结晶温度就越低。另一个是连续升温过程中开始发生再结晶的最低温度。所以，所谓的再结晶温度是一个动力学意义的温度。在实验室可用金相法或硬度法测定，即以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降50％所对应的温度，定为再结晶温度。在工业上，通常规定大变形金属（70%）在1h内刚好完成(常用完成95％或98％)再结晶的温度为再结晶温度。再结晶温度并不是一个物理常数，它不仅随材料而改变，同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度。5.再结晶后晶粒大小及其影响因素

9.3graingrowthWhenprimaryrecrystallizationiscomplete(i.e.whenthegrowingcrystalshaveconsumedallthestrainedmaterial)thematerialcanloweritsenergyfurtherbyreducingitstotalareaofgrainsurface.Withextensiveannealingitisoftenfoundthatgrainboundariesstraighten,smallgrainsshrinkandlargeronesgrow.Thegeneralphenomenonisknownasgraingrowth,andthemostimportantfactorgoverningtheprocessisthesurfacetensionofthegrainboundaries.再结晶完成以后，虽然形变储存能已完全释放，但材料仍未达到最稳定状态。因为组织中含有晶界，为了减少总的界面能，晶粒力求长大,晶粒长大的驱动力是总界面能的减少。晶粒长大是通过晶界的移动来实现的，晶界移动服从以下两个基本规律：弯曲的晶界向其曲率中心方向移动。三个或三个以上的晶界交汇处的界面角的变化是趋向于是作用在各晶界的表面张力在交汇点达到平衡的状态。二维条件的平衡状态时，三个晶粒在交汇处各晶界的表面张力和晶界角之间存在着如下平衡关系：TA/sinA=TB/sinB=Tc/sinC再结晶以后的晶界是大角度晶界，其表面张力与两侧晶粒取向无关，因此TA=TB=Tc，故在平衡时A=B=C=120°。正六边形的晶粒具有最稳定的状态，这样的晶粒在加热时不会发生晶界移动。。而在三维情况下，通常是四个晶界面交汇于一点，多晶体平衡状态时最稳定的形状是十四面体。设想一个双晶体含有A，B两个晶粒，其中B为存在于A晶粒内部的一个半径为R的球形晶粒。此双晶体在长时间加热时球面晶界会逐渐缩小（迁移方向为曲率中心方向），以降低其总晶界能，这样B晶粒在加热过程中会逐渐缩小而消失，A晶粒长大。晶粒长大可分为两类，即正常晶粒长大(NormalGrainGrowth，或称连续的晶粒长大)和异常晶粒长大(AbnormalGrainGrowth，或称不连续晶粒长大)，后者也称为二次再结晶(SecondaryRecrystallization)。通常，相对于二次再结晶这一名词，把前面讨论的再结晶称为一次再结晶。

9.3.1Normalgraingrowth晶粒长大过程中，如果长大的晶粒数很多，并且在金属中均匀分布，那么晶粒长大过程中晶粒的尺寸是比较均匀的，晶粒平均尺寸也是连续增大的，这种晶粒长大称为正常晶粒长大。

Followingfigureshowsanidealizedgrainintwodimensionssurroundedbyothersofuniformsize,anditcanbeseenthattheequilibriumgrainshapetakestheformofapolygonofsixsideswith120°inclusiveangles.Allpolygonswitheithermoreorlessthanthisnumberofsidescannotbeinequilibrium.Athightemperatureswheretheatomsaremobile,agrainwithfewersideswilltendtobecomesmaller,undertheactionofthegrainboundarysurfacetensionforces,whileonewithmoresideswilltendtogrow.如果二维晶粒不是六边形，为了维持界面角为120°，边数小于6的多边形晶粒（通常为尺寸较小的晶粒）的晶界必然是向外弯曲（即曲率中心在晶粒内部），而边数大于6的多边形晶粒（尺寸较大）的晶界必然是向内弯曲（曲率中心在晶粒外部）。这样在高温下，弯曲的界面向曲率中心方向移动，边数小于6的晶粒会逐渐缩小，而边数大于6的会逐渐长大，即大晶粒长大，小晶粒缩小直至消失。由于晶粒长大是通过大角度晶界的迁移实现的，因此所有能够影响晶界迁移的因素均会对晶粒长大有影响，如：温度分散相粒子晶粒间的位向差微量杂质热蚀沟Effectoftemperature温度对晶粒长大的影响主要是通过对晶界平均迁移率的影响来实现。晶界的迁移是个热激活过程。温度升高有利于晶粒粗化。

