1、金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶韧性断口韧性断口脆性解理断口脆性解理断口第1页/共71页l塑性变形的形式：塑性变形的形式：滑移和孪生。滑移和孪生。l金属常以滑移方式发生塑性变形。金属常以滑移方式发生塑性变形。第2页/共71页第3页/共71页l沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面滑移面和和滑移滑移方向方向。通常是晶体中的密排面和密排方向通常是晶体中的密排面和密排方向。第4页/共71页体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向滑移系滑移系三种典型金属晶格的滑移系三
2、种典型金属晶格的滑移系第5页/共71页第6页/共71页铜拉伸试样表面滑移铜拉伸试样表面滑移带带第7页/共71页第8页/共71页切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动切应力作用下的变形和滑移面向外力方向的转动第9页/共71页l当滑移面、滑移方向与外力方向都呈当滑移面、滑移方向与外力方向都呈45角时，滑角时，滑移移 方向上切应力方向上切应力最大，因而最大，因而最容易发生最容易发生滑移滑移.l滑移后滑移后,滑移滑移面两侧晶体面两侧晶体的位向关系的位向关系未发生变化。未发生变化。A0A1FFA0第10页/共71页韧性断口韧性断口第11页/共71页多多 脚脚 虫虫 的的 爬爬 行行第12页/共71页
3、l晶体通过位错运动产生滑移晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中心的少数原时，只在位错中心的少数原子发生移动，它们移动的距子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种而所需临界切应力小，这种现象称作现象称作位错的易动性位错的易动性。第13页/共71页刃位错的运动刃位错的运动第14页/共71页第15页/共71页孪晶组织孪晶组织孪生示意图孪生示意图第16页/共71页第17页/共71页奥氏体不锈钢中退火孪晶奥氏体不锈钢中退火孪晶钛合金六方相中的形变孪晶钛合金六方相中的形变孪晶第18页/共71页二、二、多晶体金属的塑性变形多晶体金属的塑性变形第19页
4、/共71页晶界对塑性变形的影响晶界对塑性变形的影响Cu-4.5Al合金合金晶界的位错塞晶界的位错塞积积第20页/共71页便成为塑性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。晶粒的变形阻力。由于晶粒间的这由于晶粒间的这种相互约束，使种相互约束，使得多晶体金属的得多晶体金属的塑性变形抗力提塑性变形抗力提高。高。第21页/共71页一批晶粒传递到另一批晶粒传递到另一批晶粒，一批晶粒，当有大当有大量晶粒发生滑移后，量晶粒发生滑移后，金属便显示出明显金属便显示出明显的塑性变形。的塑性变形。第22页/共71页细，晶界总面积细，晶界总面积越大，位错障碍越大，位错障碍越多；需要协调越多；需要协调的具有不同位向的具有不同
5、位向的晶粒越多的晶粒越多，使，使金属塑性变形的金属塑性变形的抗力越高。抗力越高。晶粒大小与金属强度关系晶粒大小与金属强度关系第23页/共71页形的晶粒数目也越形的晶粒数目也越多，变形越均匀，多，变形越均匀，使在断裂前发生较使在断裂前发生较大的塑性变形。强大的塑性变形。强度和塑性同时增加度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗金属在断裂前消耗的功也大，的功也大，因而其因而其韧性也比较好。韧性也比较好。应变应变应力应力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料第24页/共71页通过细化晶粒来同通过细化晶粒来同时提高金属的强度、时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性硬度、塑性和韧性的方法称的方法称细晶强化。细晶强化。第
6、25页/共71页珠光珠光体体奥氏奥氏体体第26页/共71页第27页/共71页Cu-Ni合金成分与性能关合金成分与性能关系系第28页/共71页 形除与合金基体的性质形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数性质、形态、大小、数量和分布有关。量和分布有关。第二相第二相可以是纯金属、固溶体可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。第二相多数是化合物。+钛合金钛合金(固溶体第二相固溶体第二相)第29页/共71页珠光体珠光体第30页/共71页颗粒钉扎作用的电镜照片颗粒钉扎作用的电镜照片第31页/共71页位错切割第二相粒子示意图位
7、错切割第二相粒子示意图电镜观察电镜观察第32页/共71页第33页/共71页 得模糊不清。得模糊不清。l塑性变形还塑性变形还使晶粒破碎使晶粒破碎为亚晶粒。为亚晶粒。第34页/共71页工业纯铁在塑性变形前后的组织变化工业纯铁在塑性变形前后的组织变化5%冷变形纯铝中的位错网冷变形纯铝中的位错网(a)正火态正火态(c)变形变形80%(b)变形变形40%第35页/共71页l形变织构使金属形变织构使金属呈现各向异性呈现各向异性，在深冲零件时，在深冲零件时，易产生易产生“制耳制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。但织构可提高硅钢片的导磁率。可提高硅钢片的导磁率。板织构板
