第三章金屬的結(jié)晶變形與再結(jié)晶

1、第三章第三章 金屬的結(jié)晶、變形與再結(jié)晶金屬的結(jié)晶、變形與再結(jié)晶金屬及合金的生產(chǎn)、制備一般都要經(jīng)過熔煉與鑄金屬及合金的生產(chǎn)、制備一般都要經(jīng)過熔煉與鑄造，也就是說由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的結(jié)晶過程。通造，也就是說由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的結(jié)晶過程。通過熔煉，可得到某一成分的液態(tài)金屬，澆鑄在模過熔煉，可得到某一成分的液態(tài)金屬，澆鑄在模型中，凝固后獲得鑄錠或成型的鑄件，鑄錠再經(jīng)型中，凝固后獲得鑄錠或成型的鑄件，鑄錠再經(jīng)過冷熱變形加工以制成各種型材、棒材、板材和過冷熱變形加工以制成各種型材、棒材、板材和線材。線材。金屬及合金的結(jié)晶組織對性能以及隨后的加工有金屬及合金的結(jié)晶組織對性能以及隨后的加工有很大影響，所以了解結(jié)晶

2、理論和結(jié)晶過程，對于很大影響，所以了解結(jié)晶理論和結(jié)晶過程，對于控制鑄態(tài)組織，提高金屬制品的性能具有重要的控制鑄態(tài)組織，提高金屬制品的性能具有重要的指導(dǎo)作用。指導(dǎo)作用。3-3 3-3 塑性應(yīng)變對組織與性能的影響塑性應(yīng)變對組織與性能的影響3-1 3-1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3-4 3-4 回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)與再結(jié)晶3-5 3-5 金屬材料的熱加工金屬材料的熱加工3-2 3-2 金屬材料的塑性變形特征金屬材料的塑性變形特征第三章第三章 金屬的結(jié)晶、變形與再結(jié)晶金屬的結(jié)晶、變形與再結(jié)晶學(xué)習(xí)要求和難點(diǎn)學(xué)習(xí)要求和難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 1. 1. 過冷度的概念；過冷度的概念； 2. 2. 金屬的滑移；

3、金屬的滑移； 3. 3. 塑性變形對金屬組織與性能的影響；塑性變形對金屬組織與性能的影響； 4. 4. 回復(fù)與再結(jié)晶的概念。回復(fù)與再結(jié)晶的概念。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：學(xué)習(xí)難點(diǎn)：1.1.金屬滑移的機(jī)理；金屬滑移的機(jī)理；2.2.加工硬化的位錯(cuò)理論。加工硬化的位錯(cuò)理論。一、幾個(gè)概念一、幾個(gè)概念1、結(jié)結(jié)晶晶：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶。固。若凝固后的固體為晶體稱為結(jié)晶。凝固后是否形成晶體與液體的粘度和冷卻速度有關(guān)。凝固后是否形成晶體與液體的粘度和冷卻速度有關(guān)。粘度大，液體粘稠，相對運(yùn)動困難，凝固時(shí)極易形粘度大，液體粘稠，相對運(yùn)動困難，凝固時(shí)

4、極易形成無規(guī)則結(jié)構(gòu)。成無規(guī)則結(jié)構(gòu)。冷卻速度直接關(guān)系到原子或分子的擴(kuò)散能力。當(dāng)冷冷卻速度直接關(guān)系到原子或分子的擴(kuò)散能力。當(dāng)冷卻速度大于卻速度大于10 C/S時(shí)，可阻止金屬及合金的結(jié)晶，時(shí)，可阻止金屬及合金的結(jié)晶，獲得非晶態(tài)金屬材料。獲得非晶態(tài)金屬材料。72 2、過冷度：、過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差。差。3 3、自由能、自由能：物質(zhì)能自動向外界釋放出多余的：物質(zhì)能自動向外界釋放出多余的或能夠?qū)ν庾鞴Φ哪芰拷凶杂赡堋；蚰軌驅(qū)ν庾鞴Φ哪芰拷凶杂赡堋?jù)熱力學(xué)定律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，據(jù)熱力學(xué)定律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，總是向能量最低狀態(tài)轉(zhuǎn)變?？偸窍蚰芰孔?/p>

5、低狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 純金屬都有一個(gè)固定的熔點(diǎn)或稱平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)純金屬都有一個(gè)固定的熔點(diǎn)或稱平衡結(jié)晶溫度或理論結(jié)晶溫度，即將金屬加熱熔化成液體，在無限緩慢冷卻條件下晶溫度，即將金屬加熱熔化成液體，在無限緩慢冷卻條件下平衡結(jié)晶，所得到的結(jié)晶溫度，（常用平衡結(jié)晶，所得到的結(jié)晶溫度，（常用T0表示）。也就是說，表示）。也就是說，純金屬的結(jié)晶過程總是在一個(gè)恒定溫度下進(jìn)行。純金屬的結(jié)晶過程總是在一個(gè)恒定溫度下進(jìn)行。 l過冷、過冷度（結(jié)晶的條件）過冷、過冷度（結(jié)晶的條件）這是由于液態(tài)原子無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時(shí)原子有序狀態(tài)時(shí)這是由于液態(tài)原子無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時(shí)原子有序狀態(tài)時(shí)放出來的放出來的結(jié)晶潛熱，結(jié)晶潛熱，抵

