金属的塑性变形与再结晶.ppt

第六章 金属的塑性变形与再结晶,锻造、冲压、轧制以及车铣刨钻都是经塑性实现的。塑性变形及随后的加热对金属材料组织和性能有显著的影响.了解塑性变形的本质,塑性变形及加热时组织的变化，有助于发挥金属的性能潜力，正确确定加工工艺.,5万吨水压机,第一节 金属的塑性变形,单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。,一、单晶体金属的塑性变形,塑性变形的形式：滑移和孪生。金属常以滑移方式发生塑性变形。滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。,1、滑移变形的特点：滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称临界切应力.,滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。,二、多晶体金属的塑性变形,工程上使用的金属大多数为多晶体。单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。一）晶界对塑性变形的影响多晶体中，晶界上原子排列不规则，形成过渡区；缺陷和杂质集中的地方，因此能使变形抗力增大。当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高。,晶界对塑性变形的影响,二）晶粒大小对金属力学性能的影响金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。因为金属晶粒越,细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。,晶粒大小与金属强度关系,金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变,形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大，因而其韧性也比较好。,第二节 冷塑性变形对组织和性能的影响,一、塑性变形对组织结构的影响 1、金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状。,2、塑性变形还使晶粒破碎。变形量的说明.P127,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化,3、当塑性变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与变形方向趋于一致，这种现象称形变织构或择优取向。,形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时，易产生,“制耳”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。,轧制铝板的“制耳”现象,二、产生加工硬化,随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。,冷塑性变形与性能关系,三、产生残余应力,金属材料在塑性变形过程中，内部变形的不均匀性，导致在变形后仍残存于金属材料内的应力称为残余应力（内应力）。残余应力的存在，使金属耐蚀性下降，引起零件加工、淬火过程中的变形和开裂。因此，金属在塑性变形后，通常要进行退火处理，以消除或降低残余应力。,第三节 冷变形金属在加热时的变化,金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。,一、回复回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错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。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，但内应力、电阻率等显著下降。工业上，常利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。,二、再结晶一）再结晶过程当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。这种冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。,由于再结晶后组织的复原，因而金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。,二）再结晶温度,再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。T再0.4T熔(绝对温度K)金属熔点越高,T再也越高.T再=(T熔+273)0.4273，如Fe的T再=(1538+273)0.4273=451,三）再结晶退火生产中，把消除加工硬化、提高塑性的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度高100200。,三、再结晶后的晶粒长大再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。,晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低。,黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片,影响再结晶退火后晶粒度的因素是加热温度和保温时间。,加热温度越越高，保温时间长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。,再结晶退火温度对晶粒度的影响,第四节 金属的热塑性变形（热加工）,一、冷加工与热加工的区别在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。低于再结晶温度的加工称为冷加工，而高于再结晶温度的加工称为热加工。,如 Fe 的再结晶温度为451，其在400 以下的加工仍为冷加工。而 Sn 的再结晶温度为-71，则其在室温下的加工为热加工。热加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。,巨型自由锻件,自由锻,金属的冷热加工,冷轧与热轧,二、热加工对金属组织和性能的影响,热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大的树枝晶或拄状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀、晶粒细化，力学性能提高。,热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作流线，由这种流线体现的组织称纤维组织。它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与拉应力方向一致。,在加工亚共析钢时，发现钢中的F与P呈带状分布，这种组织称带状组织。,带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。可通过多次正火或扩散退火消除.,热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。,蒸汽-空气锤,