第四章 金属的塑性变形和再结晶

第四章 金属的塑性变形和再结晶组织粗大、不均匀、不致密、 组织粗大、不均匀、不致密、偏析 铸态金属： 铸态金属： 工业上的金属材料大多数要在浇注为铸锭后经过 冷热压力加工使其发生塑性变形， 冷热压力加工使其发生塑性变形，以改善材料的组织 和性能，并得到所需尺寸。 和性能，并得到所需尺寸。

§4-1 金属的塑性变形一、 单晶体金属的塑性变形

P

1 、单晶拉伸试验单晶体表面出现相互平行的斜线且与外力成45 单晶体表面出现相互平行的斜线且与外力成 °。

单晶体抛光表面出现相互平行斜线。 单晶体抛光表面出现相互平行斜线 。 说明晶面之间发生了相对运动。 说明晶面之间发生了相对运动。

滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对滑动， 一定晶面和晶向发生相对滑动，滑动 后原子处于新的稳定位置。 后原子处于新的稳定位置。P

2 、滑移过程分析

(1) 外力(P)分解为正应力(σ)和切应力(τ)。 外力( )分解为正应力( 和切应力( 正应力引起弹性变形，而不能造成塑性变形。 正应力引起弹性变形，而不能造成塑性变形。正应力 超过原子间结合力时晶体发生断裂。 超过原子间结合力时晶体发生断裂。P

(2) 切应力作 用下晶面相 对位移， 对位移，外 力去除后位 移不能恢复。 移不能恢复。 塑性变形只 能在切应力 (τ)作用下 才能发生。 才能发生。

σ

P σ τ P P τ σ τ τ σ

P : 载荷 σ:正应力 τ:切应力

(3) 塑性变形后的晶体， 3 塑性变形后的晶体， 滑移带 在显微镜下观察时， 在显微镜下观察时，就能 发现在晶粒内部出现一些 滑移带” 滑移带 ， 线条， 线条，称为 “滑移带” 用电子显微镜进一步观察， 用电子显微镜进一步观察， 就会发现这些滑移带都是 滑移线 由许多密集的﹑ 由许多密集的﹑更细的线 条组成， 条组成，这种线条称 滑移线” 为 “滑移线” 滑移线 。

200Å

(4) 金属晶体中的滑移总是沿着一定的晶面和晶向发生的 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。

滑 移 面： 发生滑移的晶面就是“滑移面”; 发生滑移的晶面就是“滑移面” 滑移方向： 发生滑移的晶向就是“滑移方向”。 滑移方向： 发生滑移的晶向就是“滑移方向”

(5)

滑移系： 一个滑移面和其面上的一个滑移 滑移系： 滑移系” 方向的组成称为“滑移系”3、三种典型金属晶格的滑移系 、{110}

(A)体心立方晶格滑移系： )体心立方晶格滑移系： 6 ×2 = 12 滑移面： 滑移面： {110} 6个 个 滑移方向： 滑移方向：<111> 2个。 个 (

B)面心立方晶格滑移系： )面心立方晶格滑移系： 4 ×3 = 12 滑移面： {111} 4个 滑移面： 个 滑移方向： 滑移方向：<110> 3个 个<110>

<111>

{111}

(C)密排六方晶格滑移系： )密排六方晶格滑移系： 1 ×3 = 3 滑移面： 滑移面： 六方底面 1个 滑移方向： 滑移方向：底面对角线 3个

表格 2-1

三种典型晶格的滑移系面心 {111} 111} 〈110〉 110 密排六方 底面 底面对角线方向=3 1 面×3 方向

晶格类型 滑移面 滑移方向

体心立方 {110} 110} 〈111〉 111

方向=12 4 面×3 方向 方向=12 滑 移 系 6 面×2方向

二、 多晶体金属的塑性变形多晶体塑性变形的影响因素： 多晶体塑性变形的影响因素： 1、 晶界对塑性变形的影响 、 晶界处原子排列不规则，晶格畸变严重， 晶界处原子排列不规则，晶格畸变严重，位错运 动受到阻——强度 硬度提高； 强度、 动受到阻——强度、硬度提高； 晶粒细，变形均匀，减少应力集中， 晶粒细，变形均匀，减少应力集中，推迟裂纹发 生和发展——塑性 韧性好。 塑性、 生和发展——塑性、韧性好。 ∴ 晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 通过压力加工和热处理细化晶粒， 通过压力加工和热处理细化晶粒，是工业上重要金属 强化手段。——“细晶强化” 强化手段。——“细晶强化”。

