机械工程材料第四章金属的塑性变形与再结晶.ppt

第五节 金属的热加工 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。 轧制 模锻 拉拔 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 模锻 自由锻 轧制 正挤压 反挤压 拉拔 冲压 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。 锻压 热加工动态再结晶示意图 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。 滚压成型后螺纹内部的纤维分布 吊钩中的纤维组织 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. 正火组织 带状组织 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 二、多相合金的塑性变形与弥散强化 当合金的组织由多相混合物组成时，合金的塑性变 形除与合金基体的性质有关外，还与第二相的性质、形态、大小、数量和分布有关。第二相可以是纯金属、固溶体或化合物，工业合金中第二相多数是化合物。 ?+?钛合金(固溶体第二相) 当在晶界呈网状分布时，对合金的强度和塑性不利； 当在晶内呈片状分布时，可提高强度、硬度，但会降低塑性和韧性； 珠光体 当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。 弥散强化的原因是由于硬的颗粒不易被切变，因而阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。 颗粒钉扎作用的电镜照片 位错切割第二相粒子示意图 电镜观察 第三节 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 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% 由于晶粒的转动，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 各向异性导致的铜板 “制耳” 有 无 轧制铝板的“制耳”现象 二、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。 冷塑性变形量，% 屈服强度，MPa 1040钢(0.4%C) 黄铜 铜 冷塑性变形量，% 伸长率，% 1040钢 (0.4%C) 黄铜 铜 冷塑性变形与性能关系 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)，使变形抗力增加. Si中的位错源 晶体中的位错源 位错密度与强度关系 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, 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。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，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 变形20%纯铁中的位错 未变形纯铁 三、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。 晶界位错塞积所引起的应力集中 第四节