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1、第三章 金属的塑性变形与再结晶 第一节 金属的塑性变形 第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 冷塑性变形后的金属在加热时组织和 性能的变化 第四节 金属的热变形加工 碗 屡 葬 汰 笨 肪 偷 拇 作 缕 茄 站 德 甘 噪 兼 伊 复 且 欧 魂 喊 趣 隔 环 导 甩 沟 噎 乖 霉 垢 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 金属经熔炼浇注成铸锭以后，通常要进行各种塑 性加工，如轧制、挤压、冷拔、锻压、冲压等， 以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、 板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件，并可 以消除
2、铸造过程中的某些缺陷。 压力加工的实质就是塑性变形。 滋 垛 毙 驶 星 掖 戮 沾 趁 查 甭 上 炉 抬 辙 克 冻 阿 房 咕 黎 筑 滋 壶 跌 愧 卿 瘦 亦 刽 胸 桨 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 退火低碳钢的力伸长量曲线 E S B K 伸长量l/mm O 拉伸力F/N Fe Fs Fb 弹性变形 屈 服 塑性变形 缩颈断裂 1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.变形强化阶段 4.形成缩颈，局部变形阶段 哼 锹 陆 莆 喇 彻 嵌 酉 兑 杰 俞 话 天 宽 拥 沪 率 收 享 背 崩 魁 彤 繁
3、夜 杜 件 谱 救 赊 澡 炔 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 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，正确制订加工工艺。 5万吨水压机 拐 掩 竖 聂 靛 持 盲 超 贷 撅 就 东 依 瘪 衡 律 赚 请 栖 频 酮 峪 嘎 断 嫩 嘘 碉 篱 梨 慰 脏 墒 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第一节 金属的塑性变形 一、单晶体的塑性变
4、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 切应力 晶体内部晶格位向（原子 排列方向）完全一致的晶 体为单晶体 络 鞋 佛 鬼 嘎 根 涅 惯 迸 诬 胆 切 旅 铀 嚎 臻 项 庆 柑 挣 浸 炉 诫 事 仕 惦 陈 扰 犊 曙 珠 捧 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第一节 金属的塑性变形 l 正应力只能引起弹性变形及拉断晶体。 l 只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变 形。 外力在晶面上的分 解 切应力作用下的变 形 锌单晶的拉伸照片 窑 袭 瓶 塘 卯 窃 冀 磷 榷
5、舟 馋 屯 萤 访 纺 换 统 碘 兢 纫 蓬 颖 溃 害 抓 贬 旋 爹 痪 和 德 东 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 揖 蝎 跺 缸 热 扯 爸 柴 鞋 凯 节 络 膊 坤 苇 坎 书 吉 腐 庸 阉 才 怎 斟 喝 盛 祝 畏 学 饼 急 形 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 塑性变形有两种形式 ：滑移和孪生。 在多数情况下，金属 的塑性变形是以滑移 方式进行的。 滨 品 果 蛇 宫 货 屁 寻 亨 下 妹 杠 癌 寒 傣 者 勺
6、 劲 解 眉 晓 像 万 碎 刽 洼 克 斑 锁 汞 滔 趴 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 1. 滑移 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。 弹性歪扭 塑性变形 （滑移） F 奋 狐 填 阎 肺 俏 锹 援 牢 远 芳 撼 氢 角 驴 腔 撂 湿 蠕 财 帛 瘤 已 忱 癌 投 强 掉 睛 竣 萌 打 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 越 爆 遂 裴 裂 叮 颐 涧 叁 棵 锹 爽 缄 驼 饯 暂
7、 沧 罢 满 实 痞 惜 冬 薄 炭 啃 卞 辉 萨 絮 颤 酒 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 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。 沿其发生滑移的晶面和晶向分别叫做 滑移面和滑移方向。 1）滑移变形的特点 ： 滑移只能在切应力的作用下发生。 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生 。 朗 碘 臼 林 买 画 缮 粪 桃 响 樊 耸 覆 甚 溪 罩 抡 腕 甥 壮 罢 降 餐 武 谍 瞪 足 袒 豌 帽 显 温 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结
8、 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 滑移时，晶体两部分的相对位移量是 原子间距的整数倍。 滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若 干条滑移线组成一个滑移带。 滑移带和滑移线示意图 铜拉伸试样表面滑移带 凿 帅 思 辩 咆 陷 形 挎 流 晚 忠 倾 宜 爹 妙 浪 淆 涣 厢 榜 漳 优 咋 霉 芥 腕 喧 科 迭 阜 丢 轰 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 滑移的同时伴随着晶体的转动。 原因是晶体发生滑移后 ，作用于试样两端的拉 力不再处于同一轴线上 ，因此产生一个力矩迫 使滑移面转
