工程材料金属的塑性变形与再结晶

工程材料金属的塑性变形与再结晶第1页，课件共29页，创作于2023年2月一、金属的塑性变形（单晶体、多晶体）二、对金属组织和性能的影响三、回复和再结晶四、金属的热塑性变形

第2页，课件共29页，创作于2023年2月一、金属的塑性变形压力加工方法：轧制、挤压、冷拔、锻造、冷冲压塑性变形：形成成品、改变金属的组织和性能单晶体金属的塑性变形滑移孪生多晶体金属的塑性变形晶界的影响晶粒位向的影响晶粒大小的影响第3页，课件共29页，创作于2023年2月外力作用下和变形，在外力作用去除后不能恢复的变形称为塑性变形正应力不能引起单晶体的塑性变形，只有切应力引起弹性变形和塑性变形单晶体的塑性变形有滑移和孪生，主要以滑移的形式进行。第4页，课件共29页，创作于2023年2月第5页，课件共29页，创作于2023年2月滑移是单晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面或晶向相对于另一部分发生滑动的现象。图7-50第6页，课件共29页，创作于2023年2月滑移的特点滑移时切应力大于临界切应力；滑移只能在晶体内一定的晶面和晶向上形成。晶体中能发生滑移的晶面和晶向，称滑移面和滑移方向。滑移面和滑移方向（滑移系）越多，金属的塑性越好。滑移方向对塑性的影响比滑移面大。第7页，课件共29页，创作于2023年2月4)实际上滑移是借助于位错的移动来实现的。图7-51

铜滑移的理论临界切应力640MPa，实际为0.1MPa大量的位错移出晶体的表面，就形成了宏观的塑性变形。图7-52第8页，课件共29页，创作于2023年2月孪生是单晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿晶面和晶向相对于另一部分转动的现象。图7-53第9页，课件共29页，创作于2023年2月孪生的特点所需切应力比滑移时大得多使晶体的一部分发生晶格位向的改变孪生带中相邻原子面的相对位移只有一个原子间距的几分之几一孪生的变形速度极快，接近声速。第10页，课件共29页，创作于2023年2月第11页，课件共29页，创作于2023年2月晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。晶界越多，多晶体塑性变形的抗力越大。多晶体中晶粒位向各异，从而提高了塑性变形抗力第12页，课件共29页，创作于2023年2月晶粒越细，强度越高：在一定体积内的晶体内晶粒数目越多，晶界也越多，并且晶粒的位向分布紊乱，因而塑性变形抗力也越大，即强度越高。晶粒越细，塑性和韧性越好：在总变形量相同的条件下，变形被分散在较多的晶粒内进行，因而比较均匀，从而使其在断裂前能承受较大的塑性变形，表现出较高的塑性和韧性；相反，晶粒越粗，变形局限在少数晶粒内进行，容易过早断裂，因而塑性、韧性比较差。由于细晶粒金属具有较好的强度、塑性与韧性。故生产中常希望金属材料得到细小而均匀的晶粒。

细化晶粒的原因第13页，课件共29页，创作于2023年2月二、塑性变形对金属组织和性能的影响对金属性能的影响加工硬化：强度和硬度显著提高，韧性和塑性下降各向异性：沿纤维方向的强度和塑性大于垂直纤维方向理化性能变化：电阻增大、导磁性和腐蚀性降低对金属组织结构的影响残余内应力第14页，课件共29页，创作于2023年2月加工硬化：也称为形变强化，即随塑性变形程度的增加，金属的强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降。冷塑性变形对金属性能的主要影响是造成加工硬化。图7-55第15页，课件共29页，创作于2023年2月2.加工硬化的优缺点：强化金属材料的重要手段：纯金属或不能热处理强化的材料，如某些不锈钢是工件能够成型的重要因素进一步冷塑性变形困难，必须中间热处理，增加了生产成本，降低了生产效率。第16页，课件共29页，创作于2023年2月晶粒变形：外力作用下，金属变形，内部晶粒沿变形方向伸长变形程度很大时，晶粒变成纤维状，晶界模糊，形成纤维组织，使金属的机械性能有了明显的方向性晶粒“破碎”晶粒外形发生变化，晶粒内部镶嵌块尺寸细碎化，位错密度增加，晶格畸变较严重，因而增加滑移阻力加工硬化的根本原因产生形变织构：当金属变形到很大程度（70%以上）时，晶粒转动到使晶粒位向趋于一致的“择优取向”的结构。形成后难以消除，在生产中应避免第17页，课件共29页，创作于2023年2月残余内应力：是指当外力去除后残留于金属内部的应力。内应力有：主要是晶格畸变金属内外变形不一致晶粒之间变形不一致后果：强度、耐蚀性降低引起机件变形和裂纹采用退火处理予以降低或消除第18页，课件共29页，创作于2023年2月三、金属的再结晶回复再结晶影响再结晶温度的因素晶粒长大图7-56第19页，课件共29页，创作于2023年2月第20页，课件共29页，创作于2023年2月回复：加热温度不太高，晶格畸变程度减小，内应力大大降低。金属的组织无明显的变化，机械性能也没有明显的变化第21页，课件共29页，创作于2023年2月再结晶：冷塑性变形金属加热到较高温度时，原子重新排列，变形的晶粒逐步为等轴晶粒所代替，即再结晶。过程：形核和核长大核：晶粒碎化最严重的地方。再结晶后，晶格畸变消失，位错密度下降，-----金属的硬度、强度显著下降，塑性塑性显著上升。

----恢复到冷塑性变形前的性能第22页，课件共29页，创作于2023年2月影响因素：金属的熔点：再结晶温度T再：再结晶在一定的温度范围内进行。再结晶能够开始的温度，称为再结晶温度T再（再结晶结束时晶粒为等轴晶粒）。再结晶温度与熔点有关，与预先变形程度有关T再≈(0.35-0.4)T熔

T再-----金属的最低再结晶温度（K）T熔-----金属的熔化温度即熔点（K）再结晶退火：为消除加工硬化，以进一步加工，常把冷加工的金属加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶以恢复金属的塑性，称为再结晶退火。比T再高100~2000C保证质量，兼顾生产效率金属的变形程度：没有塑性变形就没有再结晶。塑性变形越大，再结晶温度就越低第23页，课件共29页，创作于2023年2月温度再升高或保温时间延长，晶粒互相吞并长大，晶粒粗大。塑性变形程度对素结晶后的晶粒度的影响：变形程度较小（2~10%）：粗晶粒变形程度较大（30~60%）：细小均匀晶粒变形程度极大（70%以上）：形变织构，无法除去加工硬化。第24页，课件共29页，创作于2023年2月四、金属的热变形热变形与冷变形热变形对金属组织和性能的影响消除铸态金属的组织缺陷形成铸造流线第25页，课件共29页，创作于2023年2月冷加工：在金属的再结晶温度以下进行的加工热加工：在金属的再结晶温度以上进行的加工

例：W10000C时冷加工Sn、Pb：常温下热加工冷加工有加工硬化，热加工无。第26页，课件共29页，创作于2023年2月消除气孔、缩孔及微裂纹并焊合，提高金属的致密度细化晶粒：加工硬化与再结晶过程重叠，减轻甚至消除枝晶偏析