金属的塑性变形及再结晶

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1、金属材料及热处理第五章金属的塑性变形及再结晶第一节金属的塑性变形第二节冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化第五章金属的塑性变形及再结晶第五章金属的塑性变形及再结晶在工业生产中经常遇到对金属材料进行的塑性变形加工。例如：将铸锭轧制成各种规格品种的型材；将钢料锻造成零件的毛坯；通过冲压制造某些器具和零件等。通过塑性变形，不仅改变了材料的外形和尺寸，而且还能改善组织，提高组织致密性，显著提高金属产品的力学性能，这也是铸件和焊件所不能达到的。第一节金属的塑性变形一、金属的塑性变形基本知识金属材料在载荷作用下变形过程的三个阶段，即

2、弹性变形、弹塑性变形和断裂。一）单晶体的塑性变形1.滑移在切应力作用下，单晶体（或晶粒）内晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面和晶向产生原子间距整数倍距离的移动，当应力除去后也不能恢复原位的这种相对移动称滑移一）单晶体的塑性变形1.滑移1）滑移线与滑移带2）滑移系滑移总数沿着一定的晶面和该面上一定晶向进行的，此晶面称为滑移面，此晶向称为滑移方向。一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系。一）单晶体的塑性变形1.滑移1）滑移线与滑移带2）滑移系3）滑移的特点一）单晶体的塑性变形2.孪生（孪晶）孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和

3、晶向相对于另一部分所发生的切变。发生切变的部分称为孪生带或孪晶，沿其发生孪生的晶面称孪生面，孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称二）多晶体的塑性变形多晶体金属的塑性变形与单晶体比较并无本质上的差别，即每个晶体的塑性变形仍以滑移等方式进行。但由于晶界的存在和每个晶粒中的晶格位向不同，故在多晶体中的塑性变形过程要比单晶体中复杂得多。1.晶界和晶粒的晶格位向对滑移变形的影响晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。各晶粒晶格位向的不同也会增加其滑移抗力。二）多晶体的塑性变形1.晶界和晶粒的晶格位向对滑移变形的影响2.实际金属滑移引起塑性

4、变形的过程实际金属中，由于每个晶粒的晶格位向都不同，导致其滑移面和滑移方向的分布不同，故在外力的作用下，每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切应力也不同。在拉伸试样中，凡滑移面和滑移方向处于或者接近与与外力成45°角的晶粒将先发生滑移，通常称这种位向的晶粒处于“软位向”，而滑移面和滑移方向处于或者接近与外力相平行或者垂直的晶粒位向则称为“硬位向”，软位向晶粒中分切应力最小，难发生滑移。二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响1．冷塑性变形对金属性能的影响在冷变形过程中，随着金属材料变形量的逐渐增加，抗拉强度逐渐增大，延伸率

5、明显下降。这种金属的强度和硬度随变形量增大而增加，塑性和韧性下降的现象称之为加工硬化现象，也叫形变强化或冷作硬化。经过冷塑性变形的金属，其某些物理和化学性能也会发生明显的变化。例如，冷塑性变形使得金属的电阻率增加，导电性能和电阻温度系数下降，导热系数也略微下降，导磁率下降，密度减小。二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响2．冷塑性变形对组织结构的影响1）产生“纤维组织”塑性变形使金属的晶粒形状发生了变化，即随着金属外形的压扁或拉长。当变形量较大时，各晶粒将被拉长成细条状或纤维状，晶界变得模糊不清，形成所谓的“纤维组织”。2）

6、产生变形织构由于在滑移过程中晶体的转动和旋转，当塑性变形量很大时，各晶粒某一位向，大体上趋于一致了，这种现象称择优取向。这种由于塑性变形引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒结构称为变形织构。二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响3．产生残余内应力经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产生的内部变形不均匀而引起的。第一类内应力，又称宏观内应力。

7、它是由于金属材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应力或亚晶粒之间的内应力。第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。第二节冷塑性变形金属在加热时组织和性能的变化金属经冷塑性变形后，其组织结构发生了很大的变化，金属内部各部分变形不均匀，引起内应力，这一切都使形变后的金属处于高能不稳定的状态，存在着自发向原来稳定状态转变的趋势。变形金属在加热中一般经历三个过程：回复，再结晶，晶粒长大一、回复回复是指在

8、加热温度较低时，由于金属中点缺陷及位错的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，此外，由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态变为垂直分布，形成亚晶界，这一过程称为多边形化。在回复阶段，金属组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高