6、消了向外界散發(fā)的熱量，而保持抵消了向外界散發(fā)的熱量，而保持結(jié)晶過程溫度不變。在非常緩饅冷卻的條件下，平臺溫度結(jié)晶過程溫度不變。在非常緩饅冷卻的條件下，平臺溫度與理論結(jié)晶溫度相差很小。與理論結(jié)晶溫度相差很小。液體金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度液體金屬在結(jié)晶時(shí)的溫度- -時(shí)間曲線稱為冷卻曲線時(shí)間曲線稱為冷卻曲線。在實(shí)際結(jié)晶中，冷卻都有一定的冷卻速度，此時(shí)，液態(tài)金屬將在理論結(jié)在實(shí)際結(jié)晶中，冷卻都有一定的冷卻速度，此時(shí)，液態(tài)金屬將在理論結(jié)晶溫度晶溫度T0以下某一溫度以下某一溫度Tn才開始結(jié)晶，如下圖所示。金屬的實(shí)際結(jié)晶溫才開始結(jié)晶，如下圖所示。金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度度Tn低于理論結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度T0的這一現(xiàn)象

7、稱為過冷現(xiàn)象。的這一現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。 從能量的角度來看從能量的角度來看，純金屬結(jié)晶之所以存在平衡，純金屬結(jié)晶之所以存在平衡結(jié)晶溫度，是由于其液體與晶體二者之間的能量在該溫結(jié)晶溫度，是由于其液體與晶體二者之間的能量在該溫度能達(dá)到平衡度能達(dá)到平衡自由能自由能：物質(zhì)能自動向外界釋放出多余的或能：物質(zhì)能自動向外界釋放出多余的或能夠?qū)ν庾鞴Φ哪芰拷凶杂赡堋驅(qū)ν庾鞴Φ哪芰拷凶杂赡?。?jù)熱力學(xué)定律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，據(jù)熱力學(xué)定律，自然界中一切自發(fā)轉(zhuǎn)變過程，總是向能量最低狀態(tài)轉(zhuǎn)變?？偸窍蚰芰孔畹蜖顟B(tài)轉(zhuǎn)變。任何物體在不同狀態(tài)下對應(yīng)有一定的自由能任何物體在不同狀態(tài)下對應(yīng)有一定的自由能.自然界自發(fā)過程進(jìn)行

8、的熱力學(xué)條件都是自由能自然界自發(fā)過程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是自由能0。在交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度在交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度T0時(shí)，液態(tài)和固態(tài)的自由時(shí)，液態(tài)和固態(tài)的自由能相等，液態(tài)和固態(tài)可能相等，液態(tài)和固態(tài)可長期共存，處于動平衡長期共存，處于動平衡狀態(tài)。高于狀態(tài)。高于T0溫度時(shí)，溫度時(shí)，液態(tài)比固態(tài)的自由能低，液態(tài)比固態(tài)的自由能低，金屬處于液態(tài)才是穩(wěn)定金屬處于液態(tài)才是穩(wěn)定的；低于的；低于T0溫度時(shí)，金溫度時(shí)，金屬穩(wěn)定的狀態(tài)為固態(tài)。屬穩(wěn)定的狀態(tài)為固態(tài)。T0即為理論結(jié)晶溫度或即為理論結(jié)晶溫度或熔點(diǎn)。熔點(diǎn)?！究梢姟浚究梢姟?，過冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動力也就越大過冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動力也就越大；過冷度等于；過冷度等于0，Gv也

9、等于也等于0，沒有驅(qū)動力結(jié)晶，沒有驅(qū)動力結(jié)晶不能進(jìn)行。不能進(jìn)行。過冷度用來克服界面能。過冷度用來克服界面能。 結(jié)論：結(jié)論：結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷度結(jié)晶的熱力學(xué)條件就是必須有一定的過冷度冷卻速度越大，則開始結(jié)冷卻速度越大，則開始結(jié)晶溫度越低，過冷度也就晶溫度越低，過冷度也就越大。越大。結(jié)晶時(shí)要從液體中生出結(jié)晶時(shí)要從液體中生出晶體，必須建立同液體晶體，必須建立同液體相隔開的晶體界面而消相隔開的晶體界面而消耗能量耗能量A。所以，只有當(dāng)液體的過所以，只有當(dāng)液體的過冷度達(dá)到一定的大小，冷度達(dá)到一定的大小，使結(jié)晶的動力使結(jié)晶的動力A大于建立大于建立界面所需要的表面能界面所需要的表面能A時(shí)，時(shí)

10、，結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。結(jié)晶過程才能開始進(jìn)行。二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程 液態(tài)金屬結(jié)晶是在結(jié)晶溫度平臺由液態(tài)金屬結(jié)晶是在結(jié)晶溫度平臺由形核形核和和晶核晶核長大長大兩兩個(gè)密切聯(lián)系的基本過程來實(shí)現(xiàn)的。個(gè)密切聯(lián)系的基本過程來實(shí)現(xiàn)的。 （3）結(jié)晶的過程）結(jié)晶的過程-晶核形成、晶核長大。晶核形成、晶核長大。 液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的x射線和中子衍射等研究結(jié)果表射線和中子衍射等研究結(jié)果表明，液態(tài)金屬中總是存在著許多類似于晶體中原明，液態(tài)金屬中總是存在著許多類似于晶體中原子有規(guī)則排列的小集團(tuán)，稱為近程有序排列。在子有規(guī)則排列的小集團(tuán)，稱為近程有序排列。在理論結(jié)晶溫度以上，這些小集團(tuán)尺寸較小，極不理論結(jié)晶溫

