航空工程材料课件 09 金属的再结晶和冷热加工

2-4金属的再结晶和冷热加工知识目标1.了解金属回复与再结晶的定义、过程及影响因素；2.熟悉金属回复与再结晶对金属组织和性能的影响；3.掌握金属冷热加工对组织和性能的影响。能力目标掌握利用金属的回复与再结晶对材料进行冷热加工，提高材料力学性能的方法。教学目标素质目标1.培养“零缺陷、无差错”的职业素养；2.具有规章意识。课前回顾1.金属塑性变形的方式有哪些？有什么区别？2.什么是细晶强化？工业上什么方法采取细晶强化？3.晶粒大小对材料的力学性能有何影响？工业生产中采用的细化晶粒方法有哪些？4.塑性变形对组织有什么影响？力学性能有何变化。金属的加工硬化会产生哪些负面影响？如何消除这些影响？轧制304薄板导入新课“零差错”完美记录！长沙航院毕业生获“全国劳动模范”长沙航空职业技术学院2001届飞机9801班毕业生、珠海保税区摩天宇航空发动机维修有限公司TE100工程师王海，接过党和国家授予的崇高荣誉——“全国劳动模范”称号！“劳模”二字背后，是王海在岗位上夜以继日的守护付出和精益求精的工匠精神，也是长沙航院培育具有“零缺陷、无差错”职业素养人才的生动写照。一、回复与再结晶冷变形金属在加热时的组织和性能变化冷变形金属在加热时的组织有什么变化？对性能产生什么影响？

金属经冷变形后，外力所做的功有10%左右转化为内应力残留于金属中，使材料内能增加，处于高能量状态的金属组织处于不稳定状态，有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持。加热使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。一、回复与再结晶冷变形金属在加热时的组织和性能变化一、回复与再结晶回复

再结晶

晶粒长大

回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如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缺陷数量减少等，使材料处于一种低能状态。一、回复与再结晶1.回复阶段T回=(0.25-0.3)T熔

回复阶段，金属组织变化不明显，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。一、回复与再结晶1.回复阶段

工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。一、回复与再结晶2.再结晶阶段这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。纯金属的最低再结晶温度：T再≈0.4T熔铁素体变形80%670℃加热650℃加热一、回复与再结晶2.再结晶阶段由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。一、回复与再结晶3.晶粒长大阶段580ºC保温8秒后的组织580ºC保温15分后的组织700ºC保温10分后的组织黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片冷变形量为38％的组织580ºC保温3秒后的组织580ºC保温4秒后的组织580ºC保温8秒后的组织580ºC保温15分后的组织700ºC保温10分后的组织一、回复与再结晶3.晶粒长大阶段它没有发生晶格类型的变化，只是晶体形态和大小的变化。也可以说，只有显微组织变化而没有晶格结构，故称为再结晶。一、回复与再结晶结论：再结晶也是成核、长大过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。结果：位错密度下降，加工硬化、内应力完全消除。应用：再结晶退火，用于冷成型加工中的中间退火。一、回复与再结晶再结晶不是一个恒温过程，它是随着温度的升高而大致从某一温度开始进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。（没有经过冷加工变形的金属在加热时是不会发生再结晶的）纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系：T再≈0.4T熔其中T再、T熔为绝对温度。金属熔点越高，T再也越高。再结晶温度一、回复与再结晶

Fe的熔点为1538℃，请计算Fe的再结晶温度。哪些因素会影响再结晶温度?再结晶温度T再℃=(T熔℃+273)×0.4–273T再=(1538+273)×0.4–273=451℃一、回复与再结晶①金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大，再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。（1）影响再结晶温度的因素一、回复与再结晶②金属的纯度：金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著提高。（1）影响再结晶温度的因素一、回复与再结晶③再结晶加热速度和加热时间提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生；延长加热时间，

使原子扩散充分，

再结晶温度降低。生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。为缩短退火周期，再结晶退火温度常定为最低再结晶温度以上100~200℃。一、回复与再结晶①加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。（2）影响再结晶退火后晶粒度的因素580ºC保温3秒后的组织580ºC保温4秒后的组织580ºC保温8秒后的组织冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶一、回复与再结晶②预先变形度