Second-phaseparticleshaveamajorinhibitingeffectonboundarymigrationandareparticularlyeffectiveinthecontrolofgrainsize.Thepinningprocessarisesfromsurfacetensionforcesexertedbytheparticle-matrixinterfaceonthegrainboundaryasitmigratespasttheparticle.Forinstance,nickelisinfacttheuniversalgrainrefineranddoesmuchtoincreasethetoughnessofmanyalloysbylimitinggraingrowth.Effectofsecondphaseparticle1.第二相粒子的存在减少了晶界的面积，从而降低了晶界能。2.晶界移动时，在第二相粒子作用下晶界面积会增大，会提高晶界能。3.第二相粒子会在晶界移动相反方向施加拉力，从而阻碍了晶粒长大。第二相粒子的存在会对晶界的迁移具有约束力，当此约束力与由晶界能所提供的晶界迁移驱动力相等时，正常晶粒长大就停止了，此时的晶粒平均直径称为极限的晶粒平均直径。式中，r为第二相粒子半径，φ为第二相粒子体积分数。EffectofdirectionEffectofminimimpurity通常认为，由于微量杂质原子与晶界的交互作用及其在晶界区域的吸附形成了一种阻碍晶界迁移的“气团”(如柯氏气团对位错运动的钉扎)，从而随着杂质含量的增加，显著降低了晶界的迁移速度。Effectofthermalgroove金属在长时间高温加热，晶界与表面相交处为了达到表面张力间的相互平衡会产生热蚀沟。热蚀沟会影响晶界的迁移，从而会影响到晶粒长大。。

9.3.2Abnormalgraingrowth:异常晶粒长大又称不连续晶粒长大或二次再结晶，是一种特殊的晶粒长大现象，通常发生于一次再结晶后经正常长大的基体中，其特点是：发生这种晶粒长大时，基体中少数晶粒迅速长大，使得晶粒之间的尺寸差异显著增大，直至这些迅速长大的晶粒完全相互接触时为止。

异常长大的基本条件正常晶粒长大过程被分散相粒子、织构或表面热蚀沟等强烈阻碍。而在加热过程中，如果这些阻碍分布不均匀或者在某些条件下阻碍因素消失，就会产生异常长大。二次再结晶的驱动力是界面能的降低，无需重新形成晶核，而是以一次再结晶的晶粒为基础长大的。

9.4Recrystallizationannealing将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一定时间后，缓慢冷却至室温的过程。主要是为了软化冷变形金属，通过冷变形和再结晶退火达到细化晶粒、改善组织的目的。再结晶图将再结晶退火后的晶粒大小与冷变形程度及退火温度间的关系绘制成空间图形，称为再结晶图。再结晶图对于用来控制冷变形金属退火后晶粒度大小具有一定的参考价值。退火孪晶某些面心立方结构的金属和合金如铜及铜合金，奥氏体不锈钢等经再结晶退火会出现退火孪晶。

AnnealingtwinsAprominentfeatureofthemicrostructuresofmostannealedfeemetalsandalloysisthepresenceofmanystraight-sidedbandsthatrunacrossgrains.Thesebandshaveatwinnedorientationrelativetotheirneighboringgrainandarereferredtoasannealingtwins.Aswithformationofdeformationtwins,itisbelievedthatachangeinstackingsequenceisallthatisnecessarytoformanannealingtwin.Suchachangeinstackingsequencemayoccurwheneveraproperlyorientedgrainboundarymigrates.

RecrystallizationtextureThepreferredorientationdevelopedbycoldworkoftenchangesonrecrystallizationtoatotallydifferentpreferredorientation.Toexplainthisobservation,Barrettand(later)Beckhaveputforwardthe'orientedgrowth'theoryofrecrystallizationtexturesinwhichitisproposedthatnucleiofmanyorientationsinitiallyformbut,becausetherateofgrowthofanygivennucleusdependsontheorientationdifferencebetweenthematrixandgrowingcrystal,therecrystallizedtexturewillarisefromthosenucleiwhichhavethefastestgrowthrateinthecold-workedmatrix,i.e.thoseboundedbylarge-angleboundaries.再结晶织构冷变形织构金属在再结晶过程中形成的织构称为再结晶织构。冷变形织构的金属在一次再结晶过程中虽然产生了多种位向的晶核，但是由于只有具有有利取向的晶核能够消耗变形机体迅速长大，而其他位向的晶核生长则受到抑制，因此形成再结晶织构。再结晶织构的晶粒取向可能与原有冷变形织构位向一致也可能产生新的方向的织构。

