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1、寒 帽 独 信 抹 擎 垮 眼 宿 梢 赢 窟 汤 宇 轴 雾 涣 冗 细 仟 偶 贮 手 跨 埠 初 渔 超 物 嘛 痢 令 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 5 金属的塑性变形和再结晶 材料在外力作用下会产生变形，首先产生弹性变形。当应力超过材料的弹性 极限时，金属将产生塑性变形。 当外载荷在材料内部所产生的内应力超过了材料的屈服强度以后，即使去掉 外载荷，变形也不能完全消失的变形称为塑性变形。它不仅改金属的外形，而且 使内部组织和结构发生变化。经过塑性变形后的金属，在随后的加热过程中，内 部组织也发生一系列变化，这些都对性能有明显的影响。 塑性变形和再结晶是金属材料 生产和研究中的
2、一个重要问题，下 面依次介绍金属的塑性变形、合金 的塑性变形、塑性变形对组织和性 能的影响、回复与再结晶、金属的 热加工。 5.1 金属塑性变形的实质 缄 隶 幢 焉 秤 渍 度 篆 债 吾 闰 哉 何 喳 乡 室 耶 属 蠢 审 凛 新 托 掷 丫 咏 圭 甘 音 宪 后 衫 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 单晶体的塑性变形的主要方式是滑移和孪生。其中滑移是最基本 、最普遍的塑性变形方式，孪生只是在滑移难以进行的情况下出现 。 一.滑移变形的概念 1.滑移 是晶体在切应力作用下，一部分晶体相对于另一部分沿一定晶 面和晶向产生的相对移动。 滑移只能在切应力的作用下发生，产生滑移的最小切
3、应力称为 临界切应力。 观察产生滑移后的金属表面痕迹，滑移带和滑移线。 5.1.1 单晶体的塑性变形 彝 亭 惟 百 捏 果 闭 戌 胖 赐 颐 猾 盏 倍 毗 日 跋 霉 削 晴 换 厦 霉 考 播 粹 伟 滦 汾 从 搽 残 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 2.滑移面与滑移方向 滑移沿原子密度最大的晶面和晶向发生。 这一晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。 一个滑移面和其面上任一滑移方向组成一个滑 移系。 表16列出了三种典型金属的滑移系。 横 衷 舱 鬃 琢 分 砌 揉 墟 断 遇 叙 褒 舶 肖 诵 讣 稠 拣 感 蚕 膛 瞩 栈 浊 炭 戎 嚷 荧 农 庙 销 5 塑 性 变
4、 形 5 塑 性 变 形 3.滑移与切应力 滑移只能在切应力的作用下发生，产 生滑移的最小切应力称为临界切应力。 图中作用于滑移上滑移方向的切应力 分量C为： C=（ PA ）coscos coscos取向因子。 要产生滑移必需等于或大于材料的临界切应力k： k=s coscos 或 s= k（coscos） 当、为90时， s ，处于硬位向。基本不产生变形。 、为45时，s 最小。处于软位向。最容易产生变形。 酸 净 徐 君 霓 僚 盖 耀 标 赌 济 愚 淑 粘 棘 案 嚏 碳 呸 鲁 叉 悬 档 锻 谷 变 汕 删 锈 颧 颖 逝 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 滑移的同时伴随着
5、晶体的转动，转动有两种，一种是滑移面向 外力轴向的转动；另一种是滑移面上滑移方向向最大切应力方向转 动。 4.晶体的转动 杀 怂 俗 婆 键 甲 砌 乃 撬 拄 臣 然 雌 灭 逼 剪 睬 禁 赔 线 肄 苦 偿 王 钒 蒙 戈 剂 魄 郊 翠 谨 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 5.滑移与位错的运动 刚性滑移 位错运动（滑移机理） 嗜 寞 窃 贼 始 比 御 阀 手 属 贼 屎 除 楷 疚 骗 嘉 班 刨 捷 棺 硒 王 淋 腹 梢 蔡 祖 胃 藏 惦 牟 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 孪生晶体的一部分沿一定晶面的晶向 ，相对于加一部分所产生切变。 主要特点： 孪生通过切变
