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1、授课题目（教学章、节或主题）：第六章 金属的塑性变形及再结晶授课方式 （请打V）理论课讨论课口 实验课口 习题课口 其他口课时安排4学时教学要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：掌握金属塑性变形的实质，加工硬化，回复与再结晶；了解金属热加工，纤维组织 的利用。教学重点、难点及关键知识点：教学重点：滑移和李生的特点，金属塑性变形的实质，细晶强化和加工硬化概念及 其强化原理，纤维组织的利用。难点：细晶强化和加工硬化概念及其强化原理，纤维组织的利用。方法及手段以讲授为主，结合模型，CAI课件辅助。改进设想教学基本内容（教学过程）第六章 金属的塑性变形及再结晶概述金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通
2、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。金属在承受塑性加工时，产生塑性变形，这对金属的组织结构和 性能会产生重要的影响。偽轧制1魁逡中压挤压（d）锻造第一节金属的塑性变形一、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式有两种：滑移和孪生。1. 滑移滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移 面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动。图6-1位错运动引起塑性变形滑移的机理：滑移不是按刚性滑移进行，它的实质是在切应力作 用下，位错沿滑移面的运动。2. 孪生在切应力作用
3、下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（李生 面）和晶向（李生方向）发生切变。金属晶体中变形部分与未变形部分在李生面两侧形成镜面对称 关系。一发生李生的部分。（切变部分）称为李生带或李晶。孪生的特点：（1）李生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难 进行时发生。（2）李生一原子移动的相对位移是原子间距的分数值。（3）FCC金属一般不发生李生，少数在极低温度下发生，BCC金属 仅在室温或受冲击时发生，HCP金属较容易发生李生。二、多晶体的塑性变形工程上使用的金属绝大部分是多晶体。多晶体中每个晶粒的变形 基本方式与单晶体相同。但由于多晶体材料中，各个晶粒位向不同， 且存在许多晶界，因此
4、变形要复杂得多。1.影响多晶体塑性变形的因素（1）晶界阻碍位错运动由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力 增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。(2)晶粒位向：晶粒位向不一致2多晶体的塑性变形加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的,那些受最大或接受最大分切应力 位向的晶粒处于软位向。分批，逐步的进行，从软位向到 硬位向，从少数晶粒到多数晶粒, 从不均匀变形到均匀变形。3. 细晶强化晶粒小f晶界面积大f变形抗 力大f强度大晶粒小f晶界附近位错密度小f应力集中小f滑移由这晶粒到另外一个晶粒机会少f变形困难f屈服强度f晶粒小f单位体积晶粒多f
5、变形分散f减少应力集中晶粒小f晶界多f不利于裂纹的传播f断裂前承受较大的塑性变形细晶强化|：晶粒细化f强度提高、塑性提高、韧性提高，硬度提高。第二节冷塑性变形对金属组织和性能的影响一、塑性变形对金属组织结构的影响1 形成纤维组织图6-2变形前后晶粒形状变化示意图金属发生塑性变形后，晶粒沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很 大时，晶粒变成细条状(拉伸时)，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤 维组织。2 亚组织的细化金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用， 大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒 分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。图6-3金属经变
6、形后的亚组织3 产生形变织构金属塑性变形到很大程度（70%以上）时，由于晶粒发生转动，使 各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构 叫做形变织构。用有织构的板材冲制筒形零件时，即由于在不同方向 上塑性差别很大，零件的边缘出现“制耳”。（G丝织构图6-4形变织构示意图图6-5制耳现象、冷塑性变形对金属性能的影响1 加工硬化金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提 ,塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。意义(1) 一种强化手段；(2) 冷加工成形得以顺利进行；(3) 具有过载能力，使用安全；(4) 1塑性，f切削性能。不利：塑性变形困难f中间
7、退火f消除。2 产生各向异性由于纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。3 物理、化学性能变化塑性变形可影响金属的物理、化学性能，如使电阻增大，耐腐蚀 性降低。三、产生残余内应力1、第一类内应力宏观，表面和心部，塑性变形不均。2、第二类内应力一一微观，晶粒间或晶内不同区域变形不均。3、第三类内应力晶粒畸变应力，超微观。第三节冷变形金属在加热时的变化金属经塑性变形后，组织 结构和性能发生很大的变化。 如果对变形后的金属进行加 热，金属的组织结构和性能又 会发生变化。随着加热温度的 提高，变形金属将相继发生回 复、再结晶和晶粒长大过程。延伸率回复 I再结晶晶粒长丈图6-6加热温度对冷变
8、形金属组织与性能的影响一、回复变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复过程。产生回复的温度T回复为：T =（0.250.3）T回复熔点式中T 表示该金属的熔点，单位为绝对温度（K）。熔点物理化学性能恢复，内应力显著降低，强度和硬度略有降低一一 去应力退火，保留加工硬化效果。二、再结晶T再=04T熔点变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉 长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的 等轴晶。这个过程称为再结晶。金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，加工硬化 现象被消除，此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上恢复到变 形以前的水平。再结晶生成的新
9、的晶粒的晶格类型与变形前、变形后 的晶格类型均一样。三、晶粒长大再结晶完成后的晶粒是细小的，但如果继续加热，加热温度过高 或保温时间过长时，晶粒会明显长大，最后得到粗大晶粒的组织，使 金属的强度、硬度、塑性、韧性等机械性能都显著降低。一般情况下晶粒长大是应当避免发生的现象。第四节金属的热塑性变形一、热加工与冷加工从金属学的角度，将再结晶温度以上进行的压力加工称为热加工， 而将再结晶温度以下进行的压力加工称为冷加工。例如：钨的再结晶温度约为12OOoC，因此，即使在IOOOoC进行变 形加工也属于冷加工。二、热加工对金属组织与性能的影响1 消除铸态组织的某些缺陷可使铸态组织中的气孔、疏松及微裂纹
10、焊合，提高金属致密度， 还可以使铸态的粗大树枝晶通过变形和再结晶的过程而变成较细的晶 粒，某些高合金钢中的莱氏体和大块初生碳化物可被打碎并使其分布 均匀等。这些组织缺陷的消除会使材料的性能得到明显改善。2 出现纤维组织在热加工过程中铸态金属的偏析、夹杂物、第二相、晶界等逐渐 沿变形方向延展，在宏观工件上 勾画出一个个线条，这种组织也 称为纤维组织。纤维组织的出现 使金属呈现各向异性，顺着纤维 方向强度高，而在垂直于纤维的 方向上强度较低。在制订热加工 工艺时，要尽可能使纤维流线方 向与零件工作时所受的最大拉 应力的方向一致。3 形成带状组织亚共析钢经热加工后，P和F沿变形方向呈带状或层状分布，称 为带状组织。带状组织也会使金属呈现各向异性，特别是横向的塑性、韧性明显下降。用均匀退火或多重正火加以消除。作业和思考题：课后习题4、6、8、15课后小结及教学后记：本课教育评注（课堂设计理念，实际教学效果）