9.5Hot-workingandsuperplasticity实质：加工硬化与动态软化同时进行，不显示硬化作用。优点：不发生强化作用，塑性变形量可达很大；可以改善铸锭组织，消除气孔、偏析、粗大晶粒等。缺点：表面粗糙度差，加工零件难以达到精确尺寸。

Sincemostmetalsbecomeconsiderablysofterandmoremalleableastemperatureriseslessenergyisneededtoproduceagivenamountofdeformation.Infact,hot-workingprocessesareinvariablycarriedoutabovetherecrystallizationtemperatureofametaloralloy.Deformationandrecrystallizationthereforetakeplacesimultaneouslysothatinadditiontoasavingofenergyaconsiderablespeedingupoftheprocessispossiblewithnotediousinter-stageannealingoperationssuchasattendcold-workingprocesses.Somealloyscanonlybeshapedbyhot-workingsincetheyarehardorbrittlewhencoldduetothepresenceofahardmicroconstituentwhichisabsorbedatthehot-workingtemperature.

Whilstmalleabilityincreaseswithriseintemperatureductilitygenerallydecreasesbecausethematerialbecomeslessstrongasthetemperaturerisesandsotendstotearapartintension.Consequentlyhot-workingprocesses

invariablyinvolvetheuseofcompressiveforcesasinforging,rollingandextrusion,whilstdrawingprocesseswhichemploy

tensileforcesareessentiallycold-workingoperations.Themainhot-workingprocessesaredealtwithbrieflybelow.

Hot-rollingTherollingmillwasadaptedbyHenryCortin1783asasimple'two-high'non-reversingmillfortheproductionofwrought-ironbar.TheadventoftheBessemerprocessin1856madenecessarythedevelopmentofrolling-milltechniquesothatitcouldkeeppacewiththelargeamountofsteelmadebythisnewmass-productionmethod.Thusin1857the'three-high'millwasintroducedsothattheworkpiececouldberolledonthe'returnpass'.UnfortunatelysupportofthebearingsforthecentrerollwasgenerallyfoundtobedifficultsoRamsbottomdevelopedthefore-runnerofthemoderntwo-highreversingmillatCrewein1866.

Hot-rollingisuniversallyemployedinthereductionoflargesteelingotstosections,strip,sheetandrodofvarioussizes.Infacttheonlyconditionsunderwhichcold-workisappliedtosteelarewhenthesectionistoosmalltoretainitsheat,orwhenasuperiorfinishisrequiredintheproduct.Asteel-rollingshopconsistsofapowerfultwo-highreversingmillto'breakdown'thewhite-hotingots,followedbytrainsofrollswhichwillbeeitherplainorgroovedaccordingtothetypeofproductbeingmanufactured.Hot-rollingissimilarlyappliedtomostnon-ferrousalloysintheinitialbreaking-downstages,butthefinishingoperationsaremorelikelytoinvolvecoldwork.

ForgingTubalCain(GenesisIV,22)wasforgingmetalsbyhandatleastsixthousandyearsagobutthereisevidencethatpre-historicmanwasusingthistypeofprocesstofashioncoppersometwothousandyearsearlier.Handforgingisstillusedtoalimitedextentbythesmithbutmostmodernforgingispower-assisted.Wroughtironwasthetraditionalmaterialofthesmithbutmanyferrousandnon-ferrousalloysarenowshapedbyforgingprocessesandwroughtironhaslongbecomeobsoleteasanengineeringmaterial.Duringforgingthecoarse'as-cast'structureisbrokendownandisreplaced,asrecrystallisationproceeds,byonewhichisofrelativelyfinegrain.Atthesametimeimpuritiesareredistributedinamoreorlessfibrousform.Thereforeitismoresatisfactory,allotherthingsbeingequal,toforgeacomponentthantocastittoshape.

