03第三章金属的塑性变形与再结晶-工程材料报告.ppt

第二节 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.晶粒变形 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，晶界变得模糊不清。 塑性变形还使 晶粒破碎为亚 晶粒。 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 5%冷变形纯铝中的位错网 (a) 正火态 (c) 变形80% (b) 变形40% 2.形变织构 在塑性变形过程中，由于晶粒的转动，当变形达到一定程度时，会使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，这种现象称织构或择优取向.。 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。 板织构 丝织构 形变织构示意图 各向异性导致的“制耳” 变形前 变形后 二、冷塑性变形对金属组织性能的影响 1．加工硬化（形变硬化）（冷作硬化） 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。 产生加工硬化的原因是： 1）随变形量增加，位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结等)，使变形抗力增加。 2）随变形量增加，亚结构细化。 3）随变形量增加, 空位密度增加。 4）几何硬化：由晶粒转动引起。 由于加工硬化的存在，使已变形部分发生硬化而停止变形，而未变形部分开始变形，因此，没有加工硬化，金属就不会发生均匀塑性变形。 加工硬化是强化金属的重要手段之一，尤其对于那些不能以热处理强化的金属和合金更为重要。 2.物理化学性能的变化 3.残余内应力 内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时，外力所做的功只有10%转化为内应力残留于金属中。 内应力分为三类： 第一类内应力平衡于表面与心部之间（宏观内应力）。 第二类内应力平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间，（微观内应力） 。 第三类内应力是由晶格缺陷引起的畸变应力。 第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。而第一、二类内应力都使金属强度降低。 内应力的存在，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，以消除或降低内应力。 第三节 回复与再结晶 金属经冷塑性变形后，组织处于不稳定状态，有自发恢复到变形前组织状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可以维持相当长时间，而加热则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。 ㈠ 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。 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， 这一过程称多边形化。 多边形化示意图 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。 ㈡ 再结晶 1. 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。 铁素体变形80% 650℃加热 670℃加热 再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。 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。 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。 580oC保温3秒后的组织 580oC保温4秒后的组织 580oC保温8秒后的组织 冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶 2.再结晶温度 T再与ε的关系 3.影响再结晶温度的因素为： 1）金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大，再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。 纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系：T再≈0.4T熔。 其中T再、T熔为绝对温度。 金属的熔点越高，T再也越高。 2）金属的纯度 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素起阻碍扩散和晶界迁移作用，使金属再结晶温度显著提高。 3）再结晶加热速度和加热时间 提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生，延长加热时间，使原子扩散充分，再结晶温度降低。 工业生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度常