《工程材料 教学课件 ppt 作者 王正品 第4章 金属的塑性变形及再结晶》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料 教学课件 ppt 作者 王正品 第4章 金属的塑性变形及再结晶（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、36766-04a,主编,第4章 金属的塑性变形及再结晶,4.1 金属的塑性变形 4.2 冷变形金属在加热时组织和性能的变化,4.1 金属的塑性变形,4.1.1 单晶体的塑性变形 4.1.2 多晶体的塑性变形 4.1.3 塑性变形对金属组织和性能的影响,4.1.1 单晶体的塑性变形,1.滑移 2.孪生,1.滑移,图4-1 滑移过程示意图,1.滑移,图4-2 外加载荷在滑移面上的分解,1.滑移,图4-3 晶体表面的滑移痕迹 a) 单晶体表面的滑移痕迹 b) 多晶铜表面的滑移痕迹,1.滑移,图4-4 滑移线和滑移带示意图,1.滑移,图4-5 刃型位错在切应力作用下的运动示意图 a) 变形前 b)
2、弹性变形 c) 产生位错 d) 位错运动 e) 变形后,1.滑移,滑移具有以下特点 1) 滑移只能在切应力的作用下发生，产生滑移所需的最小切应力称为临界切应力(critical shear stress)，其大小取决于金属原子间的结合力。 2) 滑移总是沿着晶体中的密排面和密排方向进行，如fcc的111面和晶向。 3) 滑移时，晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。 4) 试样拉伸时，由于受到夹头的限制，晶体在滑移的同时必然伴随有晶体的转动。,图4-6 面心立方不同晶面的面间距,图4-7 位错移出晶体表面,2.孪生,图4-8 拉伸时受夹头的限制晶体的转动 a) 拉伸
3、前的原始试样 b) 拉伸时试样无夹头限制 c) 拉伸时试样有夹头限制,2.孪生,图4-9 孪生变形示意图 a) 晶胞内的孪生面与孪生方向 b) 二维平面内的孪生变形,2.孪生,与滑移相比，二者的相同点如下： 1) 宏观上都是在切应力的作用下发生的剪切变形。 2) 微观上都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程。 3) 两者都不会改变晶体结构。 4) 从机制上看，都是位错运动的结果。 5) 都存在临界分切应力，但发生孪生的临界分切应力远大于发生滑移的临界分切应力。,二者的不同点如下： 1) 滑移不改变晶体的位向，孪生改变晶体位向。 2) 原子运动不同。 3
4、) 滑移是不均匀切变过程，它只集中在某一些晶面上大量进行，各滑移带之间的晶体并未发生滑移；而孪生是均匀切变过程，即在切变区内与孪生面平行的每一层原子面均沿孪生方向发生一定量的位移。 4) 两者发生的条件不同。,2.孪生,2.孪生,图4-10 纯锌的变形孪晶,4.1.2 多晶体的塑性变形,1.晶粒间的位向差带来滑移的不等时性 2.相邻晶粒的相互协调性 3.各晶粒变形的不均匀性 4.晶界的影响,1.晶粒间的位向差带来滑移的不等时性,图4-11 多晶体滑移的不等时性,2.相邻晶粒的相互协调性,多晶体的每个晶粒都处于其他晶粒的包围中，为保持晶粒间的连续性，要求各个晶粒的变形与周围晶粒相互协调，防止晶界
5、处产生空隙或开裂。这样在多晶体中，就要求每个晶粒至少要有5个独立的滑移系，只有5个独立滑移系同时起动，其形状才能相应地作各种改变，与相邻的晶粒协调一致，这是多晶体相邻晶粒相互协调性的基础。,3.各晶粒变形的不均匀性,图4-12 双晶拉伸变形示意图 a) 变形前 b) 变形后,4.晶界的影响,图4-13 位错塞积示意图,4.晶界的影响,4-14.TIF,4.晶界的影响,图4-15 等强温度示意图,4.1.3 塑性变形对金属组织和性能的影响,1.塑性变形对金属组织的影响 2.塑性变形对金属性能的影响,1.塑性变形对金属组织的影响,图4-16 工业纯铁经不同程度冷轧后的光学显微组织 a) 20%压缩
6、率 b) 40%压缩率 c) 60%压缩率,1.塑性变形对金属组织的影响,图4-17 连铸铜杆经不同程度冷拔后的光学显微组织 a) 15%压缩率 b) 40%压缩率 c) 65%压缩率,1.塑性变形对金属组织的影响,图4-18 塑性变形引起的胞状亚结构,2.塑性变形对金属性能的影响,(1) 加工硬化 (2) 其他性能变化,(1) 加工硬化,图4-19 工业纯铜和45钢冷变形后的性能变化 a) 工业纯铜 b) 45钢,(2) 其他性能变化,经塑性变形后的金属，由于点阵畸变、位错与空位等晶体缺陷的增加，其物理性能和化学性能也会发生一定的变化，如电阻率增大，电阻温度系数降低，磁滞与矫顽力略有增大而磁