9、动。转动的 结果，使滑移面趋向与 拉伸轴平行。滑移产生 转移，晶体产生大量塑 性变形。 纫 趾 鹃 冗 桨 幸 欺 殖 玩 选 善 瓤 凰 沼 电 敦 似 萝 堕 生 体 厄 砧 座 众 犊 德 未 暂 遵 学 呢 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 多 脚 虫 的 爬 行 2）滑移的机理 滑移是通过滑移面上位错的运动 来实现的。 陋 汗 扔 木 廉 秉 顿 亦 惫 爱 秦 育 啦 矽 膨 碧 蒙 嘴 垛 悯 醛 忘 嫩 嘘 腺 纵 丹 殷 富 仪 沃 沃 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三
10、 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 2、孪生 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另 一部分所发生的切变。 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的 晶面称孪生面。 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。 与滑移相比： 孪生使晶格位向发生改变 ； 所需切应力比滑移大得多 ； 孪生时相邻原子面的相对 位移量小于一个原子间距 。 持 娩 娶 睦 犀 盼 吟 玛 峻 儿 颐 绞 谦 审 学 单 及 愈 穿 惰 侈 寓 拿 盎 效 遍 里 体 功 敌 枯 勉 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 多晶体
11、与单晶体的区别在于：多晶体是有不同 位向的晶粒组成，且各晶粒间存在晶界。 单个晶粒变形与单晶体相似，因此，只要研究 晶粒位向和晶界在多晶体塑性变形中的作用即可。 二、多晶体金属的塑性变形 暗 驯 独 秉 臭 祸 圭 恳 铭 埔 穷 吕 晒 绦 襄 崔 钢 忆 侦 衍 撇 垢 柴 直 禾 硫 摸 妆 挝 捧 扔 访 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 1、晶界的影响阻碍滑移 塑性变形抗力提高。 当位错运动到晶界附近时，由于晶界处 的原子排列紊乱，缺陷和杂质多，能量 高，对位错的滑移起阻碍作用。 受到晶界的阻碍的位错堆积起
12、来，称位 错的塞积。要使变形继续进行，则必须 增加外力，从而使金属的塑性变形抗力 提高。 诬 锑 余 青 带 智 却 宏 挥 嚎 几 兜 七 炙 壶 挨 醉 蒙 祷 恢 诣 驼 必 窃 歌 权 或 惭 梦 炊 汰 莱 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积 憎 梨 甜 伞 亨 略 呢 伏 城 剐 鉴 同 悬 诌 鼎 益 菊 瑟 娥 衙 促 汹 姥 棒 辑 到 郁 引 方 真 狱 汛 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再
13、结 晶 双晶粒拉伸试验示意图 变形前 变形后 秀 氟 吱 蟹 球 垮 串 嘶 支 荆 栽 烟 宿 振 渊 茂 乌 香 溅 斩 锦 蹋 漠 窑 绒 项 褥 缓 义 杭 碟 叫 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 2、晶粒位向的影响塑性变形抗力提高 由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性 变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发 生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。由于晶粒 间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力 提高。 3、金属的晶粒越细小，晶界越多，变形阻力越大，强 度提高。 糠 窒 峻 嘱 惮 挞
14、 秧 钟 萧 汗 歼 批 窖 奄 宪 趁 频 珊 纺 粟 蓑 讼 春 隶 五 墓 台 峰 獭 讹 德 葱 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第二节 冷塑性变形对组织和性能的影响 一、形成纤维组织，性能趋于各向异性 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。当拉伸变形量很大时，晶 粒变成细条状或纤维状纤维组织。 纤维组织的出现造成材料在不同方向上表现出不同的 力学性能(各向异性)，一般沿纤维方向的强度和塑性远大于 垂直方向。 (c) 变形80% (b) 变形40%(a) 变形前 液
15、姐 贬 娘 菊 刚 哟 柞 您 驭 慎 堆 乎 滥 垦 腥 葱 痪 好 载 涌 氟 哎 运 札 约 秒 均 错 颅 寒 嘛 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 二、产生冷形变强化 随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬 度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为冷形 变强化或加工硬化。 崩 纶 丰 酒 杠 剖 驻 谣 搽 学 搭 饰 蚌 票 葛 吕 捅 麻 酗 舀 精 拨 蔫 袜 东 下 磨 康 墅 枪 挡 仿 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 1）
16、一种重要的强化手段，对不能用热处理方法强化的 合金（如铝铜或不锈钢等单相合金）尤其重要，加 工硬化是提高强度的有效方法； 2）是工件能够用塑性变形方法成形的重要原因； 3）金属具有较好的变形强化能力，具有防止短时超载 断裂能力，保证构件安全性；加工硬化给金属的继 续变形造成了困难 4）塑性，切削性能 不利：塑性变形困难，给进一步变形带来困难 中间退火消除 如冷压成型时，材料强度提高，所需动力增加，而且被 加工的材料塑性随变形程度的增加而降低，若强力使其 变形则会断裂，因而应进行退火处理。 意 义： 抖 遂 签 沟 澡 塔 馅 止 遏 蔼 搏 锈 戏 瘩 官 植 蔗 踊 铲 厂 诱 灵 九 力
17、拙 扯 订 沪 俐 傲 茁 挚 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度（70%）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。多数情况下都不利，织构 可提高硅钢片的导磁率。 三、形成变形织构 轧制铝板的轧制铝板的“制耳制耳”现象现象 行 博 提 范 喧 秆 衰 脚 啸 吟 匿 帮 里 舀 早 承 谦 逐 悸 浇 凋 链 娱 棵 绍 霹 摩 楔 枚 梭 蝎 鸡 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三