11、度以上，這些小集團(tuán)尺寸較小，極不穩(wěn)定，時(shí)聚時(shí)散，此起被伏。當(dāng)?shù)陀诶碚摻Y(jié)晶溫穩(wěn)定，時(shí)聚時(shí)散，此起被伏。當(dāng)?shù)陀诶碚摻Y(jié)晶溫度時(shí)，這些小集團(tuán)中的某些就可能成為穩(wěn)定的結(jié)度時(shí)，這些小集團(tuán)中的某些就可能成為穩(wěn)定的結(jié)晶核心，稱作晶核。晶核心，稱作晶核。 隨著冷卻不斷進(jìn)行。已形成的晶核不斷長大，隨著冷卻不斷進(jìn)行。已形成的晶核不斷長大，同時(shí)液態(tài)金屬中又會不斷產(chǎn)生新的晶核并隨冷卻同時(shí)液態(tài)金屬中又會不斷產(chǎn)生新的晶核并隨冷卻不斷長大，直至液態(tài)金屬全部消失，晶體彼此相不斷長大，直至液態(tài)金屬全部消失，晶體彼此相互接觸為止?；ソ佑|為止。二、結(jié)晶過程二、結(jié)晶過程晶核的形成與長大。晶核的形成與長大。晶核的形成有自發(fā)形核和非自發(fā)形

12、核兩種。晶核的形成有自發(fā)形核和非自發(fā)形核兩種。結(jié)晶的動力是液體與晶體之間的自由能差，阻力是結(jié)晶潛熱。結(jié)晶的動力是液體與晶體之間的自由能差，阻力是結(jié)晶潛熱。晶核的形成晶核的形成 1 1）自發(fā)形核自發(fā)形核 從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自從液態(tài)內(nèi)部由金屬本身原子自發(fā)長出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的發(fā)長出結(jié)晶核心的過程叫做自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。結(jié)晶核心叫做自發(fā)晶核。 2 2）非自發(fā)形核非自發(fā)形核 依附于雜質(zhì)而生成晶核的過依附于雜質(zhì)而生成晶核的過程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自程叫做非自發(fā)形核，形成的結(jié)晶核心叫做非自發(fā)晶核。發(fā)晶核。平面長大平面長大樹枝狀長大樹枝狀長大激光燒結(jié)銅

13、合金的枝晶組織激光燒結(jié)銅合金的枝晶組織激光燒結(jié)不銹鋼的激光燒結(jié)不銹鋼的枝晶組織多樣性枝晶組織多樣性金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶金屬結(jié)晶后形成由許多晶粒構(gòu)成的多晶體，而晶粒大小是衡量金屬結(jié)晶后形成由許多晶粒構(gòu)成的多晶體，而晶粒大小是衡量金屬組織的重要標(biāo)志之一。金屬組織的重要標(biāo)志之一。表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶粒度晶粒度。晶粒度可用。晶粒度可用單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)或或單位單位面積上面積上晶粒數(shù)目來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度級別來確定晶晶粒數(shù)目來表示。工業(yè)生產(chǎn)上采用晶粒度級別來確定晶粒度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級別共分粒度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒

14、度級別共分八八級，一級最粗，八級最細(xì)。通過級，一級最粗，八級最細(xì)。通過100倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對照來評級。倍顯微鏡下的晶粒大小與標(biāo)準(zhǔn)圖對照來評級。三、金屬結(jié)晶后晶粒的大小三、金屬結(jié)晶后晶粒的大小常溫下，金屬晶粒越細(xì)常溫下，金屬晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，它小，晶界面積越大，它的強(qiáng)度、硬度越高；對的強(qiáng)度、硬度越高；對外應(yīng)力的分散使塑性和外應(yīng)力的分散使塑性和韌性提高，即韌性提高，即細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化。晶粒的大小取決于晶粒的大小取決于晶核的形核率晶核的形核率和和長大速度長大速度。（。（P13P13）l單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫單位時(shí)間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率形核率( (N

15、N) )。l單位時(shí)間內(nèi)晶核生長的長度叫單位時(shí)間內(nèi)晶核生長的長度叫長大速度長大速度( (GG) )。l N/GN/G比值越大，晶粒越細(xì)小比值越大，晶粒越細(xì)小。l因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長大的因素，因此，凡是促進(jìn)形核、抑制長大的因素，l都能細(xì)化晶粒都能細(xì)化晶粒 提高過冷度提高過冷度 過冷度過冷度 T T，NN（形核速率），（形核速率），GG（長大速率），（長大速率），N/GN/G增大，增大，晶粒越細(xì)小。晶粒越細(xì)小。過冷度對過冷度對N、G的影響的影響四、生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的方法四、生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的方法緩冷緩冷快冷快冷2.超高速超高速(106Ks1011Ks)急冷技術(shù)的發(fā)展，可獲得超細(xì)急冷技術(shù)的發(fā)展，可獲