6、使晶格位向改变，使 变形部分与未变形部分呈镜面对称。 孪生时，相邻原子面的相对位移量 小于一个原子间距。 孪生所需的切应力比滑移大得多， 变形速度极快。 二.孪生 所以孪生常在滑移系较少的密排六方晶格的金属中产生。 体心立方晶格的金属只在低温或受到冲击时才发生孪生变形。 面心立方晶格的金属一般不发生孪生变形 。 亡 慈 昭 纽 梗 衫 垫 糯 砰 垣 遥 绸 梅 曰 佩 盟 仓 凤 希 题 妥 护 羞 散 甜 材 忧 姐 迅 这 歉 难 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 对于多晶体的塑性变形，在塑性变形过程中，金属的晶粒内部 也是滑移为主要方式，晶粒间也产生了滑移并转动（多晶体的晶间 变
7、形）。由于晶界和晶粒位向的影响，位错的运动阻力加大，致使 细晶粒的金属的强度增大，即细晶强化。 晶粒越细、塑性越好。 其原因在于：晶粒越细，则晶界越曲折，越不利于裂纹的传播； 晶粒越细，则晶界越曲折，越不利于裂纹的传播；晶粒越细，变形 可以分散在更多的晶粒内进行，且变形均匀，减少应力集中，从而 可以在断裂之前承受更大的塑性变形。 5.1.2 多晶体的塑性变形 懦 赫 赔 佬 泊 亢 亭 鳖 酋 柒 诗 戚 刮 霸 场 赐 茶 嫩 卡 拢 猎 监 宝 蛛 斧 粹 祟 讶 熔 溅 蓑 捆 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 1.不均匀（均一）的塑性变形 多晶体中各晶粒位向不同，处于软位向的晶粒
8、先 变形，处于硬位向的转动后再变形或不变，且晶粒内 部变形也不一致，所以多晶体的塑性变形不一致、不 等时的。 2.多晶体比单晶体有较高的塑性变形抗力 1）晶粒间位向差阻碍滑移 2）晶界阻碍位错运动 一.多晶体的塑性变形特点： 3.多晶体塑性变形时晶粒间相互协调和配合 4.只有多个滑移系才能保证多晶体变形的连续性 歹 庚 湃 列 劣 含 絮 缺 诺 烬 郧 戏 冤 卒 稳 街 捣 骗 腰 宏 守 寒 其 儒 隘 耐 湃 垛 袋 菜 类 微 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 当合金的组织由多相混合物组成时,合金的塑性变形除与基体 性质有关外，还与第二相的性质、形状、大小、数量和分布有关。 当
9、其在晶界上呈网状分布时,对强度和塑性均不利； 在晶内呈片状和层状分布时，可显著提高强度和硬度，但分会 降低塑性和韧性； 在晶内呈弥散分布时，虽塑性、韧性稍会降低，但可显著提高 强度和硬度，而且质点越细、越多，合金的强度、硬度越高，这称 为合金的弥散强会或沉淀强化。 二.合金的塑性变形 合金中由于含有合金元 素，使其晶格结构发生了 变化，有更高的塑性变形 抗力。 单相固溶体合金由于溶质原子的存在，使其晶格发生畸变， 从而使固溶体的强度、硬度升高，而塑性、韧性下降，即产生了固 溶强化。 糕 子 纪 秸 终 季 递 顺 煤 拓 域 变 丑 斌 造 峻 迅 镇 亭 烙 腰 狞 答 铺 或 织 瞻 蠢
10、晒 盟 了 莎 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 5. 2 塑性变形对金属组织与性能的影响 5.2.1塑性变形对内部组织结构的影响 塑性变形改变了材料的外形， 对组织和性能也带来了影响。 金属在外力作用下产生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其 内部的晶粒形状也相应地被拉长或压偏。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。 二）组织内的亚晶粒增多 塑性变形使晶粒碎化内部形成位向 略有差异的亚晶粒（亚结构），在其 边界上聚集着大量位错。 一）显微组织呈现纤维状 肪 卖 添 滤 掖 西 晶 榷 颊 扦 训 侧 蒂 竿 批 衬 铰 想 苦 瓮 姥 讳 莱 自 使 掉 屹 键 轨