预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。当变形达到2~10%时，只有部分晶粒变形，变形极不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，易互相吞并和长大，再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度称临界变形度。（2）影响再结晶退火后晶粒度的因素预先变形度对再结晶晶粒度的影响当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度基本不变。对于某些金属，当变形量相当大时(

90%)，再结晶后晶粒又重新出现粗化现象，一般认为这与形成织构有关。一、回复与再结晶再结晶退火后的晶粒度与预先变形程度的关系一、回复与再结晶在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。二、金属材料的冷加工与热加工1.冷加工与热加工的概念热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。课堂练习

当钛加工到500℃及铅在室温下进行加工，室温它们各属于冷加工还是热加工？（钛熔点为1677℃，铅的熔点为327℃）二、金属材料的冷加工与热加工1.冷加工与热加工的概念热加工的特点：不显示加工硬化现象，变形后获得再结晶组织。冷加工的特点：有加工硬化现象，变形后获得加工硬化组织。二、金属材料的冷加工与热加工2.特点（1）消除铸态金属的组织缺陷（晶粒粗大、不致密等），从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。（2）可获得细小均匀、等轴的再结晶晶粒，从而使金属的力学性能全面提高。（3）使复相合金中的各个相沿加工变形方向交替呈带状分布，使力学性能产生方向性，特别是横向塑韧性明显降低。二、金属材料的冷加工与热加工3.金属热加工时组织和性能的变化在加工亚共析钢时，发现钢中的F和P呈带状分布，这种组织称带状组织。二、金属材料的冷加工与热加工3.金属热加工时组织和性能的变化带状组织与枝晶偏析被沿加

工方向拉长有关。可通过多

次正火或扩散退火消除。（4）形成合理的纤维组织，即热加工流线。当流线零件承受的主要应力方向一致时，可提高零件的寿命。二、金属材料的冷加工与热加工3.金属热加工时组织和性能的变化二、金属材料的冷加工与热加工4.金属冷加工和热加工对组织和性能的影响变形类型工艺方法组织变化性能变化冷变形加工冷轧拉拔冷挤压冷冲压冷镦等晶粒沿变形方向伸长，形成冷加工纤维组织；晶粒破碎，形成亚结构，位错密度增加；晶粒位向趋于一致，形成形变织构。趋于各向异性；强度提高，塑性下降，造成加工硬化，密度下降。热变形加工自由锻模锻热轧热挤压等焊合铸造组织中存在的气孔，松缩等缺陷；击碎铸造柱状晶粒、粗大枝晶及碳化物，偏析减少，晶粒细化；夹杂物沿变形方向伸长，形成流线组织，缓慢冷却可形成带状组织。力学性能提高，密度提高；趋于各向异性，沿流线方向力学性能提高。二、金属材料的冷加工与热加工4.金属冷加工和热加工对组织和性能的影响热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。小组讨论：请根据冷热加工的特点以及材料组织和性能的影响，分组讨论冷热加工的适用范围。规章意识习近平总书记强调：“安全是民航业的生命线，任何时候任何环节都不能麻痹大意。”追求安全是民航的永恒主题，严守制度是安全的有力保障。在追求安全的路上，只有起点，没有终点。正是在平凡的日常工作中，在一点一滴的细节中，在每分每秒的坚守中，严守规章，才能铸成坚不可摧的安全防线。加工硬化冷变形量↑⇒位错数目↑⇒位错运动↓⇒塑性变形阻力↑⇒强度、硬度↑塑性、韧性↓方法：冷变形（冷压、滚压、喷丸等）实例：冷拔钢丝可使其强度成倍增加。固溶强化溶质原子的融入⇒固溶体晶格畸变⇒位错运动阻力↑⇒塑性变形阻力↑⇒强度、硬度↑塑性、韧性↓方法：合金化，加入合金元素。实例：Ni-Cu合金的强度大于Cu和Ni纯金属的强度。金属材料的四种强化方式细晶强化晶粒尺寸↓⇒晶界总面积↑⇒位错运动阻力↑⇒塑性变形阻力↑⇒强度、硬度↑晶粒尺寸↓⇒晶粒数目↑⇒变形均匀⇒残余内应力↓⇒塑性、韧性↑唯一使强度、硬度、塑性、韧性同时↑的方法。