16、得超細(xì)化晶粒的金屬、亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬?；Я５慕饘佟喎€(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬。非晶態(tài)金屬具有特別高的強(qiáng)度和韌性、優(yōu)異的軟磁性能、非晶態(tài)金屬具有特別高的強(qiáng)度和韌性、優(yōu)異的軟磁性能、高的電阻性、良好的抗蝕性等。將液態(tài)金屬連續(xù)流入旋轉(zhuǎn)高的電阻性、良好的抗蝕性等。將液態(tài)金屬連續(xù)流入旋轉(zhuǎn)的冷卻軋輥之間，急冷后可獲得幾毫米寬的非晶態(tài)金屬材的冷卻軋輥之間，急冷后可獲得幾毫米寬的非晶態(tài)金屬材料薄帶。料薄帶。主要實(shí)施方法：主要實(shí)施方法：1.提高液態(tài)金屬的冷卻速度，采用冷卻能力較強(qiáng)的模子。提高液態(tài)金屬的冷卻速度，采用冷卻能力較強(qiáng)的模子。例如采用金屬型鑄模，比采用砂型鑄模獲得的鑄件晶粒要

17、例如采用金屬型鑄模，比采用砂型鑄模獲得的鑄件晶粒要細(xì)小細(xì)小 變質(zhì)處理變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑作為非自發(fā)晶核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。核的核心，以細(xì)化晶粒和改善組織。變質(zhì)處理前變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后變質(zhì)處理后電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖電磁攪拌細(xì)化晶粒示意圖振動，攪拌等振動，攪拌等對正在結(jié)晶的金屬進(jìn)行振動或攪動，一方面可靠外部對正在結(jié)晶的金屬進(jìn)行振動或攪動，一方面可靠外部輸入的能量來促進(jìn)形核，另一方面也可使成長中的枝輸入的能量來促進(jìn)形核，另一方面也可使成長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。晶粒大小與金屬強(qiáng)度的關(guān)系晶

18、粒大小與金屬強(qiáng)度的關(guān)系 s= i+Kd-1/2在金屬晶體中，鐵的同素在金屬晶體中，鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變最為典型，也是異晶轉(zhuǎn)變最為典型，也是最重要的。純鐵的冷卻曲最重要的。純鐵的冷卻曲線如右圖所示。線如右圖所示。 -Fe-Fe、 -Fe-Fe、 -Fe -Fe是鐵是鐵在不同溫度下的同素異構(gòu)在不同溫度下的同素異構(gòu)體。體。 -Fe -Fe和和 -Fe-Fe都是體都是體心立方晶格，分別存在于心立方晶格，分別存在于熔點(diǎn)至熔點(diǎn)至13941394之間及之間及912912以下。以下。 -Fe-Fe是面心是面心立方晶格，存在于立方晶格，存在于13949121394912之間。之間。 純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變純鐵的同素異晶

19、轉(zhuǎn)變金金 屬與合金的鑄態(tài)組織中往往具有晶粒粗大不均勻、組織不屬與合金的鑄態(tài)組織中往往具有晶粒粗大不均勻、組織不致密和成分偏析等缺陷，因此金屬材料經(jīng)冶煉澆注后大多要致密和成分偏析等缺陷，因此金屬材料經(jīng)冶煉澆注后大多要進(jìn)行各種壓力加工，如軋制、鍛造、擠壓、拉拔等，制成型進(jìn)行各種壓力加工，如軋制、鍛造、擠壓、拉拔等，制成型材和工件再予使用。材和工件再予使用。3-2 3-2 金屬材料的塑性變形特性金屬材料的塑性變形特性金屬經(jīng)壓力加工，不僅改變了金屬經(jīng)壓力加工，不僅改變了外形外形，而且也使材料，而且也使材料內(nèi)部的組內(nèi)部的組織和性能織和性能發(fā)生很大變化，討論金屬的塑性變形規(guī)律和塑變后發(fā)生很大變化，討論金屬

20、的塑性變形規(guī)律和塑變后加熱轉(zhuǎn)變具有重要的意義，壓力加工的加熱轉(zhuǎn)變具有重要的意義，壓力加工的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)就是就是塑性變形塑性變形。通過壓力加工時(shí)的塑性變形，金屬的組織會發(fā)生很大變化，通過壓力加工時(shí)的塑性變形，金屬的組織會發(fā)生很大變化，可使材料的某些性能如強(qiáng)度明顯提高，但同時(shí)對金屬的組織可使材料的某些性能如強(qiáng)度明顯提高，但同時(shí)對金屬的組織和性能帶來不利影響，因此，在壓力加工以后或加工過程中，和性能帶來不利影響，因此，在壓力加工以后或加工過程中，必要的話，還要對金屬重新加熱，使其發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，必要的話，還要對金屬重新加熱，使其發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，以消除不利影響。以消除不利影響。5 5萬噸水壓機(jī)萬噸水壓

