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1、1,材料的塑性变形与再结晶,2,2-1 金属的塑性变形,金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和机械性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。塑性加工包括锻造、轧制、 挤压、拉拔、冲压等方法。,3,压力加工方法示意图,4,锻造,5,冷冲,6,1.应力-应变曲线,金属在外力作用下的行为可由低碳钢的拉伸曲线全面的显示出来，可以分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。,(a)原始试样 (b)拉伸后试样 圆形拉伸试样,7,拉伸实验,拉伸曲线,8,材料在外力的作用下将发生形状和尺寸变化，称为变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的
2、变形称为塑性变形。,强度：材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微量塑性变形时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前所承受的最大应力值。,9,2.单晶体的塑性变形,常温下单晶体塑性变形的主要方式是滑移，此外还有孪晶、扭折等其他方式。,2.1滑移,2.1.1滑移的定义 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。,滑 移,10,位错运动造成滑移,11,滑移的观察,12,1）滑移只能在切应力作用下才会发生 2）滑移的结果使晶体表面形成台阶，产生滑移线和滑移带 3）滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)进行,沿其
3、发生滑移的晶面和晶向分别叫做滑移面和滑移方向。通常是晶体中的密排面和密排方向,一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 4）滑移的同时伴随有晶体的转动,2.1.2滑移的特征,13,金属三种常见晶格的滑移系,滑移方向的转动,滑移面的转动,14,滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。,15,2.2孪生,孪晶中的晶格位向变化,孪生是塑性变形的一种机制，孪生是产生孪晶的过程。 孪晶是指晶体中原子排列以某一面（孪晶面）成镜面对称的部分。,16,17,18,3.多晶体的塑
4、性变形,多晶体的塑性变形,3.1晶粒取向的影响,3.2晶界阻碍位错运动,1）软位向和硬位向,2）各晶粒的协调运作,19,晶界对塑性变形的影响,Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积,20,3.3 弥散颗粒、相阻碍位错运动,21,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。,22,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化,(a) 正火态,(c) 变形80%,(b) 变形40%,23,由于晶粒的转动，当塑性变形达到一定程度
5、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。,24,二、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。,25,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.,26,2. 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
6、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。,27,三、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。,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。,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：,曲轴中内应力的模拟,28,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
7、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,29,第四节 回复与再结晶,一、冷变形金属在加热时的组织和性能变化 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。,30,变形金属加热时组织和性能变化示意图,31,二、 回复与再结晶 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错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
8、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。,32,1.回复显微组织没有明显的变化,1.1定义： 指经过冷塑性的金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构变化过程。 1.2分类： 低温回复：点缺陷的回复。 中温回复：线缺陷的回复。 高温回复：位错滑移和攀移。 1.3性能变化：强度、硬度等力学性能变化不大，某些物理化学性能恢复等。 1.4去应力退火：利用回复时的特点（消除内应力，保持加工硬化效果）,33,34,2.再结晶变形组织不再存在，加工硬化现象消除,定义：指经冷变形的金属在一定温度下加热时，通过新
9、的等轴晶粒形成并逐步取代变形晶粒的过程。,35,2.1再结晶过程 2.2再结晶温度及影响因素 再结晶温度： T再（0.350.45）Tm（或T再0.4Tm） 影响因素： （1）预先变形度 （2）金属的熔点 （3）杂质和合金元素（4）加热速度和保温时间,36,37,3.晶粒长大,正常长大：均匀长大 异常长大：突发性，不均匀的长大，“二次再结晶”,一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。,38,4.影响再结晶退火后晶粒度的因素,（1）加热温度,（2）预先变形度,39,2-4 金属的热加工,1金属的热加工与冷加工 1.1热加工 定义：再结晶温度以上的加工过程。（高温热塑性变形加工）锻造、热挤等 定义：在金属加工硬化速率和软化速率平衡温度以上温度的变形加工过程。（此T一般高于T再）,40,金属在热轧时变形和再结晶的示意图,巨型自由锻件,41,1.2适用范围： 热截面尺寸较大，变形量较大的金属制品或半成品，及脆性大的金属材料的变形。 冷截面尺寸较小，加工精度要求高和表面粗糙度要求较低的金属制品的成形。,42,2.热加工对组织性能的影响,2.1改善铸态组织 2.2出现纤维组织,(a) 锻造曲轴 (b) 切削加工曲轴 曲轴流线分布,2.3形成带状组织,43,3.超塑性,超塑性,44,小节,1、塑性变形定义、种类？ 2、滑移的特征？ 3、加工硬化？ 4、回复？ 5、再结晶？,