第4章-金属的塑性变形与再结晶

第4章 金属的塑性变形与再结晶 章内容4.1 金属的塑性变形 4.2 变形金属在加热时的组织和性能的变化 4.3 金属的热变形加工

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金属的塑性变形单晶体金属塑性变形的基本形式滑移——晶体的一部分相对另一部分沿着一定的 晶体的一部分相对另一部分沿着一定的 滑移 晶面发生一定距离的移动， 晶面发生一定距离的移动，应力去除后不能恢复 原状。 原状。 孪生——晶体的一部分相对于另一部分，沿着一 晶体的一部分相对于另一部分， 孪生 晶体的一部分相对于另一部分 定的晶面产生一定角度的切变。 定的晶面产生一定角度的切变。

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单晶体的滑移变形任何应力都可以分解为： 任何应力都可以分解为：一个正应力( 一个正应力 σ ) 一个切应力(τ 一个切应力 τ)

正应力-伸长、 正应力-伸长、断裂 切应力- 切应力-滑移变形

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滑移面： 滑移面：原子间距最小 滑移方向： 滑移方向：原子排列密度最大 滑移系：一个面+ 滑移系：一个面+一个方向

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滑移特点： 滑移特点：滑移只能在切应力作用下才会发生。 滑移只能在切应力作用下才会发生。 切应力作用下才会发生 滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面 沿着晶体中原子密度最大 滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面 (密排面 和其上密度最大的晶向 密排方向 密排面)和其上密度最大的晶向 密排方向) 密排面 和其上密度最大的晶向(密排方向 进行。 进行。 晶体发生的总变形量一定是这个方向上的 晶体发生的总变形量一定是 总变形量一定 原子间距的整数倍。 原子间距的整数倍。 滑移的同时伴随着晶体的转动。 滑移的同时伴随着晶体的转动。 滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动 滑移是晶体内部位错在切应力作用下运动 的结果。 的结果。

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体心立方： 个面 个面× 个方向 个方向= 体心立方：6个面×2个方向=12 面心立方： 个面 个面× 个方向 个方向= 面心立方：4个面×3个方向=12 密排六方： 个面 个面× 个方向 个方向= 密排六方：1个面×3个方向=3滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！ 滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！ 滑移方向的作用更明显2011-8-31 2011-

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多晶体的塑性变形晶界的影响“竹节”现象说明金属的晶界比晶粒本身具有较高的变形 竹节” 抗力。 抗力。 竹节现象 出现“竹节”现象的原因： 出现“竹节”现象的原因：由于晶界附近是相邻晶粒位向 的

过渡区，原子排列紊乱，并存在较多的杂质， 的过渡区，原子排列紊乱，并存在较多的杂质，造成晶格 畸变，位错在此处滑移时受到较大的阻力，难以发生变形。 畸变，位错在此处滑移时受到较大的阻力，难以发生变形。

晶粒位向的影响不同位向的晶粒的对滑移变形也有阻碍作用， 不同位向的晶粒的对滑移变形也有阻碍作用，使变形抗力 增大。所以，多晶体的变形抗力总是高于单晶体。 增大。所以，多晶体的变形抗力总是高于单晶体。

结论：晶粒越细小，金属强度愈高。 结论：晶粒越细小，金属强度愈高。因为晶界总面 积大，每个晶粒周围不同位向的晶粒数多， 积大，每个晶粒周围不同位向的晶粒数多，对塑性 的变形抗力大。 的变形抗力大。2011-8-31 2011-

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细晶强化的原因晶粒细小，晶界总面积多， 晶粒细小，晶界总面积多，每个晶粒周围不同位 向的晶粒数也多，对塑性变形的抗力大。 向的晶粒数也多，对塑性变形的抗力大。

细晶能提高材料塑韧性的原因晶粒愈细，单位体积内的晶粒数多， 晶粒愈细，单位体积内的晶粒数多，金属的总变 形量可分散到更多晶粒中，使变形均匀。 形量可分散到更多晶粒中，使变形均匀。 晶粒愈细，晶界曲折愈多， 晶粒愈细，晶界曲折愈多，能有效阻碍裂纹的扩 展。

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多晶体的塑性变形过程变形极不均匀，有先有后的进行。 变形极不均匀，有先有后的进行。最先产 生滑移的是滑移面和滑移方向与外力成 45°角的一些晶粒，在其变形到一定程度 °角的一些晶粒， 时，因受到周围晶界和位向不同的晶粒的 阻碍，产生应力集中，停止滑移，随后， 阻碍，产生应力集中，停止滑移，随后， 次软位向晶粒开始滑移。 次软位向晶粒开始滑移。

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塑性变形对金属组织和性能的影响变形结果： 变形结果：晶粒破碎：位错增加、产生加工硬化( 晶粒破碎：位错增加、产生加工硬化(利、弊) 晶粒伸长：各向异性、产生“织构” 择优取向) 晶粒伸长：各向异性、产生“织构”(择优取向) 夹杂物伸长：形成“纤维组织” 夹杂物伸长：形成“纤维组织” 残余内应力： 残余内应力：硬、脆、塑性下降

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塑性变形对金属组织结构的影响 塑性变形对金属组织结构的影响 金属组织结构金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向 被拉长或压扁。当变形量很大时, 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, (拉伸时), 金属

中的夹杂物也被拉长, 形成纤维组 织。

变形前后晶粒形状变化示意图2011-8-31 2011-

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塑性变形对金属组织结构的影响 塑性变形对金属组织结构的影响 金属组织结构金属经大的塑性变形时, 亚结构形成 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, 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, 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 粒分化成许多位向略有不同的小晶块, 内产生亚晶粒。 内产生亚晶粒。 金属经变形后 的亚结构

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塑性变形对金属组织结构的影响 塑性变形对金属组织结构的影响 金属组织结构金属塑性变形到很大程度(70%以上) (70%以上 形变织构产生 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, 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。 特殊的择优取向, 这种有序化的结构叫做形变织构。

形变织构示意图2011-8-31 2011-

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塑性变形对金属力学性能的影响 塑性变形对金属力学性能的影响 金属力学性能金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度 金属发生塑性变形 随变形度的增大 加工硬化, 显著提高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化 显著提高 塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化 也叫冷形变强化 冷形变强化。 也叫冷形变强化。

产生加工硬化的原因位错密度随变形量增加而增加， 位错密度随变形量增加而增加，从而使变形抗力增大 随变形量增加，亚结构细化， 随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻 碍作用 随变形量增加， 随变形量增加，空位密度增加 几何硬化

应用:在生产中可通过冷轧、 应用:在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强 …… 此处隐藏：3195字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……