11、 酮 屈 怎 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 三）产生变织构 由于塑性变形过程中晶粒 的转动，当变形量达到一定程 度（7090）以上时，会 使绝大部分晶粒的某一位向与 外力方向趋于一致，形成织构 。 磁 恰 豁 逸 蝎 瓤 粤 葫 容 屑 写 匿 表 抛 赞 邮 扰 娶 赛 伙 牢 抽 座 蝉 彭 名 囤 出 芋 滞 汉 坍 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 一）出现加工硬化现象 金属的塑性变形，使位错密度增加，亚结构细化等引起金属的 强度、硬度增加，塑性、韧性下降，即引起加工硬化。图5-7 二） 金属内部形成残余内应力 由于金属材料塑性变形的不等时性和不均匀性，使外力取消后 ，
12、金属内部有残存内应力。可分为三类： 第一类内应力是金属表面与心部变形不均匀造成的宏观应力。 第二类内应力是由于相邻晶粒之间或晶粒内部变形不均匀造成的 。 第三类内应力是由于晶格畸变、位错密度增加引起的，又称晶格 畸变内应力。是变形中的主要内应力（占90%以上），是金属强化 的主要原因。 加工硬化和残余应力的存在，使金属的物理和化学性能发生了显 著变化。如电阻增加、耐蚀性下降。 残余拉应力会降低承载能力， 尤其是降低疲劳强度。 5. 2.2 塑性变形对性能的影响 共 逃 透 捷 烬 永 存 亭 屋 搏 恩 箕 尖 靛 邦 骗 硒 烹 谎 痘 蔑 劝 顽 袭 跌 疼 岗 准 鱼 工 促 梢 5 塑
13、 性 变 形 5 塑 性 变 形 5.3 塑性变形后金属在加热时组织和性能的变化 金属经冷塑性变形后，组织处于稳定状态，有自发恢复到变形 前组织状态的倾向。但在常温下，原子的扩散能力小，这种不稳定 状态可维持相当长的时间。而加热则使原子扩散能力增加，金属将 依发生回复、再结晶和晶粒长大，如图。 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 晶内产生某些变化。随着温度的升高，已 产生加工硬化的金属其晶格的扭曲程度减 小，但金属组织还没有显著变化的现象。 T回=（0.250.3）T熔 （ K ） 5.3.1 回复 回复使金属的内能降低。金属在回复阶段强度、硬度略有下降 、
14、塑性略有上升，内应力和电阻显著降低，但组织变化不明显。 如 ：经冷拉的钢丝卷成弹簧后的低温回火（加热到250300）, 青铜丝弹簧加工后的回火处理(加热到120125)。 犁 撇 氟 畏 瞄 衫 棘 赫 轧 权 殆 辕 侄 又 滑 扼 俯 妄 焚 毡 段 邓 宗 伴 吝 惮 罢 牢 亚 裹 膊 章 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 随着温度的进一步升高，已发生回复的金属开始以某些碎晶或 杂质为核心通过新晶核的形成和长大，形成新的晶粒。从而消除了 加工硬化的现象。由畸变的晶粒变为等轴晶粒的过程称为再结晶。 再结晶温度指冷塑性变形金属发生再结晶的最低温度。影响再 结晶度的因素 金属的预变形度
15、，预变形度越大，再结晶温度越低。 金属的熔点，金属的熔点越高，它的再结晶温度越高。纯金属的 再结晶温度T再熔点T再下列近似关系： T再=0.4T熔 （K） 金属的纯度，一般就来，杂质或合金元素均会阻碍原子扩散和 晶界迁移，使再结晶湿度升高。 加热条件，加热速度越慢，保温时间越长，原子扩散越充分， 再结晶温度越低。 生产中金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100200。 5. 3.2 再结晶 如 档 炕 拷 鄙 咱 刑 毒 弓 弟 驻 虞 使 甸 奎 叠 抨 逊 碾 刊 伙 匙 熟 嗣 滚 枉 簿 局 椅 努 第 鸳 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 再结晶完成后，若继续升高加热温度或延
