金屬學(xué)第七章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、 返回 返回 返回 l F 圖7-2 拉 伸 曲 線(xiàn) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn) 一、一、 塑性變形塑性變形 l bl u l Fb b k Fs s o g f e Fe p Fp F 返回 返回 一、塑性變形一、塑性變形 塑性塑性:是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。 斷面收縮率斷面收縮率: 是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量 A與原始橫截與原始橫截 面積面積A0之比。之比。 伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量 L 與原始標(biāo)距與原始標(biāo)距L 0之之 比。比。 韌性斷裂：斷口呈纖維狀，灰

2、暗無(wú)光，斷前有明顯的塑性變形。韌性斷裂：斷口呈纖維狀，灰暗無(wú)光，斷前有明顯的塑性變形。 脆性斷裂：斷口有閃爍的光輝，斷前無(wú)明顯的塑性變形。脆性斷裂：斷口有閃爍的光輝，斷前無(wú)明顯的塑性變形。 返回 返回 圖7-3 滑移帶和滑移線(xiàn)示意圖返回 返回 圖圖7-4 鋅單晶體拉伸試驗(yàn)示意圖鋅單晶體拉伸試驗(yàn)示意圖 （a）變形前試樣）變形前試樣 （b）變形后試樣）變形后試樣 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 滑移是通過(guò)滑移是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 n圖中顯示了一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力圖中顯示了一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力的作用下在滑移面上的的作用下在滑移面上的 運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即通

3、過(guò)一根位錯(cuò)線(xiàn)從滑移面的一側(cè)到另一側(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即通過(guò)一根位錯(cuò)線(xiàn)從滑移面的一側(cè)到另一側(cè) 的運(yùn)動(dòng)造成一個(gè)原子間距滑移的過(guò)程。的運(yùn)動(dòng)造成一個(gè)原子間距滑移的過(guò)程。 返回 n位錯(cuò)的交割與塞積（加工硬化）位錯(cuò)的交割與塞積（加工硬化） 割階割階：不同滑移面不同滑移面上運(yùn)動(dòng)著的上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)位錯(cuò)相遇時(shí)，發(fā)生相遇時(shí)，發(fā)生互互 相互交割相互交割 兩個(gè)相互垂直的刃型位錯(cuò)的交割 割階形成，一方面割階形成，一方面增加位錯(cuò)線(xiàn)的長(zhǎng)度增加位錯(cuò)線(xiàn)的長(zhǎng)度，另一方面，另一方面形成形成 固定割階，阻礙后續(xù)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)固定割階，阻礙后續(xù)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。 位錯(cuò)的平面塞積 a)示意圖 b)GH70高溫合金中的位錯(cuò)塞積 位錯(cuò)塞積位錯(cuò)塞積：在：在切應(yīng)

4、力作用切應(yīng)力作用下，大量位錯(cuò)遇到下，大量位錯(cuò)遇到障礙物障礙物 （固定位錯(cuò)、雜質(zhì)粒子、晶界固定位錯(cuò)、雜質(zhì)粒子、晶界等），領(lǐng)先位錯(cuò)在障等），領(lǐng)先位錯(cuò)在障 礙前被阻止，后續(xù)位錯(cuò)被堵塞起來(lái)而形成。礙前被阻止，后續(xù)位錯(cuò)被堵塞起來(lái)而形成。 n孿生是冷塑性變形的另一種重要形式，常易發(fā)生孿生是冷塑性變形的另一種重要形式，常易發(fā)生 在在滑移難以進(jìn)行滑移難以進(jìn)行時(shí)的情況。時(shí)的情況。 n孿生：晶體一部分相對(duì)于另一部分在孿生：晶體一部分相對(duì)于另一部分在切應(yīng)力切應(yīng)力作用下沿作用下沿 n特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切變均勻切變。 Cd，Zn，Mg等部分密排六方金屬等部分密排六方金屬常易發(fā)生

5、孿生變形常易發(fā)生孿生變形 n孿生變形特點(diǎn)孿生變形特點(diǎn)：（：（1）發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切變；（）發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切變；（2） 沿晶體的一定晶面沿晶體的一定晶面(孿晶面孿晶面)，沿一定方向，沿一定方向(孿生方向?qū)\生方向)發(fā)生；發(fā)生； （3）變形后晶體的變形部分與未變形部分以孿晶面為分界）變形后晶體的變形部分與未變形部分以孿晶面為分界 面構(gòu)成了鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。面構(gòu)成了鏡面對(duì)稱(chēng)的位向關(guān)系。 孿生與滑移的差別：孿生與滑移的差別： n(2)孿生后晶體的變形部分的位向發(fā)生了改變，滑孿生后晶體的變形部分的位向發(fā)生了改變，滑 移后晶體各部分位向均未改變。移后晶體各部分位向均未改變。 n(1)孿生使一部分

6、晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只孿生使一部分晶體發(fā)生了均勻切變，而滑移只 集中在一些滑移面上進(jìn)行。集中在一些滑移面上進(jìn)行。 n(3)孿生變形時(shí)，孿晶帶中每層原子沿孿生方向的孿生變形時(shí)，孿晶帶中每層原子沿孿生方向的 位移量都是原子間距的分?jǐn)?shù)值，而滑移為原子間位移量都是原子間距的分?jǐn)?shù)值，而滑移為原子間 距的整數(shù)倍。距的整數(shù)倍。 n(4)孿生變形所需的切應(yīng)力比滑移變形大得多孿生變形所需的切應(yīng)力比滑移變形大得多 。 返回 圖7-7 拉伸試樣變形示意圖 返回 返回 返回 返回 返回 返回 溶質(zhì)原子的存在，固溶度溶質(zhì)原子的存在，固溶度，基體金屬的變形，基體金屬的變形 抗力抗力。 n2）多相合金）多相合金 n多

