金属塑性变形对组织和性能的影响

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1、金属塑性变形对组织和性能的影响（一）变形程度的影响塑性变形程度的大小对金属组织和性能有较大的影响。变形程度过小，不能起到细化晶粒提高金属力学性能的目的；变形程度过大，不仅不会使力学性能再增高，还会出现纤维组织，增加金属的各向异性，当超过金属允许的变形极限时，将会出现开裂等缺陷。对不同的塑性成形加工工艺，可用不同的参数表示其变形程度。锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。拔长：Y锻=S0/S（S0、S分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）；镦粗：Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。碳素结构钢的锻造比在2~3范围

2、选取，合金结构钢的锻造比在3~4范围选取，高合金工具钢（例如高速钢）组织中有大块碳化物，需要较大锻造比（Y锻=5~12），采用交叉锻，才能使钢中的碳化物分散细化。以钢材为坯料锻造时，因材料轧制时组织和力学性能已经得到改善，锻造比一般取1.1~1.3即可。表示变形程度的技术参数：相对弯曲半径（r/t）、拉深系数（m）、翻边系数（k）等。挤压成形时则用挤压断面缩减率（εp）等参数表示变形程度。（二）纤维组织的利用纤维组织：在金属铸锭组织中的不溶于金属基体的夹杂物（如FeS等），随金属晶粒的变形方向被拉长或压扁呈纤维状。当金属再结晶时，被压碎的晶粒恢复为等轴

3、细晶粒，而夹杂物无再结晶能力，仍然以纤维状保留下来，形成纤维组织。纤维组织形成后，不能用热处理方法消除，只能通过锻造方法使金属在不同方向变形，才能改变纤维的方向和分布。纤维组织的存在对金属的力学性能，特别是冲击韧度有一定影响，在设计和制造零件时，应注意以下两点：（1）零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，切应力方向与纤维方向垂直。（2）纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合，而不被切断。例如，锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力；曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂(三）冷变

4、形与热变形通常将塑性变形分为冷变形和热变形。冷变形：再结晶温度以下的塑性变形。冷变形有加工硬化现象产生，但工件表面质量好。热变形：再结晶温度以上的塑性变形。热变形时加工硬化与再结晶过程同时存在，而加工硬化又几乎同时被再结晶消除。由于热变形是在高温下进行的，金属在加热过程中表面易产生氧化皮，使精度和表面质量较低。自由锻、热模锻、热轧、热挤压等工艺都属于热变形加工。第11讲冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化         本讲重点：冷塑性变形时金属组织结构的变化及变形后的性能变化；                              冷塑性变形金

5、属加热时组织与性能的变化； 11.1冷塑性变形对金属组织与性能的影响           △冷塑性变形：金属在室温或较低温度下发生的永久变形。           举例：反复弯折一根铜丝，其性能的变化。          △目的：得到所需的形状或尺寸（如冷拉，冷轧等），提高强度和硬度（加工硬化）。          △晶体结构不同，塑变能力不同               面心立方(Cu、Al、Ag、Au)〉体心立方（Fe、Cr）〉密排六方（Zn、Mg）1.冷塑性变形时组织：   1）形成纤维状组织：晶粒沿变形方向拉长或成纤维状（见课件图3-11）。 

6、  2）亚结构细化：    晶粒碎化    内部亚结构细化晶体缺陷密度增加。（见课件图3-13） 3）择优取向：位向各不相同的晶粒会转到接近一致的位向。（课件图3-12）2.冷塑性变形后金属性能的变化1）加工硬化：随变形程度增加，强度，硬度上升，塑性，韧性下降的现象。          产生原因：随变形量↑→位错密度↑→位错在运动中相遇、缠结→位错运动阻力↑→变形抗力↑→强度、硬度↑。             作用：a.难以继续变形，需退火软化                 b.强化手段之一。（如形变铝合金）                   c.

7、抵抗局部过载                   d.许多冷成型加工的保证。（如冷拉、冷轧）                  2）产生残余应力                 定义：外力去处后，残留且平衡于金属内部的应力。                 产生原因：各部分及各晶粒之间变形不均匀和晶格畸变所产生的。              降低承载能力     对性能的影响：  使工件在使用过程中发生变形或产生裂纹                    降低耐蚀性等                3）产生各相异性：由于出现择优取向，使金属在各方向上的

8、性能不相同。                    例1：力学性能：变形方向强度高，垂直于变形