塑性加工过程的组织性能变化.ppt
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1、第6章塑性加工过程的组织性能 变化和温度-速度条件,6.1 塑性加工中金属的组织与性能 6.2 金属塑性变形的温度-速度效应 6.3 形变热处理,6.1 塑性加工中金属的组织与性能,6.1.1 冷变形 6.1.2 热变形 6.1.3 塑性变形对固态相变的影响,6.1.1 冷变形,1冷变形的概念 2冷变形时金属显微组织的变化 3冷变形时金属性能的变化,1.冷变形的概念,变形温度低于回复温度,在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象,通常把这种变形称为冷变形或冷加工。冷变形时金属的变形抗力较高,且随着所承受的变形程度的增加而持续上升,金属的塑性则随着变形程度的增加而逐渐下降,表现出明显的硬化现
2、象。,金属的冷变形一般要进行几次。每次只能根据金属本身的性质与具体的工艺条件,完成一定数值的总变形量。在各道次冷变形中间,要将硬化的、不能继续变形的坯料进行退火处理以恢复塑性,这种冷变形后退火,退火后又重复进行冷变形的作业,称为冷变形退火循环。可见,恰当地利用冷变形退火循环可以将金属加工到任意形状和大小,以及任意程度的硬化或软化状态的制品。,冷变形的优点是制品表面光洁、尺寸精确、形状规整;可以得出具有任意硬化程度和软化程度的产品,以满足工业对材料的不同要求,而这是热变形很难实现的。,顺便指出,用退火工作来进行对硬化材料的部分软化制取半硬、3/4硬等制品时,因为再结晶过程进行很快,受炉温的波动很
3、敏感,不如用冷变形以控制变形程度严格(特别是那些不可热处理强化的金属和合金)。,2.冷变形时金属显微组织的变化,(1)纤维组织 多晶体金属经冷变形后,原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形量越大,拉长的越显著。当变形量很大时,各个晶粒已不能很清楚地辨别开来,呈现纤维状,故称纤维组织。被拉长的程度取决于主变形图和变形程度。,(2)亚结构随着冷变形的进行,位错密度迅速提高。只有在变形量比较小或者在层错能低的金属中,位错的分布才是比较分散和比较均匀的。在变形量大而且层错能较高的金属中,位错的分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来,形成位错缠结的高位错密度区,将位错密度低的部分分隔开来,好像在一个晶
4、粒的内部又出现许多“小晶粒”似的,只是它们的取向差不大(几度到几分),这种结构称为亚结构。,当材料含有杂质和第二相时,在变形量大和变形温度低的情况下,所形成的亚晶小,亚晶间的取向差大。亚晶的完整性差(即亚晶内晶格的畸变大)。相反的情况下所产生的亚晶的完整性好且尺度较大。冷变形过程中形成弧结构是许多金属(例如铜、铁、钼、钨、钽、铌等)普遍存在的现象。一般认为亚结构对金属的加工硬化起重要作用,由于各晶块的方位不同,其边界叉为大量位错缠结,对晶内的进一步滑移起阻碍作用。因此,亚结构可提高金属和台金的强度。利用亚晶来强化金届材料是强化措施之一。对于低层错能金属,如不锈钢和黄铜等,由于扩展位错很宽,位错
5、灵活性差,这些材料中易观察到位错的塞积群,不易形成胞状亚结构。,(3)变形织构 多晶体塑性变形时,各个晶粒滑移的同时,也伴随着晶体取向相对于外力有规律的转动,使取向大体趋于一致叫做“择优取向”。具有择优取向的物体,其组织称为“变形织构”。金属及合金经过挤压、拉拔、锻造和轧制以后,都会产生变形织构。塑性加工方式不同,可出现不同类型的织构。通常,变形织构可分为丝织构和板织构。,丝织构系在拉拔和挤压加工中形成,这种加工都是在轴对称情况下变形,其主变形图为两向压缩一向拉伸。变形后晶粒有一共同晶向趋向与最大主变形方向平行,以此晶向来表示丝织构。,丝织构,经较大变形程度的拉拔后:面心立方金属:和 体心立方
6、金属:,板织构是某一特定晶面平行于板面,某一特定晶向平行于轧制方向,因此,板织构用其晶面和晶向共同表示。例如体心立方金属,当其(100)晶面平行于轧面,011晶向平行于轧向时,此板织构可用(100)0l1来表示。,板织构,(4)晶内及晶间的破坏 在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用,因滑移(位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等),双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动,造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少,是造成金属显微裂纹的根源。,冷变形时金属显微组织的变化,(1)纤维组织,(2)亚结构,(3)变形织构,(4)晶内及晶间的破坏,3.冷变形时