7、相合金中第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布多相合金中第二相以細(xì)小彌散的微粒均勻分布 于基體相中時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用（彌于基體相中時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用（彌 散強(qiáng)化）。散強(qiáng)化）。 第二相粒子的強(qiáng)化作用是通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙第二相粒子的強(qiáng)化作用是通過(guò)其對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙 作用而表現(xiàn)出來(lái)的。作用而表現(xiàn)出來(lái)的。 n位錯(cuò)受到第二相粒子的阻礙，其運(yùn)動(dòng)機(jī)制有位錯(cuò)受到第二相粒子的阻礙，其運(yùn)動(dòng)機(jī)制有: n（1） 繞過(guò)機(jī)制繞過(guò)機(jī)制位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子 n（2）切過(guò)機(jī)制切過(guò)機(jī)制位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子 n 位錯(cuò)切過(guò)、繞過(guò)第二相粒子位錯(cuò)切過(guò)、繞過(guò)第二相粒子 a)切過(guò)機(jī)制切過(guò)機(jī)制 b)

8、繞過(guò)機(jī)制繞過(guò)機(jī)制 2000X 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 圖7-12 變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖 返回 n1.顯微組織的演化（三階段）顯微組織的演化（三階段） n 第一階段第一階段回復(fù)階段回復(fù)階段：基本無(wú)變化（纖維組織）：基本無(wú)變化（纖維組織） n一、變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能一、變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能 的變化的變化 第二階段第二階段再結(jié)晶階段再結(jié)晶階段：細(xì)小等軸晶取代纖維組織：細(xì)小等軸晶取代纖維組織 第三階段第三階段晶粒長(zhǎng)大階段晶粒長(zhǎng)大階段：晶粒吞并：晶粒吞并 n2.機(jī)械性能的變化機(jī)械性能的變化 n回復(fù)階段硬度變化很小，約占總變化的回復(fù)階段硬度變化很小，約占

9、總變化的1/51/5， 再結(jié)晶階段下降較多，強(qiáng)度與硬度有相似的變?cè)俳Y(jié)晶階段下降較多，強(qiáng)度與硬度有相似的變 化規(guī)律。在再結(jié)晶階段，硬度與強(qiáng)度顯著下降，化規(guī)律。在再結(jié)晶階段，硬度與強(qiáng)度顯著下降， 塑性大大提高。塑性大大提高。 n n n3.其它性能的變化其它性能的變化 n(1) (1) 電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。 n(2) (2) 再結(jié)晶階段密度急劇增高。再結(jié)晶階段密度急劇增高。 返回 2、再結(jié)晶、再結(jié)晶 再結(jié)晶再結(jié)晶：當(dāng)變形金屬：當(dāng)變形金屬TT回復(fù) 回復(fù)加熱時(shí)，在變形組織的基體 加熱時(shí)，在變形組織的基體 上產(chǎn)生新的無(wú)畸變?cè)俳Y(jié)晶晶核，并通過(guò)逐漸長(zhǎng)大

10、成等上產(chǎn)生新的無(wú)畸變?cè)俳Y(jié)晶晶核，并通過(guò)逐漸長(zhǎng)大成等 軸晶粒，從而取代全部變形組織的過(guò)程軸晶粒，從而取代全部變形組織的過(guò)程 n再結(jié)晶過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程 返回 n再結(jié)晶溫度及其影響因素再結(jié)晶溫度及其影響因素 n（1）再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 ：較大變形程度的金屬（：較大變形程度的金屬（70%） 在在1小時(shí)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶（或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)小時(shí)內(nèi)能夠完成再結(jié)晶（或再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù) 95%）的最低加熱溫度。）的最低加熱溫度。 n（2）影響因素：）影響因素：變變形程度形程度、金屬純度金屬純度、加熱速加熱速 度度 等。等。 實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度T再 再，它

11、和熔 ，它和熔 點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系：點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系： T再 再 0.4T熔 熔 再再熔熔 返回 n再結(jié)晶晶粒大小的控制再結(jié)晶晶粒大小的控制 變形程度變形程度 變形程度變形程度，晶粒越細(xì)小，晶粒越細(xì)小 原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸，晶粒越細(xì)小，晶粒越細(xì)小 合金元素合金元素 可細(xì)化晶?？杉?xì)化晶粒 加熱溫度、加熱溫度、 保溫時(shí)間保溫時(shí)間 加熱溫度加熱溫度，保溫時(shí)間，保溫時(shí)間， 晶粒越粗大。晶粒越粗大。 為了保證變形金屬的再結(jié)晶退火質(zhì)量，獲得細(xì)晶粒，有必要為了保證變形金屬的再結(jié)晶退火質(zhì)量，獲得細(xì)晶粒，有必要 了解影響再結(jié)晶晶粒大小的因素了解影響再結(jié)晶晶粒大小的因素 返回 返回 圖7-13 變形度對(duì)晶粒大小的影響 返回 返回 返回 再結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，若溫度過(guò)低再結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，若溫度過(guò)低 不能發(fā)生再結(jié)晶；若溫度過(guò)高，則會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，不能發(fā)生再結(jié)晶；若溫度過(guò)高，則會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大， 因此要獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，必須在一個(gè)合適的溫因此要獲得細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，必須在一個(gè)合適的溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。 再結(jié)晶退火溫度必須在再結(jié)晶退火溫度必須在T再 再以上，生產(chǎn)上實(shí)際使用 以上，生產(chǎn)上實(shí)際使用 的再結(jié)晶溫度通常是比的再結(jié)晶溫度通常是比T再 再高 高150250，這樣就既可保，這樣就既可保 證完全再結(jié)晶