7、导率、热导率减小。,4.2 冷变形金属在加热时组织和性能的变化,4.2.1 回复 4.2.2 再结晶 4.2.3 晶粒长大 4.2.4 再结晶退火后的晶粒度 4.2.5 金属的热加工,4.2 冷变形金属在加热时组织和性能的变化,图4-20 冷变形金属退火晶粒形状、大小的变化,4.2.1 回复,回复(recovery)是指新的无畸变晶粒出现前产生亚结构和性能变化的阶段。回复在较低温度下发生，仅能使金属中的一些点缺陷和位错进行迁移，使空位和间隙原子合并，点缺陷的数目大大减少，使金属的电阻减小。使位错重排，减小晶格畸变，使内应力明显下降。由于温度低，因此不能改变晶粒形态，光学金相组织几乎没有发生变化
8、，仍保持形变结束时的变形晶粒形貌。回复阶段强度和硬度略有降低，塑性略有升高。,4.2.2 再结晶,再结晶(recrystallization)是指无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。当变形过的金属被加热到较高温度时，首先在畸变较大的区域产生新的无畸变的晶粒核心，即再结晶形核过程，然后逐渐消耗周围变形晶粒而长大，转变成为新的等轴晶粒，直到冷变形晶粒完全消失。再结晶不是一个恒温过程，而是发生在一个温度范围之内，能够进行再结晶的最低温度称为再结晶温度(recrystallization temperature)。,4.2.3 晶粒长大,图4-21 再结晶过程中金属性能的变化,4.2.4 再结晶
9、退火后的晶粒度,1.加热温度和保温时间 2.预变形度 3.原始晶粒尺寸 4.杂质,1.加热温度和保温时间,图4-22 再结晶退火温度对 晶粒大小的影响,2.预变形度,图4-23 退火温度对晶粒大小的影响 a) 高纯铝变形75% b) 高纯铝变形75%，260保温30min，再结晶刚开始 c) 高纯铝变形75%，280保温30min，再结晶晶粒增多 d) 高纯铝变形 75%，350保温30min，再结晶基本完成 e) 高纯铝变形75%，400保温 30min，晶粒长大 f) 高纯铝变形75%，550保温30min，晶粒急剧长大,2.预变形度,图4-24 预先变形度对晶粒 大小的影响,3.原始晶粒
10、尺寸,晶界附近区域的形变情况比较复杂，因而这些区域的储存能较高，晶核易于形成。细晶粒金属的晶界面积大，所以储存能高的区域多，形成的再结晶核心也多，故再结晶后的晶粒尺寸小。,4.杂质,金属中杂质的存在可提高强度，因此在同样的形变量下，杂质将增大冷变形金属中的储存能，从而使再结晶时的驱动力增大。另一方面，杂质对降低界面的迁移能力是极为有效的，即它会降低再结晶完成后晶粒的长大速率，因此，金属中的杂质将会使再结晶后的晶粒变小。,4.2.5 金属的热加工,1.热加工的优缺点 2.热加工对金属组织与性能的影响,1.热加工的优缺点,与冷加工等其他加工方法相比，热加工具有以下优点： 金属在热加工变形时，变形抗
11、力较低，消耗能量较少。 金属在热加工变形时，其塑性提高，产生断裂的倾向性减小。 在生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产效率提高。 热加工也有如下不足： 1) 对于薄的或细的轧件，由于散热较快，在生产中保持热加工的温度条件比较困难。 2) 热加工后轧件的表面不如冷加工生产的轧件的表面尺寸精确和光洁。 3) 热加工后产品的组织及性能不如冷加工时均匀。,2.热加工对金属组织与性能的影响,1) 改善铸态组织，减少缺陷。 2) 形成流线和带状组织使材料出现各向异性。 3) 晶粒大小的控制。,1) 改善铸态组织，减少缺陷。,热加工可焊合铸态组织中的气孔和疏松等缺陷，提高组织致密性，并通过反复的形变和再结晶破碎粗大的铸态组织，减少偏析，因而材料的塑性和强度都明显提高。,2) 形成流线和带状组织使材料出现各向异性。,热加工后，材料中的偏析、夹杂物、第二相、晶界等将沿金属变形方向呈断续、链状(脆性夹杂)和带状(塑性夹杂)延伸，形成流动状的纤维组织，称为流线，如图4-25a所示。通常，沿流线方向比垂直流线方向具有更高的力学性能。,3) 晶粒大小的控制。,图4-25 锻造的曲轴和直接机械加工的曲轴的组织 a) 锻造的曲轴 b) 直接机加工的曲轴,