21、機(jī)靜載單向靜拉伸靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變曲應(yīng)變曲線線( (低碳鋼低碳鋼 ) )3-2 3-2 金屬材料的塑性變形特性金屬材料的塑性變形特性一、金屬材料一、金屬材料 的變形特性的變形特性金屬材料在外力作用下，變形過程可分為金屬材料在外力作用下，變形過程可分為彈性變形彈性變形、塑塑性變形性變形和和斷裂斷裂三個(gè)階段。三個(gè)階段。l在彈性變形階段用彈性模量在彈性變形階段用彈性模量E來表示材料在外力作用下來表示材料在外力作用下抵抗彈性變形的能力；抵抗彈性變形的能力；l在塑性變形階段，用在塑性變形階段，用和和表示材料塑性變形能力的好表示材料塑性變形能力的好壞；用壞；用屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度表示材料表示材料抵抗微

22、量塑性變形抵抗微量塑性變形的能力；強(qiáng)的能力；強(qiáng)度極限反映材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的抗力；度極限反映材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的抗力；l斷裂通常按材料斷裂時(shí)有無宏觀塑性變形分為脆性斷斷裂通常按材料斷裂時(shí)有無宏觀塑性變形分為脆性斷裂和韌性斷裂，韌性斷裂在斷裂前有明顯的塑性變形，裂和韌性斷裂，韌性斷裂在斷裂前有明顯的塑性變形，斷口呈纖維狀，灰暗無光。斷口呈纖維狀，灰暗無光。 應(yīng)力在晶面上的分解應(yīng)力在晶面上的分解二、單晶體金屬的塑性變形二、單晶體金屬的塑性變形外力在晶面上的分解外力在晶面上的分解切應(yīng)力作用下的變形切應(yīng)力作用下的變形鋅單晶的拉伸照片鋅單晶的拉伸照片 正應(yīng)力正應(yīng)力只能引起彈只能引起彈性變形及

23、解理斷裂。性變形及解理斷裂。 只有在只有在切應(yīng)力切應(yīng)力的作的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。塑性變形。正應(yīng)力正應(yīng)力 ：僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當(dāng)超過原子間結(jié)合力時(shí)，將僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長，當(dāng)超過原子間結(jié)合力時(shí)，將晶體拉斷；晶體拉斷；切應(yīng)力切應(yīng)力 ：使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過滑移抗力時(shí)引起滑移面使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過滑移抗力時(shí)引起滑移面兩側(cè)的晶體發(fā)生相對滑動。兩側(cè)的晶體發(fā)生相對滑動。塑性變形有兩種形式：塑性變形有兩種形式：滑移滑移和和孿生孿生。在多數(shù)情況下，金屬在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以的塑性變形是以滑移滑移方式方式進(jìn)行的。進(jìn)行的。l滑移常沿晶體中原子密度最滑移常沿晶

24、體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生大的晶面和晶向發(fā)生。因?yàn)樵驗(yàn)樵用芏茸畲蟮木婧途蛑g子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面滑移面和和滑移方向滑移方向。通通常是晶體中的密排面和密排方向。常是晶體中的密排面和密排方向。 l一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系滑移系。三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移系越多，金屬發(fā)生滑移

25、的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大?；品较?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格，體心立方因而金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格，體心立方晶格好于密排六方晶格晶格好于密排六方晶格。金屬塑性：金屬塑性：CuCu（FCCFCC）FeFe（BCCBCC）ZnZn（HCPHCP）。）。 滑移時(shí)，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整滑移時(shí)，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍數(shù)倍。滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線滑移線，若干條，若干條滑移線組成一個(gè)滑移線組成一個(gè)滑移帶滑移帶。 滑移帶和滑移線示意

26、圖滑移帶和滑移線示意圖銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動。原因是晶體發(fā)生滑移后，原因是晶體發(fā)生滑移后，作用于試樣兩端的拉力作用于試樣兩端的拉力不再處于同一軸線上，不再處于同一軸線上，因此產(chǎn)生一個(gè)力矩迫使因此產(chǎn)生一個(gè)力矩迫使滑移面轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的結(jié)滑移面轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的結(jié)果，使滑移面趨向與拉果，使滑移面趨向與拉伸軸平行?；飘a(chǎn)生轉(zhuǎn)伸軸平行?；飘a(chǎn)生轉(zhuǎn)移，晶體產(chǎn)生大量塑性移，晶體產(chǎn)生大量塑性變形。變形。晶體的剛性滑移模型晶體的剛性滑移模型AA位錯(cuò)參與的塑性變形過程位錯(cuò)參與的塑性變形過程 AA滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的?；剖峭ㄟ^滑移面上

27、位錯(cuò)的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行產(chǎn)生滑移的位錯(cuò)移動模型產(chǎn)生滑移的位錯(cuò)移動模型晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間原子發(fā)生移動，它們移動的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易位錯(cuò)的易動性動性。思考：思考： 滑移的結(jié)果使晶體中的位錯(cuò)掃過滑移面而移滑移的結(jié)果使晶體中的位錯(cuò)掃過滑移面而移到晶體表面。到晶體表面。 隨著塑性變形的進(jìn)行，晶體中的位錯(cuò)數(shù)隨著塑性變形的進(jìn)行，晶體中的位錯(cuò)數(shù)量將不斷減少？量將不斷減少？形變強(qiáng)化

