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1、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,5万吨水压机,第一节 单晶体、多晶体的塑性变形,1、滑移: 滑移是晶体的一部分沿一定晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。 2、孪生:,一、塑性变形的基本形式,二、单晶体金属的塑性变形,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。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。,1、塑性变形特点, 滑移,金属常以滑移方式发生塑性变形。, 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临界切应力., 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发
2、生。,沿其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。,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。,2、塑性变形的实质 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。,三、多晶体金属的塑性变形,晶界和晶粒位向的影响 1、晶界的影响 当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行, 则必须增加外力, 从而使金属的变形抗力提高。,晶界对塑性变形的影响,Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积,2、晶粒位向的影响,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、
3、晶粒大小对金属力学性能的影响 金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。 因为金属晶粒越细，,晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。,晶粒大小与金属强度关系,金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。 因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变,形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,一、塑性变形对组织结构的影响 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,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化,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”
4、现象,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。,冷塑性变形与性能关系,第三节 变形金属在加热时的组织和性能的变化,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。,一、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近距离迁移而引起的晶内某些变化。,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。,二、再结晶 （一）变形金属的再结晶 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完整的等轴晶粒。 这种
5、冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。,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。,（二）再结晶温度,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。,响再结晶温度的因素为,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. 金属熔点越高, T再也越高.,T再 = (T熔+273)0.4273，如Fe的T再=(1538+273)0.4273=451,生
6、产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度比再结晶温度高100200。,黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片,预先变形程度对再结晶晶粒尺寸的影响,再结晶图,第四节 金属的热加工,一、热加工的概念 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。,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,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
7、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。,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。,热加工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,第五节 超塑性按产生超塑性的冶金因素不同，可将其分为两类： （1）微晶超塑性（组织超塑性） （2）相变超塑性 目前研究最多的是微晶超塑性,重点要求,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。,4 塑性变形的本质。,小结,The End,
