1、本章主要内容 16.1 冷变形中组织性能变化 16.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 16.3 金属在热变形过程中的回复及再结晶 16.4 热变形过程中金属组织性能的变化 16.5 温加工变形中组织性能的变化第十六章 金属塑性变形对组织性能的影响材料成形原理一二请在这里输入您的主要叙述内容整体概述三请在这里输入您的主要叙述内容请在这里输入您的主要叙述内容1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化l多晶金属冷变形等轴晶粒沿主变形方向拉长 l大变形量晶粒呈纤维状称纤维组织 变形前变形后1.显微组织的变化晶粒形状的变化 在轧制时，随着变形量的增加，原来的等轴晶粒沿延伸方向逐渐伸长，晶粒由多边形
2、变为扁平状或长条形。变形量越大，晶粒伸长的程度也越显著。当变形量很大时，晶界变得模糊不清，各晶粒难以分辨，呈现出一片纤维状的条纹，通常称为纤维组织。1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化2.显微组织的变化亚结构1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化 变形位错密度增加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。变形量越大，胞块数量越多，尺寸越小，之间的位向差越大。其形状随着晶粒形状的改变而变化，沿着变形方向逐渐拉长。1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化3.3.显微组织的变化变形织构 杂乱排列的晶粒,通过变形,各晶粒取向大体趋于一致
3、,为“择优取向”。具有择优取向的组织称为 “变形织构”。丝织构：在拉拔时形成，各晶粒的某一晶向与拉拔方向平行或近于平行。板织构：在轧制时形成，各晶粒的某一晶面平行轧制平面，某一晶向平行于轧制方向。1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化 织构的概念常见金属的织构晶体或合金晶体结构丝织构板织构-Fe-Fe、MoMo、W WBCCBCC111+111+112112AlAl、CuCu、NiNiFCCFCC、+112+112+110110MgMg合金、ZnZnHCPHCP000100011 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化2 2 性能的变化 金属在变形过程中随着变形程度的增加，强度和硬度明
4、显增加，塑性迅速下降。金属密度：裂纹&空洞密度导电性：位错密度点阵畸变 电阻 1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化导热性：降低金属导热性磁性：对于抗磁性金属，提高其对磁化的敏感性;对于顺磁性金属，则降低其对磁化的敏感性。1 16 6.1 .1 冷变形中组织性能变化耐蚀性能：冷变形 残余应力&内部储存能化学不稳定性耐蚀性能1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 冷塑性变形后的金属加热时，通常使一次发生恢复、再结晶、晶粒长大三个阶段的变化。这三个阶段不是决然分开的，常有部分叠加。回复：指经冷变形金属在加热时，在新的无畸变晶粒出现以前，所产生的亚结构与性能变化的过程。再结晶：
5、冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的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，并恢复到完全软化的状态，这个过程称为再结晶。1.1.回复后的显微组织特点冷变形组织回复后的组织光学显微镜下，显微组织没有变化。条带状纤维组织1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化回复后的图像 扫描电子显微镜下，仍然观察不到显微组织的变化。冷变形的图像1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化透射电子显微镜下观察到亚晶的形成。亚晶1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.1 2.1 回复中的性能变化 电阻 (resistivity)(resistiv
6、ity)下降 密度 (density)(density)升高 硬度 (hardness)(hardness)1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化点缺陷包括：空位间隙原子杂质原子置换原子间隙原子置换原子空位杂质原子空位运动、空位与其它缺陷结合点缺陷密度降低电阻、内应力下降，密度增大。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 异号位错相遇而抵销位错滑移 位错密度降低 位错缠结重新排列1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化亚晶 多边形化 位错通过攀移和滑移，由变形后的无规则分布，改变为在垂直滑移面上成整齐排列的过程。1 16 6.2.2 冷变形金属在加
7、热时的组织性能变化1.5 1.5 回复退火的应用 回复退火工程上称为去应力退火。就是将工件在低于再结晶温度加热，以去除应力，但仍然保留加工硬化效果的热处理工艺。主要作用：降低应力（保持加工硬化效果）防止工件变形开裂，提高耐蚀性。实例：深冲成型的黄铜弹壳冷拉钢丝卷制弹簧 1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2 2 再结晶 冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的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，并恢复到完全软化的状态，这个过程称为再结晶。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.12.1再结晶过程的组织特点回复后的组织部分再结晶的组
8、织再结晶晶粒变形带1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化回复后的图像部分再结晶的图像变形带再结晶晶粒1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化部分再结晶的组织完全再结晶的组织1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化部分再结晶的图像完全再结晶的图像1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 强度 塑性 2.2 2.2 性能变化残余应力强度硬度塑性回复再结晶晶粒长大 晶界 grain boundary grain boundary 变形带 deformation bands deformation bands 夹杂物 inclusion inc
9、lusion 孪晶界 twin boundary twin boundary 2.3 2.3 形核和长大 金属再结晶是通过形核和长大的方式来完成的再结晶晶核在局部高能区域优先形成.1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.3.1 2.3.1 形核机制再结晶晶核 金属变形程度较小时，金属的变形不均匀，各晶粒的位错密度不同，在再结晶退火时，大角度晶界上的一段通过晶界迁移向亚晶粒细小，为错密度高的一侧弓出去，在其前沿扫过的区域留下无畸变的区域，作为再结晶的核心。晶界弓出1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化亚晶聚合 1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变
10、化 亚晶长大1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.3.2 2.3.2 再结晶晶核的长大长大方式：晶界迁移（晶界迁移的方向背离曲率中心）驱动力：再结晶晶粒与变形基体之间的应变能之差。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.4 2.4 再结晶动力学（1 1）再结晶速度与温度的关系v v再Aexp(-QR/RT)Aexp(-QR/RT)v v再 再结晶速度；A-A-比例常数；QR-QR-再结晶激活能；R-R-气体常数；T-T-加热温度。（2 2）规律有孕育期;温度越高,变形量越大孕育期越短;在体积分数为0.50.5时速率最大，然后减慢。1 16 6.2.2 冷变