28、的本質(zhì)與位錯(cuò)增殖過程形變強(qiáng)化的本質(zhì)與位錯(cuò)增殖過程Frank-ReadFrank-Read位錯(cuò)源位錯(cuò)源t t S S答案是相反的！答案是相反的！Si Si晶體中觀察到的弗蘭克晶體中觀察到的弗蘭克- -瑞德增殖位錯(cuò)瑞德增殖位錯(cuò) 孿生孿生孿生孿生是指晶體的一部分沿一定是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的發(fā)生切變的部分稱部分稱孿生帶孿生帶或或?qū)\晶孿晶，沿其，沿其發(fā)生孿生的晶面稱發(fā)生孿生的晶面稱孿生面孿生面，孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。晶體呈鏡面對稱。 在切應(yīng)力作用下，若局部在切應(yīng)力作用下，若局部

29、若干層（若干層（111）晶面原子）晶面原子沿沿11 方向產(chǎn)方向產(chǎn)生一切動距離生一切動距離 11 的均勻切變。圖面相當(dāng)于（的均勻切變。圖面相當(dāng)于（ 1 0）面，）面，（111）面垂直于紙面。）面垂直于紙面。2213aa. a. 滑移滑移和和孿生孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。晶向進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。 b. b. 孿生孿生所需要的臨界切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度所需要的臨界切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速。在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生孿生。極快，接近于聲速。在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生孿生。c.c. 滑移滑移位錯(cuò)運(yùn)動位錯(cuò)運(yùn)動原子移動的相對

30、位移是原子間距原子移動的相對位移是原子間距的整數(shù)值的整數(shù)值不引起晶格位向的變化；不引起晶格位向的變化； 孿生孿生晶格切變晶格切變原子移動的相對位移是原子間距原子移動的相對位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值的分?jǐn)?shù)值孿晶晶格位向改變孿晶晶格位向改變促進(jìn)滑移。促進(jìn)滑移。d. d. 孿生孿生產(chǎn)生的塑性變形量?。óa(chǎn)生的塑性變形量?。ɑ谱冃瘟康幕谱冃瘟康?010），）， 但引起的晶格畸變大。但引起的晶格畸變大。滑移和孿生滑移和孿生: :l密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。l體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作

31、用下才發(fā)生孿生變形。l面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，在，這是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱稱退火孿晶退火孿晶。 （ABCABCABCABCABCABABCABCABCABCABCABC CBACBABACBA） 奧氏體不銹鋼中退火孿晶奧氏體不銹鋼中退火孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶鈦合金六方相中的形變孿晶 多晶體與單晶體的區(qū)別在于：多晶體是有不同多晶體與單晶體的區(qū)別在于：多晶體是有不同位向的晶粒組成，且各晶粒間存在晶界。位向的晶粒組成，且各晶粒間存

32、在晶界。 單個(gè)晶粒變形與單晶體相似，因此，只要研究單個(gè)晶粒變形與單晶體相似，因此，只要研究晶粒位向晶粒位向和和晶界晶界在多晶體塑性變形中的作用即可。在多晶體塑性變形中的作用即可。三、多晶體金屬的塑性變形三、多晶體金屬的塑性變形 晶界及晶粒位向差的影響晶界及晶粒位向差的影響 1 1、晶界的影響、晶界的影響 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動到晶界附近時(shí)，由于晶界當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動到晶界附近時(shí)，由于晶界 處的原子排列紊亂，缺陷和雜質(zhì)多，處的原子排列紊亂，缺陷和雜質(zhì)多，能量高，對能量高，對位錯(cuò)的滑移起阻礙作用位錯(cuò)的滑移起阻礙作用。受到晶界的阻礙的位錯(cuò)堆積起來，稱受到晶界的阻礙的位錯(cuò)堆積起來，稱位位錯(cuò)的塞積錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行

33、，則必須。要使變形繼續(xù)進(jìn)行，則必須增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。提高。Cu-4.5AlCu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯(cuò)塞積界的位錯(cuò)塞積雙晶粒拉伸試驗(yàn)示意圖雙晶粒拉伸試驗(yàn)示意圖變形前變形前變形后變形后2 2、晶粒位向的影響、晶粒位向的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)。這種彈性變形這種彈性變形便成為塑性變形晶粒便成為塑性變形晶粒的變

34、形阻力的變形阻力。由于晶粒間的這種相由于晶粒間的這種相互約束，使得互約束，使得多晶體多晶體金屬的塑性變形抗力金屬的塑性變形抗力提高提高。 多晶體中每個(gè)晶粒位向不多晶體中每個(gè)晶粒位向不一致，一些晶粒的滑移面一致，一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切和滑移方向接近于最大切應(yīng)力方向應(yīng)力方向(稱晶粒處于軟位稱晶粒處于軟位向向)，另一些晶粒的滑移面，另一些晶粒的滑移面和滑移方向與最大切應(yīng)力和滑移方向與最大切應(yīng)力方向相差較大方向相差較大(稱晶粒處于稱晶粒處于硬位向硬位向)。在發(fā)生滑移時(shí)，。在發(fā)生滑移時(shí)，軟位向晶粒先開始。當(dāng)位軟位向晶粒先開始。當(dāng)位錯(cuò)在晶界受阻逐漸堆積時(shí)，錯(cuò)在晶界受阻逐漸堆積時(shí)，其他晶粒發(fā)