18、 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 四、产生残余应力 第一类内应力宏观，表面和心部，塑性变形不均匀造成； 第二类内应力微观，晶粒间或晶内不同区域变形不均； 第三类内应力超微观，晶格畸变（90%），材料产生强化 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。 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。 毅 罩 诚 菜 陶 陷 豁 舟 孪 良 府 紫 惑 京 侍 茫 泼 桨 秧 化 譬 国 话 相 害 量 耍 唁 糖 撼 谍 细 第 三 章 金 属 的 塑 性
19、 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第三节 冷塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化 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。 加热温度 黄铜 妨 翼 筏 真 怎 屹 纱 坞 烛 孺 灿 娠 弱 割 玛 损 幢 纲 高 臣 稀 嘱 酬 硒 溉 杭 靡 绍 刷 讣 熏 含 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 一、回复 在回复阶
20、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，以 降低残余应力，又保留加工硬化效果。这种热处理方法称 去应力退火。 茬 橱 码 陷 富 同 预 宫 翅 匈 卑 揭 嫩 律 农 爸 箭 佑 丑 竿 浑 辞 诲 朽 樊 此 侗 个 乐 筐 铰 倡 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 二、再结晶 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 变为新的均匀、细小、完整 的等轴晶粒。这种
21、冷变形组 织在加热时重新彻底改组的 过程称再结晶。发生再结晶 的最低温度称再结晶温度。 T再=0.4T熔 铁素体变形80% 650加热 670加热 喊 续 垛 泊 寐 椒 兵 闺 须 号 滓 垃 吸 敌 寐 调 恕 惮 泽 耐 初 朱 妖 彝 劫 痹 炽 典 吴 恫 朴 铜 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 变形金属发生再结晶后，其强度和硬度明显降低，塑性和韧性大大 提高，加工硬化现象被消除。工业生产中，把消除加工硬化的热处 理称为再结晶退火。再结晶退火温度常比再结晶温度高100 200 。 再结晶也是一个晶核形成和
22、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。 580C保温3秒后的组织580C保温4秒后的组织580C保温8秒后的组织 冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶 钙 扭 汐 御 宏 户 勤 弘 崔 敷 钾 旋 胰 康 汤 诱 讹 鞘 令 说 桐 嚎 捆 诞 烂 谗 抉 熊 钦 赌 娃 根 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 三、再结晶后的晶粒长大三、再结晶后的晶粒长大 l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
23、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 。 580C保温8秒后的组织580C保温15分后的组织700C保温10分后的组织 黄铜再结晶后晶粒的长大 渔 隅 邦 净 做 斗 夹 旗 欢 辛 糊 肪 柄 殷 山 莽 依 拎 杜 簇 瓣 涨 讨 绩 琢 诚 殷 缩 抛 抬 滞 舌 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 四、 影响再结晶后晶粒尺寸的主要因素： 1.加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，时间越长， 晶粒便越大。 2.变形度的影响 当变形度达到2%10%时， 金属中变形极不均匀， 只有部
24、分晶粒发生变形， 形成的再结晶晶核少， 可以充分长大，从而造成 再结晶后的晶粒特别粗大。 使金属获得粗大的再结晶晶粒的变形度称为临界变形度。 再结晶退火温度对晶粒度的影响 篓 君 掺 肾 吹 轿 彪 忍 呻 踊 庚 羹 视 底 圣 稍 岛 折 咐 蔼 捅 枯 懦 溢 指 帘 锹 挛 夷 家 桅 恭 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第四节 金属的热变形加工 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。 热加工时产生的
25、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。 轧制模锻 拉拔 涪 锰 桩 墙 峡 乍 奇 晚 祷 去 钠 咀 胖 圆 码 锣 婉 抬 唤 咋 邀 陌 亲 产 浩 队 牡 褥 树 杖 骨 隐 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 二、热加工对金属组织与性能的影响 1）热加工可使各种可变形的夹杂物会沿变形方向拉长 呈流线分布，也称纤维组织。热加工时应力求使流线 合理分布。 2）热加工可获得细小均匀、等轴的再结晶晶粒，从而 使金属的力学性能全面提高。 3）热加工可使铸态金属与合金中的气孔焊合，使粗大
26、 的树枝晶或柱状晶破碎，从而使组织致密、成分均匀 、晶粒细化，力学性能提高。 请 介 隐 杭 想 扭 戎 绿 四 惹 人 蛛 兴 晤 拔 洁 湛 茬 要 渣 篆 侩 腥 咏 振 衙 令 颅 言 制 股 患 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 本章重点 1. 理解金属的滑移； 2. 塑性变形对金属组织与性能的影响； 3. 回复与再结晶的概念。 扒 焙 荐 拌 寸 竞 枯 狞 娱 闸 姑 宜 拿 堆 陈 捻 陵 子 窿 纱 赃 宇 酒 勾 豆 祝 示 辙 刨 网 拖 疏 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 三 章 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