Drop-forgingIfalargenumberofidenticalforgedcomponentsarerequired,thenitiseconomicallypreferabletomakethembyadrop-forgingprocess.Inthisprocessashapeddieisused,onehalfbeingattachedtothehammerandtheotherhalftotheanvil.Withcomplexshapesaseriesofdiesmaybeused.

Thehammer,workingbetweentwoverticalguides,ismechanicallyliftedsomedistanceabovetheanvilandallowedtofallundergravityontotheworkpiecewhichconsistsofaheatedbarorbilletofthemetalplacedontheanvilhalfofthedie.Asthehammerfallsitforgesthemetalbetweenthetwohalvesofthedie.Amodificationofdrop-forgingemployseithermechanicalorsteampowertoforcethehammerdownwards,thusincreasingthepoweroftheblow.'High-energyrate'forginginwhichthemachinesaregenerallyoperatedbypneumaticpressureisnowalsoused.

Heading'Heading'or'up-set'forgingisemployedextensivelyforthemanufactureofbolts,rivetsandothercomponents,whereanincreaseindiameterisnecessarywithoutlossofstrengthandshock-resistance.Thestockbarisheatedforaportionofitslengthandthenforged,inamachinewhichalsopartsoffthecomponent.Itwillbeobviousthataboltheadforgedinthiswaywiltbemuchstrongerthanonewhichhasbeenmachinedfromabar,sinceforgingdoesnotcutintothefibrousstructureofthematerialandthusintroduceplanesofweaknessintothefinishedbolthead.

Hot-pressingHot-pressingisadevelopmentofthedrop-forgingprocess,butisgenerallyappliedinthemanufactureofmoresimpleshapes.Thehammerofdrop-forgingisreplacedbyahydraulicallydrivenram,sothat,insteadofreceivingarapidsuccessionofhammerblows,themetalisgraduallysqueezedbythestaticpressureoftheram.Thisdownwardsthrustissometimesasgreatas100MN.Themainadvantageofhot-pressingoverdrop-forgingisthatworkingisnolongerconfinedtothesurfacelayers,asitiswithdrop-forging,butistransmitteduniformlytotheinteriorofthemetalbeingshaped.Thisisparticularlyimportantwhenforgingverylargecomponents,suchasmarinepropellershafts,whichwouldotherwisesufferfromhavinganon-uniforminternalstructure.

ExtrusionTheextrusionprocessisnowusedforshapingavarietyofferrousandnon-ferrousmetalsandalloys.Itsmostimportantfeatureisthatweareabletoforcethemetalthroughadie,and,inasingleprocessfromthecastbillet,toobtainquitecomplicatedsectionsoftolerablyaccuratedimensions.Themetalbilletisheatedtotherequiredextrusiontemperature(350-500℃foraluminumalloys;700-800℃forbrasses;1100-1250℃forsteels)andplacedinthecontaineroftheextrusionpress.Theramisthendrivenhydraulicallywithsufficientpressuretoforcethemetalthroughahardalloy-steeldie.Thesolidmetalsectionissuesfromthedieinamannersimilartotheflowoftoothpastefromitstube.Usingthisprocess,awidevarietyofsectionscanbeproduced,includingroundrod,hexagonalbrassrod(forpartingoffasnuts),brasscurtainrail,small-diameterrod(fordrawingstillfurthertowire),tubesinmanyalloysincludingstainlesssteels;andmanyhollowstress-bearingsectionsinaluminumalloys(mainlyforaircraftconstruction).

SuperplasticitySuperplasticityisapropertyofsomealloysinwhichverygreatplasticelongationsofupto2000%ormorecanbeobtainedundertheactionofquitelowtensilestresses.Thisbehaviorisakintothatofheatedglasswhereelongationisdependentuponthequantityofmaterialtobethinnedasthematerial'flows'.Althoughthephenomenonhasbeenknownformorethansixtyyearsithasonlyrecentlybeguntobeexploited.

Whenmostmetalsaredeformedplasticallyattemperatureswellbelowthatofrecrystallisation(approximately0.5Tm*;inabsolutescaleK)thentensilestrengthincreaseswithstrainaswork-hardeningoccurs.Manymetalsandalloyshavestress-straincurveswhichareroughlygovernedbytheexpression:σ=kεηwhereσisthetensilestress,εthestrainandηthework-hardeningexponent.

Ifthetemperatureduringdeformationisnowraisedabovethatn