金属学及热处理第五章金属的塑性变形和再结晶.ppt

金属学及热处理第5章金属的塑性变形和再结晶 第5章 金属的塑性变形和再结晶 第5章 金属的塑性变形和再结晶 本章的主要学习内容： 金属变形的基本过程： 弹性变形→塑性变形→断裂 金属的塑性变形： 应力大于σe时开始塑性变形。 应力达到σs和σ0.2时开始明显 塑性变形。 拉伸曲线的最高点所代表的应力为抗拉极限强度σb 。 第5章 金属的塑性变形与再结晶 第5章 金属的塑性变形与再结晶 第5章 金属的塑性变形与再结晶 5.4.1 塑性变形对金属组织的影响 5.4 塑性变形对金属组织与性能影响 金属的一个晶粒中一般存在很多亚晶粒。塑性变形后，亚晶粒进一步细化成为胞块，称为变形亚晶。胞块之间位向差不超过2o。胞壁由大量堆积位错构成，胞内位错密度较低。变形量越大，胞块越多，尺寸越小，并沿变形方向被拉长。 金属塑性变形时位错不断增殖，位错密度大幅提高。 变形亚晶阻碍位错滑移，提高变形抗力，加工硬化。 （2）亚结构的细化 5.4.1 塑性变形对金属组织的影响 5.4 塑性变形对金属组织与性能影响 金属塑性变形过程中，各晶粒的滑移面和滑移方向逐渐向外力方向转动，当变形量很大时，各晶粒的取向会大致趋于一致，这一现象称为晶粒的择优取向。变形金属中的这种组织状态称为变形织构。 拉拔变形产生的织构是各个晶粒的某一晶向大致与拉拔方向平行，称之为丝织构。轧制变形产生的织构是各个晶粒的某一晶面与轧制平面平行，而某一晶向与轧制的主变形方向平行，称之为板织构。 （3）变形织构 5.4.1 塑性变形对金属组织的影响 5.4 塑性变形对金属组织与性能影响 由于金属塑性变形的不均匀性和产生点阵畸变，变形后在金属内部留下残余内应力和点阵畸变。 宏观内应力（第一类内应力）：工件各部分宏观变形不均匀而引起的，其平衡范围是工件的整个体积。 微观内应力（第二类内应力）：由于各晶粒或亚晶粒之间变形不均匀而产生的，其平衡范围为几个(亚)晶粒。 点阵畸变（第三类内应力）：塑性变形产生的缺陷使点阵中一部分原子偏离其平衡位置，造成晶格畸变。 （4）残余应力 5.4.2 塑性变形对金属性能的影响 5.4 塑性变形对金属组织与性能影响 随着塑性变形程度的增加，金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降，这一现象称为加工硬化。 随着塑性变形的进行，位错相互交割，产生位错塞积，形成位错缠结，位错密度提高，位错的进一步运动受阻，引起变形抗力增加，提高了金属的强度和硬度。 冷轧钢板，冷拔钢丝，限制颈缩。 连续多道次变形过程可采用中间退火消除加工硬化。 （1）对金属机械性能的影响 5.4.2 塑性变形对金属性能的影响 5.4 塑性变形对金属组织与性能影响 塑性变形使金属的电阻率增加，电阻温度系数下降，导热系数下降，导磁率和磁饱和系数下降，磁滞和矫顽力增加。 塑性变形提高金属的内能，使化学活性提高，腐蚀速度加快。塑性变形后，由于金属中的晶体缺陷（位错及空位）增加，原子扩散速度增加。 （2）对金属物理和化学性能的影响 5.5 冷变形金属的回复与再结晶 金属塑性变形消耗的能量大部分转变成热而散失，小部分以晶体缺陷引起的晶格缺陷和变形不均匀所引起的弹性应变能的形式储存于金属内部，称为储存能。 储存能使塑性变形后的金属自由能升高，热力学不稳定，有自发恢复到自由能较低的稳定态趋势。但在室温下原子不易扩散，恢复极为缓慢。 加热升温，金属原子扩散能力提高，冷变形金属向稳定态转变，变化分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。 向稳定态的转变将引起组织与性能变化，转变的驱动力是储存能。 5.5.1 回复 5.5 冷变形金属的回复与再结晶 经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织改变前产生的某些亚结构和性能的变化过程称为回复。 回复过程纤维状晶粒组织保持不变，金属的强度、硬度和塑性变化不大，电阻率减小，抗腐蚀能力提高，第一类内应力基本消除。 加热温度较低时，空位移至晶界或位错处而消失，空位与间隙原子结合而消失，空位之间聚合而形成空位对或空位群，点缺陷密度大幅度下降。 5.5.1 回复 5.5 冷变形金属的回复与再结晶 加热温度较高时，位错开始运动，异号位错吸引抵消，使位错密度降低。温度更高时，刃型位错攀移，沿垂直于滑移面方向排列成位错墙，构成小角亚晶界，形成完整的亚晶块，称为回复亚晶。这一过程称为多边形化。 刃型位错攀移和滑移示意图 多边形化前后位错排列情况 5.5.1 回复 5.5 冷变形金属的回复与再结晶 多边形化过程实质上是位错从高能态的混乱排列向低能态的规则排列移动的过程。 生产上的去应力退火就是利用回复过程使冷加工金属在基本保持加工硬化状态的条件下，降低其内应力，并能改善耐蚀性，降低电阻率。 对铸件和焊接件加工后及时进行去应力退火，可以防止变形和开裂，这也