35、生滑移。其他晶粒發(fā)生滑移。 移移由一批晶粒傳遞到由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的金屬便顯示出明顯的塑性變形。塑性變形。 外力增大時(shí)，位錯(cuò)在晶界附近繼續(xù)堆積，造成應(yīng)力集中，外力增大時(shí)，位錯(cuò)在晶界附近繼續(xù)堆積，造成應(yīng)力集中，當(dāng)位錯(cuò)密度增大到形成足夠大的應(yīng)力場時(shí)，相鄰的較硬位向晶當(dāng)位錯(cuò)密度增大到形成足夠大的應(yīng)力場時(shí)，相鄰的較硬位向晶?；泼嫔系奈诲e(cuò)被激發(fā)，于是塑性變形由軟位向晶粒發(fā)展到?；泼嫔系奈诲e(cuò)被激發(fā)，于是塑性變形由軟位向晶粒發(fā)展到了較硬位向晶粒。了較硬位向晶粒。 這種過程不斷繼續(xù)下去，塑性變形就進(jìn)一步發(fā)展到更硬位這種過

36、程不斷繼續(xù)下去，塑性變形就進(jìn)一步發(fā)展到更硬位向晶粒。與此同時(shí)，已經(jīng)變形的晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，由原軟位向轉(zhuǎn)向晶粒。與此同時(shí)，已經(jīng)變形的晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，由原軟位向轉(zhuǎn)至較硬位向，而不能繼續(xù)滑移。至較硬位向，而不能繼續(xù)滑移。 所以隨著外力的持續(xù)作用，多晶體金屬的塑性變形是晶粒所以隨著外力的持續(xù)作用，多晶體金屬的塑性變形是晶粒分批的逐步的發(fā)生的，由少數(shù)晶粒開始，逐步擴(kuò)大到多數(shù)晶粒，分批的逐步的發(fā)生的，由少數(shù)晶粒開始，逐步擴(kuò)大到多數(shù)晶粒，最后到全部晶粒；由不均勻的變形逐步發(fā)展到均勻的變形。最后到全部晶粒；由不均勻的變形逐步發(fā)展到均勻的變形。（二）（二） 晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響金屬

37、的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。l因金屬因金屬晶粒越細(xì)，晶晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶的具有不同位向的晶粒越多粒越多，使金屬塑性，使金屬塑性變形的抗力越高。變形的抗力越高。晶粒大小與金屬強(qiáng)度的關(guān)系晶粒大小與金屬強(qiáng)度的關(guān)系金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。l因因晶粒越細(xì)晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，也不會造成應(yīng)也不會造成應(yīng)力集中，因而不會導(dǎo)致開裂，力集

38、中，因而不會導(dǎo)致開裂，在斷裂前在斷裂前可發(fā)生較大的塑性變可發(fā)生較大的塑性變形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)形。強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加，增加，金屬在斷裂前金屬在斷裂前消耗的功也大，消耗的功也大，因而因而其韌性也比較好。其韌性也比較好。應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力塑性材料塑性材料脆性脆性材料材料 .Hall-Pitch.Hall-Pitch關(guān)系：關(guān)系： s s=0 0+K+Ky yd d-1/2-1/2 .細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化： 晶粒小晶粒小晶界面積大晶界面積大變形抗力大變形抗力大強(qiáng)度大強(qiáng)度大 晶粒小晶粒小單位體積晶粒多單位體積晶粒多變形分散變形分散相鄰相鄰晶粒不同滑移系相互協(xié)調(diào)晶粒不同滑移系相互協(xié)調(diào)塑性好塑性好 晶粒小晶粒小晶界

39、多晶界多不利于裂紋的傳播不利于裂紋的傳播斷裂斷裂前承受較大的塑性變形前承受較大的塑性變形- -韌性好韌性好細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種非常重要的細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種非常重要的強(qiáng)韌化手段！強(qiáng)韌化手段！四、合金的塑性變形四、合金的塑性變形l根據(jù)組織，合金可分為根據(jù)組織，合金可分為單相固溶體單相固溶體和和多相混合物多相混合物兩兩種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著種。合金元素的存在，使合金的變形與純金屬顯著不同。不同。奧氏體奧氏體珠光體珠光體（一）單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化（一）單相固溶體合金的塑性變形與固溶強(qiáng)化單相固溶體合金組織與純金屬相同，其塑性變形過程單相固溶體合金組織與純金屬相同，其

40、塑性變形過程也與多晶體純金屬相似。但也與多晶體純金屬相似。但隨溶質(zhì)含量增加，固溶體隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化。 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因，是由于溶質(zhì)原子與位錯(cuò)相互作用的結(jié)果，的結(jié)果，溶質(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變?nèi)苜|(zhì)原子不僅使晶格發(fā)生畸變，對位錯(cuò)起阻礙，對位錯(cuò)起阻礙作用，作用，而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)而且易被吸附在位錯(cuò)附近形成柯氏氣團(tuán)，使位錯(cuò)被釘扎住被釘扎住，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形，位錯(cuò)要脫釘，則必須增加外力，從而使變形抗力提高?？沽μ岣?/p>