16、长保温时间，金属晶 粒将继续长大是通过晶界的迁移进行的，是大晶粒吞食小晶粒的过 程。晶粒粗大会使金属的强度，特别是塑性和冲击韧性降低。 5.3.3 晶粒长大 一. 预变形度的影响 对一般金属，当变形度为2%10% 时，由于变形很不均匀，会造成晶粒异常 长大，应予避免。变形度过大（90%） ，因织构，晶粒也会粗大。通常变形度为 30%60%。 二. 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长，金属晶粒越粗大。 5.3.4影响再结晶晶粒度大小的因素 三. 原始晶粒大小的影响图5-15 荐 尝 萨 鲜 吸 蒋 纸 最 顷 奶 勾 斩 篮 兢 构 班 浴 虹 剔 途 唇 定 值 戎 泥 怕
17、乘 雪 逐 攘 畦 废 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 金属的冷加工和热加工是以再结晶温度来划分的。 凡是在金属再结晶温度以上进行的加工称为热加工，而在再结 晶温度以下进行的工称为冷加工。 金属热加工的特点是：不显示加工硬化现象，变形后获行再结 晶组织。并且用较小的能量消耗得较大的变形量。 热加工对金属组织和性能有很大的影响。 5.4 金属的热加工 5.4.1 热加工和冷加工的区别 粥 果 倍 跌 贝 进 彬 翰 孰 耪 剔 撬 侗 象 逼 吐 脆 醇 州 藕 炮 俭 傣 勃 侨 赎 管 谓 畴 橡 梁 虞 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 5.4.2 热加工对金属组织和性能的影
18、响 一）消除铸态组织缺陷 通过热加工 可使气孔、缩孔大部分焊合，铸态疏 松被消除，使其力学性能得到提高。 二）改变组织分布 钢锭中分布在晶界上的杂质，在金 属变形时，塑性杂质（如FeS等）沿晶 粒变形方向伸长，呈带状分布；而碎 性杂质（如氧化物等）则被击碎，呈 链状分布。再结晶时，晶粒的形状改 变，而杂质依然沿被拉长的方向（呈 流线状）保留下来，形成纤维组织。 金属的机械性能呈现各向异性。 漫 新 吸 袱 垢 豹 解 焦 瘁 慧 铁 赐 皂 繁 厌 压 袜 阔 炽 沮 篙 琵 冗 制 劣 丸 追 匝 衣 馒 膝 氛 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 纤维组织很稳定，只有用锻压的方法才能改
19、变纤维组织的方向 和形状。 在设计和制造零件时，应使零件工作时的最大正应力方向与纤 维方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直，并使纤维能与零件 轮廓相符合而不被切断。 黎 巨 环 度 结 括 喇 叶 异 途 枝 煌 昔 瑰 谷 询 曼 起 唤 创 揪 良 佯 冲 玫 滁 俭 敲 悯 云 兹 饿 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 小结 重点要求 一般要求 1. 金属在冷加工时组织和性能的变化。 2. 金属再结晶时组织和性能的变化。 3. 加工硬化、细晶强化的概念。 1. 塑性变形的本质和滑移机理。 2. 热加工对金属组织和性能的影响。 押 墒 牵 赵 艘 蛰 升 肾 涎 梗 今 阎 砍 酒 棱 各 狄 林 皋 堤 灰 魂 整 拖 糊 忍 樊 讫 捆 才 视 叠 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形 复习题: P93：5-3、5-5、5-8、5-10 末 齐 淫 拳 鹏 侨 坊 淘 国 砾 诲 绒 冤 咖 又 壬 眨 茨 宛 量 皆 俭 谢 梨 亮 送 焙 茧 悯 予 朴 狐 5 塑 性 变 形 5 塑 性 变 形