11、形金属在加热时的组织性能变化1 1 再结晶温度：经严重冷变形（变形量70%70%）的金属或合 金，在1h1h内能够完成再结晶的（再结晶体 积分数95%95%）最低温度。高纯金属：T T再(0.25-0.35)Tm(0.25-0.35)Tm。2 2 经验公式 工业纯金属：T T再(0.35-0.45)Tm(0.35-0.45)Tm。合金：T T再(0.4-0.9)Tm(0.4-0.9)Tm。(注：再结晶退火温度一般比上述温度高100100200200。)影响再结晶温度的因素2.5 2.5 再结晶温度1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化1 1 退火温度。温度越高，再结晶速度越大。
12、2 2 变形量。变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。2.6 2.6 影响再结晶的因素1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化3 3 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。4 4 微量溶质元素。阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。5 5 第二分散相。间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心，促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化2.7 2.7 研究再结晶的方法 硬度法 金相法 x x射线法 透射电镜观察1 16
13、 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化硬度法回复再结晶晶粒长大1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化金相法1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化X X射线法 01002003004005006007008000.0380.0390.0400.0410.0420.0430.0440.0450.046 FMTHTemperature(0C)1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化TEM TEM 观察1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化再结晶退火 将冷变形金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。恢
14、复变形能力 改善显微组织 消除各向异性 提高组织稳定性2.8 2.8 再结晶的应用主要作用1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 3 3 晶粒长大 再结晶刚刚完成时，一般得到的是细小的等轴晶粒，当温度继续升高或者进一步延长保温时间时，晶粒仍然可以继续长大。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化3.1 3.1 晶粒的正常长大 正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。2 2 驱动力：界面能差。界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。(长大方向是指向曲率中心，而再结晶晶核的长大方向相反。)1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化3.1.1 3.1.1 晶粒
15、长大的规律大晶粒吞并小晶粒1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化弯曲晶界平直化；三叉晶界120120；晶界趋向六边形。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化(1)(1)温度。温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。(2)(2)分散相粒子。阻碍晶界迁移，不利晶粒长大。(3)(3)杂质与合金元素。“气团作”钉扎晶界,不利 于晶界移动。(4)(4)晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度 晶界，因而前者的移动速率低于后者。3.1.2 3.1.2 影响晶粒长大的因素1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化1 1 异常长大:少数再结晶晶粒的急剧长大现象。(二次再结
16、晶）2 2 基本条件:正常晶粒长大过程被(第二分散相微粒、织构）强烈阻碍。3 3 驱动力：界面能变化。3.2 3.2 晶粒的异常长大1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 机制织构明显晶粒粗大1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 缺点：粗大晶粒降低材料的机械性能。优点：硅钢片生产中，二次再结晶可获得高斯织构110110和立方织构100100，还可以利用二次再结晶制取单晶体。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化形成机理:(1)(1)选择长大 认为在形变基体内存在着所有的晶核，在再结晶时，几乎同时开始成长。只有那些对于基体取向具有最大晶界迁移速度
17、的晶核成长得快，而那些移动较慢的晶核，在再结晶时将被吞掉。最后形成以成长最快的晶核为择优取向的再结晶织构。(2)(2)定向形核 认为再结晶的核心同形变织构之间存在一定的晶体取向关系。这种具有特定取向的核心依靠吞并形变基体而成长，就形成了再结晶织构。1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化定向形核机制1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化020406080020406080-0.51000.33371.1772.0212.8653.7094.5525.3966.240332111111选择长大机制1111111120011 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织
18、性能变化3.4 3.4 再结晶退火后金属组织性能的控制 再结晶退火：将冷变形金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工艺。采用冷塑性变形和再结晶退火是获得细小晶粒的一个重要手段。退火后晶粒大小d d取决于：冷变形量和退火温度T T 1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化再结晶晶粒细化的途径降低金属纯度(杂质/合金元素）细化原始晶粒增加变形程度降低退火温度提高加热速度缩短加热时间1 16 6.2.2 冷变形金属在加热时的组织性能变化 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶 热变形加工
19、与冷变形加工的区别 这两种变形加工的分界线是再结晶温度。l 冷变形加工：在再结晶温度之下进行的变形加工，变形的同时没有再结晶发生。l 热变形加工：在再结晶温度之上进行的变形加工。在变形的同时也进行着动态的再结晶，在变形后的冷却过程中，也继续发生再结晶。冷变形加工：可以达到较高精度和较低的表面粗糙度，并有加工硬化的效果。但是，变形抗力大，一次变形量有限。冷变形加工多用于截面尺寸较小，要求表面粗糙度值低的零件和坯料。热变形加工：产品力学性能高；无加工硬化现象；产品尺寸精度有所下降。热变形加工多用于形状较复杂的零件毛坯及大件毛坯的锻造和热轧钢锭成钢材等。冷变形加工和热变形加工的优缺点 1 16 6.