7、金属性能的变化,(1)物化性能 a.密度金属经冷变形后,晶内及间晶出现了显微裂纹、裂口、空洞等缺陷致使金属的密度降低。b.电阻冷变形一般使金属材料的电阻增加。c.化学稳定性 冷变形后,金属的残余应力和内能增加,从而使化学不稳定性增加,耐蚀性能降低。,(2)力学性能 由于发生了晶内及晶间破坏,晶格产生了畸变以及出现第二、三类残余应力等,故经受冷变形后的金属及合金,其塑性指标随所承受的变形程度的增加而下降,在极限情况下可达到接近于完全脆性的状态。另外,由于晶格畸变、出现应力、晶粒的长大、细化以及出现亚结构等,金属的抗力指标则随变形程度的增加而提高。,金属在冷变形时所消耗的能量,大部分转变成热能而散
8、失了其中一小部分(不超过总能量的10),当外力去除后,仍保留在金属的内部,被称为金属的储存能(或残留能)。金属中的储存能是以原予偏离其点阵平衡位置的位能形式存在的。即储存能以点缺陷、位锗和层错的形式存在于金属晶体中。,金属的储存能随着熔点的减低而减少;随晶粒度的减小而增加;随第二相与基体变形的不协调的增加而增加;凡是能引起加工硬化的因素,均能使储存能增加;随变形程度的增加而增加;随不均匀变形程度增大而增大。,(3)织构与各向异性 金属材料经塑性变形以后,在不同加工方式下,会出现不同类型的织构。由于织构的存在而使金属呈现各向异性。,6.1.2 热变形,1热变形的概念 2热变形对金属组织性能的影响
9、 3热变形过程中的回复与再结晶,1.热变形的概念,所谓热变形(又称热加工)是指变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。一般在热变形时金属所处温度范围是其熔点绝对温度的0.750.95倍,在变形过程中,同时产生软化与硬化,且软化进行的很充分,变形后的产品无硬化的痕迹。,与其它加工方法相比,如冷加工,具有自己一系列的优点,诸如:(1)金属在热加工变形时,变形抗力较低,消耗能量较少。(2)金属在热加工变形时,其塑性升高,产生断裂的倾向性减小。(3)与冷加工相比较,热加工变形一般不易产生织构。,(4)在生产过程中,不需要像冷加工那样的中间退火,从而可使生产工序简化,生产效率提高。(5)热加工变形可引
10、起组织性能的变化,以满足对产品某些组织与性能的要求。,同其它加工方法相比也有如下的不足:(1)对薄或细的轧件,由于散热较快,在生产中保持热加工 的温度条件比较困难。因此,目前对生产薄的或细的金属材料来讲,一般仍采用冷加工(如冷轧、冷拉)的方法。(2)热加工后轧件的表面不如冷加工生产的尺寸精确和光洁。因为在加热时,由于轧件表面生成氧化皮和冷却时收缩的不均匀。,(3)热加工后产品的组织及性能不如冷加工时均匀。因为热加工结束时,工件各处的温度难于均匀一致。(4)不依赖热加工提高材料强度。(5)有些金属具有热脆的不进行热加工。,2.热变形对金属组织性能的影响,(1)热变形对铸态组织的改造 回忆:铸态组
11、织有何特点?一般来说,金属在高温下塑性高、抗力小,加之原子扩散过程加剧,伴随有完全再结晶时,更有利于组织的改善。故热变形多作为铸态组织初次加工的方法。,热变形能最有效地改变金属和合金的铸锭组织,可以使铸态组织发生下述有利变化。a.一般热变形是通过多道次的反复变形来完成。b.由于应力状态中静水压力分量的作用,可使锭中存在的气泡焊合,缩孔压实,疏松压密,变为较致密的结构。c.由于高温下原子热运动能力加强,在应力作用下,借助原子的自扩散和互扩散,可使铸锭中化学成分的不均匀性相对减少。上述三方面综合作用的结果,可使铸态组织改造成变形组织(或加工组织),它比铸锭有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀
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- 塑性 加工 过程 组织 性能 变化
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