8、织构丝织丝织构构形变织构示意图形变织构示意图各向异性导致的铜板各向异性导致的铜板“制耳制耳”有有无无第36页/共71页第37页/共71页二、二、加工硬化加工硬化 冷塑性变形量，%屈服强度，MPa1040钢(0.4%C)黄铜铜冷塑性变形量，%伸长率，%1040钢(0.4%C)黄铜铜第38页/共71页冷塑性变形与性能关系冷塑性变形与性能关系第39页/共71页位错密度与强度关系位错密度与强度关系第40页/共71页变形变形20%纯铁中的位错纯铁中的位错未变形纯铁未变形纯铁第41页/共71页三、三、残余内应力残余内应力 第42页/共71页l内应力的存在，内应力的存在，使金使金属耐蚀性下降，属耐蚀性下降，
9、引起引起零件加工、淬火过程零件加工、淬火过程中的变形和开裂中的变形和开裂。因。因此，金属在塑性变形此，金属在塑性变形后，通常要进行退火后，通常要进行退火处理，以消除或降低内应力。处理，以消除或降低内应力。晶界位错塞积晶界位错塞积所引起的应力所引起的应力集中集中第43页/共71页加热温度加热温度 黄黄铜铜第44页/共71页l由于位错运动使其由冷由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称晶界，这一过程称多边多边形化形化。第45页/共71页第46页/共71页铁素体变形铁素体变形80%670加热加热650加热加热第47页/共71
10、页冷变形奥氏体不锈钢加热时的再结晶形核冷变形奥氏体不锈钢加热时的再结晶形核SEM-再结晶晶粒在原再结晶晶粒在原变形组织晶界上形核变形组织晶界上形核TEM-再结晶晶粒形核再结晶晶粒形核于高密度位错基体上于高密度位错基体上第48页/共71页冷变形黄铜组织性能随温度的变化冷变形黄铜组织性能随温度的变化 冷变形冷变形(变形量为变形量为38%)黄铜黄铜580C保温保温15分后的的再结晶组分后的的再结晶组织织第49页/共71页黄铜再结晶后晶粒的长大黄铜再结晶后晶粒的长大580C保温保温8秒后的组织秒后的组织580580C C保温保温1515分后的组织分后的组织700700C C保温保温1010分后的组织分
11、后的组织第50页/共71页原子穿过原子穿过晶界扩散晶界扩散晶界迁晶界迁移方向移方向第51页/共71页冷变形量为冷变形量为38的组织的组织580C保温保温3秒后的组秒后的组织织580C保温保温4秒后的组秒后的组织织580C保温保温8秒后的组秒后的组织织580C保温保温15分后的组织分后的组织 700C保温保温10分后的组分后的组织织第52页/共71页二、再结晶温度二、再结晶温度580C保温保温3秒后的组织秒后的组织580C保温保温4秒后的组织秒后的组织580C保温保温8秒后的组织秒后的组织冷变形冷变形(变形量为变形量为38%)黄铜的再结晶黄铜的再结晶第53页/共71页T再再与与的关系的关系l纯金
12、属的最低再结晶温度纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系与其熔点之间的近似关系:T再再0.4T熔熔 其中其中T再再、T熔熔为绝对温度为绝对温度.l金属熔点越高金属熔点越高,T再再也越高也越高.T再再=(T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=451第54页/共71页第55页/共71页l提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生,延延长加热时间长加热时间,使原子扩散充分使原子扩散充分,再结晶温度降低。再结晶温度降低。l生产中，把生产中，把消除加工硬化的热处理称为消除加工硬化的热处理称为再结晶退火再结晶退火。
13、再结晶退火温度比再结晶温度高再结晶退火温度比再结晶温度高100200。黄铜黄铜580C保温保温8秒后的组织秒后的组织黄铜黄铜580C保温保温15分后的组织分后的组织第56页/共71页三、影响再结晶退火后晶粒度的因素三、影响再结晶退火后晶粒度的因素 再结晶退火温度对晶粒度的影响再结晶退火温度对晶粒度的影响第57页/共71页预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度对再结晶晶粒度的影响预先变形度预先变形度不均匀，再结晶晶不均匀，再结晶晶粒大小相差悬殊，粒大小相差悬殊，易互相吞并和长大易互相吞并和长大,再结晶后晶粒特别再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度粗大，这个变形度称称临界变形度临界变形度。第58页/
14、共71页l对于某些金属，当对于某些金属，当变形量相当大时变形量相当大时(90%)，再结晶后，再结晶后晶粒又重新出现粗晶粒又重新出现粗化现象，一般认为化现象，一般认为这与形成织构有关这与形成织构有关.第59页/共71页预先变形程度对预先变形程度对再结晶晶粒尺寸再结晶晶粒尺寸的影响的影响变形变形83%变形变形88%变形变形93%第60页/共71页再结晶图再结晶图第61页/共71页第五节第五节 金属的热加工金属的热加工 轧制轧制模锻模锻拉拔拉拔第62页/共71页巨型自由锻巨型自由锻件件第63页/共71页第64页/共71页模锻模锻自由锻自由锻轧制轧制正挤压正挤压反挤压反挤压拉拔拉拔冲压冲压第65页/共71页第66页/共71页二、热加工对金属组织和性能的影响二、热加工对金属组织和性能的影响 锻压锻压热加工动态再热加工动态再结晶示意图结晶示意图第67页/共71页滚压成型后螺纹内部的纤维分布滚压成型后螺纹内部的纤维分布吊钩中的纤维组织吊钩中的纤维组织第68页/共71页l带状组织与枝晶偏带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉析被沿加工方向拉长有关。长有关。可通过多可通过多次正火或扩散退火次正火或扩散退火消除消除.正火组织正火组织带状组织带状组织第69页/共71页蒸汽蒸汽-空气锤空气锤第70页/共71页感谢您的观看。感谢您的观看。第71页/共71页