20、3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶热加工时，硬化过程与软化过程是同时进行的，按其特征不同，可分为下述五种形式：(1)(1)动态回复(2)(2)动态再结晶 （1 1）、（2 2）在温度和负荷联合作用下发生。(3)(3)亚动态再结晶(4)(4)静态再结晶(5)(5)静态回复 （3 3）、（4 4）、（5 5）是在变形停止之后，即在无负荷作用下发生的。1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶l动态回复：是指在热变形过程中，光学显微组织发生改变前(即在再结晶晶粒形成前)所产生的某些亚结构和性能的变化过程。l动态再结晶：是指在再结晶温度以上的变形过程中，随着变形所产生的储存能的释
21、放，应变能逐渐下降，新的无畸变的等轴晶粒的形成和长大过程。l亚动态再结晶：除去变形外力后已发生动态再结晶的晶体不必经过任何孕育期可继续长大推移的现象.l静态再结晶：只发生动态回复的形变晶体在变形后经过一定时间(道次间隔时间)重新形核长大.1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶1 1、动态回复IIIIII（1 1）真应力真应变曲线 I I 微应变阶段 II II动态回复的初始阶段 III III 稳态变形阶段 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶（2 2）组织结构变化l热加工后的晶粒沿变形方向伸长，同
22、时，晶粒内部出现动态回复所形成的等轴亚晶粒。l亚晶尺寸与稳态流变应力成反比，并随变形温度升高和变形速度降低而增大。1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶（3 3）动态回复的机制l动态回复的机制是位错的攀移和交滑移，攀移在动态回复中起主要的作用。l层错能的高低是决定动态回复进行充分与否的关键因素。l动态回复易在层错能高的金属，如铝及铝合金中发生。1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶（4 4）影响动态回复的因素l金属的点阵类型l应变速率和温度l溶质元素l第二相l原始亚结构 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶2 2 动态再结晶IIIIII（
23、1 1）真应力真应变曲线 I I加工硬化阶段（0c)0c)II II动态再结晶的初始阶段（cscTT T再静态再结晶无畸变等轴晶粒 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶 亚动态再结晶 热变形过程中已形成但未长大的动态再结晶晶核变形后长大，引起软化，此过程称为亚动态再结晶。特点:无孕育期l影响因素:变形温度再结晶速度 再结晶速度 变形速率孕育期再结晶速度 合金元素和杂质原子阻碍晶界迁移，延迟再结晶时间，细化晶粒。1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶热加工后的晶粒组织变化 IIIIIIIV(b)(a)热加工动态再结晶静态回复未再结晶静态再结晶亚动态再结晶晶粒
24、长大晶粒长大l如果不发生动态再结晶，晶粒伸长（加工硬化），产生回复（II-aII-a），则经过一定孕育期后，发生静态再结晶（III-aIII-a），再结晶结束后，晶粒长大。其特点是在晶粒长大过程中，晶粒都是均等长大，所以得到均匀的组织（IV-aIV-a），没有形成混晶组织。1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶静态再结晶热加工过程静态再结晶过程模式图 在加热状态下，奥氏体晶粒粗大（a a）；变形时，随着变形量增大，晶粒伸长（b b），在各个伸长的晶粒内部因蓄积了由位错而引起的应变能；以此为形核驱动力，发生静态再结晶（C C）；随晶核的长大，最后全部成为再结晶组织（d d）；再结晶结束后，晶粒借助热能长大 a)再加热状态再加热状态 b)变形后的晶粒变形后的晶粒 c)开始再结晶开始再结晶 d)完成再结晶完成再结晶 e)晶粒长大晶粒长大 1 16 6.3 .3 金属在热变形过程中的回复及再结晶提问与解答环节Questions and answers添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本 .您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字谢谢您的观看与聆听Thank you for watching and listening
