材料成型金属学Chpt.7-1金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律.ppt

1、,Chapter7金属在塑性加工中组织与性能变化的基本规律Basiclawsofmicrostructureandmechanicalpropertyvariationinplasticworking,材料成形,形状/尺寸/表面质量组织性能工艺因素-组织演变-力学性能/物理性能/化学性能联系/规律,Properties,Processing,Microstructure,7.1金属在冷塑性加工中组织与性能变化的规律Changeofmicrostructuresandmechanicalpropertiesincoldworking,1.纤维组织多晶金属冷变形等轴晶粒沿主变形方向拉长大变形量晶粒

2、呈纤维状称纤维组织,7.1.1显微组织的变化,2.Substructure亚结构deformation变形dislocationdensity位错密度增加dislocationtangles位错缠结高位错密度区将位错密度低的区域隔开晶粒内部出现“小晶粒”，取向差不大胞状亚结构cellularsubstructure,晶界与亚晶界,dsubsubgrainstrengthening亚晶强化变形达到一定程度,变化减小。,3.变形织构deformationtexture变形量较大时，各晶粒取向大体趋于一致,“择优取向”preferredorientation具有择优取向的组织称为“变形织构”defo

3、rmationtexture,Deformationtextureappearsinextrusion挤压/drawing拉拔/forging锻造/rolling轧制,织构-描述多晶体中晶体取向的特征。理想情况:变形金属中的每个晶粒都转到所给出织构的晶向和晶面。实际情况:变形金属的晶粒取向只是趋向于这种织构.随着变形程度的增加,趋向于这种取向的晶粒越多,这种织构越完整。,Generally,deformationtextureincludesfibertexture(丝织构)andplatetexture(板织构)。丝织构fibertexture挤压drawing/拉拔extrusion轴对称

4、axisymmetric特定晶向/最大主变形方向.,丝织构fibertexture,板织构platetexture轧制rolling/宽展很小的矩形件-镦粗upsetting平面变形planestrain某一晶向/轧向某一晶面/轧面,methodformeasuringtexture:x射线衍射x-raydiffraction极图polefigures/取向分布函数ODF(orientationdistributionfunction)无择优取向randomdistributionoforientation,ShearTextures:idealizedtexturecomponents,织构

5、,背散射电子衍射超细晶粒钢ultra-finegrainedsteel,Electronbackscatteddiffraction,EBSD,普通碳钢lowcarbonsteel,7.1.2.力学性能的变化Changeofmechanicalproperties,1.加工硬化workhardening金属在变形过程中随着变形程度的增加,强度和硬度明显增加,塑性迅速下降的现象称为。,单晶体singlecrystal加工硬化曲线,曲线斜率=d/d,加工硬化率Work/strainhardeningrate剪切应力c塑性变形阶段塑性变形阶段的曲线：易滑移阶段线性硬化阶段抛物线硬化阶段,.易滑移阶段

6、单系滑移singularslip一组滑移系开动,硬化率很小。,滑移线相互平行,铜的单滑移,.线性硬化阶段多系滑移multipleslipsystem多系滑移位错交割/反应位错缠结胞状亚结构必须加大外加切应力变形抗力硬化率,Cross-Slip:交滑移,b,b,b,Primaryslipplane,Crossslipplane,edge,.抛物线硬化阶段交滑移crossslip交滑移位错绕过障碍硬化率,多晶体polycrystal：多系滑移,无阶段,加工硬化率比较高。,h.c.p(如镁)一组滑移面单系滑移硬化率易滑移阶段b.c.c.f.c.c滑移系较多硬化率,影响因素(1)晶体结构,(2)层错能

7、stackingfaultenergy(SFE)层错能高(Al)扩展位错宽度窄交滑移容易阶段短/阶段出现早层错能低(Cu)与此相反(3)晶粒尺寸grainsized硬化-晶界阻碍变形,(4)变形温度和变形速率硬化hardening软化softening此消彼长室温：变形硬化高温：温度硬化,2.各向异性anisotropy加工方式不同不同织构不同方向上性能的差异,负面影响negativeeffect深冲deepdrawing“制耳效应”earing,.,(b),裂纹crack,正面影响positiveeffect,磁性材料magneticmaterial例:变压器用硅钢片(110)001高斯取向

8、100易磁化方向沿轧制方向磁导率铁损,控制织构电解电容器铝箔电容器容量铝箔表面积容量体积选择浸蚀铝箔表面积立方织构表面结构均匀整齐浸蚀深度大,强化作用h.c.p.Ti(0001)织构平面应力下强度高,可作抗压容器。,7.1.3储存能storedenergyEs冷变形结束后，约10%能量以点缺陷、位错、层错的形式储存在金属的内部,称为储存能Es。,影响因素factors:(1)材料的内在因素intrinsicfactor熔点TmEs溶质原子/dEs畸变distortion第二相/基体性质差异大Es,位错交割dislocationintersection,位错增殖dislocationmultip

9、lication,(2)工艺条件processingschedules加工硬化Es变形温度变形速度变形程度不均匀变形储存能thermodynamicallyunstable,7.1.4其他性能的变化Changesofotherproperties,1.金属密度Densitycrack裂纹(b)Time-temperaturevariationofyieldstressduringrecovery,无孕育期温度回复速度,7.2.2Recrystallization再结晶,再结晶温度recrystallizationtemperature0.40.5Tm(Tm=meltingpoint),位错密度

10、dislocationdensity强度strength塑性ductility,金属再结晶是通过形核和长大的方式来完成的再结晶形核nucleation在局部高能区域优先形成.,晶界grainboundary变形带deformationbands夹杂物inclusion孪晶界twinboundary自由表面freesurface,ABC间位相差很小,A和B合并,ABC合并,形成大位相差界面,亚晶聚合subgraincoalescence伴随着亚晶长大,高位错密度晶界迁移，亚晶长大，成为再结晶的晶核.,变形程度较小时，大角度晶界上有一小段弓出，晶界扫过的区域储存能释放，可以作为再结晶晶核而长大。晶

11、界弓出,(a)Suddengrowthofaboundaryintoahighdislocationdensitygrain;(b)Modeltodescribethis“nucleation”event,再结晶晶核的长大晶界迁移boundarymigration驱动力drivingforce再结晶晶粒与变形基体之间的应变能之差表面能surfaceenergy应变能strainenergy,再结晶动力学,再结晶存在孕育期(形核过程)晶粒接触后再结晶速度减慢,直到终了。,铝在350C时的再结晶动力学曲线,NucleationandGrowth,standardincubation/growthlaw:,研究再结晶的方法硬度法金相法x射线法透射电镜观察(transmissionelectronmicroscopy，TEM),再结晶温度recrystallizationT,退火1小时:开始出现再结晶晶粒的温度：Ts再结晶结束的温度：Tf,Discussion,在原始晶界两边，一侧亚晶尺寸小，另一侧亚晶尺寸大。若该晶界在再结晶初期发生弓出，其弓出方向为何？,何种形核