2、 晶粒取向对塑性变形的影响 、 某些取向何时的晶粒， 某些取向何时的晶粒， 其分切应力有可能先满足的 临界切应力条件而产生滑移。 临界切应力条件而产生滑移。 这些晶粒的取向称为“ 这些晶粒的取向称为“软位 反之谓“硬位向” 向” ,反之谓“硬位向”。硬 位 向 软 位 向

接 近

接 近

晶 的塑性变形 滑移， 滑移， 变形 的变形。 的变形。

0 45 度 度 与 的 位 90 向 度 的 为 位 软 向 位 为 向 硬 位 向

三、 冷塑性变形对金属组织和性能的影响 机械性能的变化- (一)机械性能的变化-加工硬化经过冷态下塑性变形之后的金属的机械性能发生很大 强度提高， 强度提高，塑性降低 。 的变化， 的变化，

加工硬化：经过冷态下塑性变形之后，金属的强度和 加工硬化：经过冷态下塑性变形之后，硬度随变形量的增加而增加，同时塑性却随之降低， 硬度随变形量的增加而增加，同时塑性却随之降低， 这种现象叫做“加工硬化” 冷作硬化” 这种现象叫做“加工硬化”或“冷作硬化”。 例：冷拉钢丝

(二)物理性能变化 二除了机械性能的变化， 除了机械性能的变化，金属材料的理化性能也 有所变化。 有所变化。 例：金属

的电阻有所增大 ，抗蚀性降低 。

(三) 显微组织的变化1、晶粒形态变化 、 晶粒沿加工方向拉长。 晶粒沿加工方向拉长。 2、亚结构形成 、 晶粒破碎转变成亚晶粒结构 。 3、产生织构 、 当变形量非常大时，晶粒拉长严重变为纤维状。 当变形量非常大时，晶粒拉长严重变为纤维状。 这种纤维状组织称为织构。织构产生各向异性， 这种纤维状组织称为织构。织构产生各向异性，导致 制耳” “制耳”。 注意：这种各向异性，是伪各向异性。 注意：这种各向异性，是伪各向异性。是多晶粒的位 向趋同造成的。 向趋同造成的。

(四) 出现残余内应力外力的变形功〉 % 热 内应力， 外力的变形功〉90% →热，〈10%的功 内应力，成为残余应力。 %的功→内应力 成为残余应力。

1、第一种残余内应力 、第一种残余内应力——宏观内应力 宏观内应力 由表层与心部的变形量不同而形成 。 2、第二种残余内应力 、第二种残余内应力——显微内应力 显微内应力 由晶粒之间或晶粒内部不同区域间的变形量不 同而产生。 同而产生。 3、第三种残余内应力 、第三种残余内应力——晶格畸变应力 晶格畸变应力 由位错等晶格缺陷在塑性变形过程中的大量增 加引起缺陷附近晶格畸变会而产生( 加引起缺陷附近晶格畸变会而产生(占总内应力的 大部分)。 大部分)。残余应力的作用：第一、 残余应力的作用：第一、第二内应力引起金属宏观变形或开 第三内应力使强度增加。都使脆性上升，理化性能下降。 裂；第三内应力使强度增加。都使脆性上升，理化性能下降。

§2-2 冷加工金属在加热时的变化加工硬化 塑性变形 残余内应力 加 工 困 难 → 理化性能↓ 理化性能 加热退 火软化

对于冷加工后的金属，由于10%的变形能储存在 对于冷加工后的金属，由于 的变形能储存在 金属中，在加热时，随着温度的升高， 金属中，在加热时，随着温度的升高，原子活动能力 提高，在变形能的作用下， 提高，在变形能的作用下，就要发生组织和性能的变 其主要包括三个阶段 回复、再结晶及晶粒长大。 三个阶段： 化，其 …… 此处隐藏：3236字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……