41、。 Cu-Ni合金成分與性能關(guān)系合金成分與性能關(guān)系珠光體珠光體當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)當(dāng)在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，第二相顆粒越細(xì)，分布越均，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱方法稱彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化或或沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化。第二相強(qiáng)化的原因第二相強(qiáng)化的原因是由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位是由于硬的顆粒不易被切變，因而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動，提高了變形抗力。錯(cuò)的運(yùn)動，提高了變形抗力。顆粒釘扎作用的電鏡照片顆粒釘扎作用的電鏡照片電鏡觀察電鏡觀察軟顆粒軟顆粒將被位錯(cuò)切開，對位錯(cuò)有一定的將被位錯(cuò)切開，對

42、位錯(cuò)有一定的阻滯阻滯作用。作用。4-2 4-2 1.1.塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 1)1)晶粒變形：晶粒變形： 金屬塑性變形時(shí)，隨著外形的改變，內(nèi)部晶粒的形狀金屬塑性變形時(shí)，隨著外形的改變，內(nèi)部晶粒的形狀也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長也相應(yīng)變化。通常晶粒沿變形方向被拉長( (拉伸拉伸) )或壓扁或壓扁( (壓縮壓縮) )。2) 2) 晶界模糊：晶界模糊： 當(dāng)變形量很大時(shí)，晶界變得模糊不清，這是由于位錯(cuò)移當(dāng)變形量很大時(shí)，晶界變得模糊不清，這是由于位錯(cuò)移出晶粒在邊界造成的臺階使晶界交錯(cuò)，同時(shí)也進(jìn)一步降低了出晶粒在邊界造成的臺階使晶界交錯(cuò)，同時(shí)也進(jìn)一步降低了晶界

43、的耐腐蝕性。晶界的耐腐蝕性。 3) 3) 纖維組織：纖維組織： 變形較大時(shí)，金屬中的夾雜物也沿變形方向被拉長，形成變形較大時(shí)，金屬中的夾雜物也沿變形方向被拉長，形成了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出了纖維組織。纖維組織的出現(xiàn)造成材料在不同方向上表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能不同的力學(xué)性能( (各向異性各向異性) )，一般沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性，一般沿纖維方向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于垂直方向。遠(yuǎn)大于垂直方向。 4) 4) 形成亞結(jié)構(gòu)：形成亞結(jié)構(gòu)： 在大量變形之后，由于位錯(cuò)的運(yùn)動和交互作用，位錯(cuò)不在大量變形之后，由于位錯(cuò)的運(yùn)動和交互作用，位錯(cuò)不均勻分布，使晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。均勻

44、分布，使晶粒碎化成許多位向略有差異的亞晶粒。 金屬變形后的亞結(jié)構(gòu)金屬變形后的亞結(jié)構(gòu)(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%板織構(gòu)板織構(gòu)絲織構(gòu)絲織構(gòu)形變織構(gòu)示意圖形變織構(gòu)示意圖5) 5) 產(chǎn)生變形織構(gòu)產(chǎn)生變形織構(gòu) 由于變形織構(gòu)的由于變形織構(gòu)的存在，在深沖零件時(shí)，存在，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚使零件邊緣不齊，厚薄不勻。薄不勻。2.2.塑性變形對金屬性能的影響塑性變形對金屬性能的影響產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象 隨著塑性變形量的增加，隨著塑性變形量的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，這金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下

45、降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化，也稱形變強(qiáng)化。種現(xiàn)象稱為加工硬化，也稱形變強(qiáng)化。 冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，MPa40鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅冷塑性變形量，%伸長率，伸長率，%40鋼鋼(0.4%C)黃銅黃銅銅銅塑性變形塑性變形位錯(cuò)移動位錯(cuò)移動位錯(cuò)大量增殖位錯(cuò)大量增殖相互作用相互作用運(yùn)動阻力加大運(yùn)動阻力加大變形抗力變形抗力強(qiáng)度強(qiáng)度、硬度、硬度，塑性、韌性，塑性、韌性位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)密度位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)密度強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系 一一種重要的強(qiáng)化手段，對不能用熱處理方法強(qiáng)化的合種重要的強(qiáng)化手段，對不能用熱處理方法強(qiáng)化的合金（如鋁銅或不銹鋼等單相合金）尤其重要

46、，加工硬化金（如鋁銅或不銹鋼等單相合金）尤其重要，加工硬化是提高強(qiáng)度的有效方法；是提高強(qiáng)度的有效方法； 均勻塑性變形與壓力加工的保證；均勻塑性變形與壓力加工的保證； 零件安全的保證。具有防止短時(shí)超載斷裂能力，一旦零件安全的保證。具有防止短時(shí)超載斷裂能力，一旦意外過載，產(chǎn)生了塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，零件變形意外過載，產(chǎn)生了塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，零件變形自動終止，保證構(gòu)件安全性；自動終止，保證構(gòu)件安全性； 塑性，塑性，切削性能切削性能 不利：塑性變形困難，給進(jìn)一步變形帶來困難不利：塑性變形困難，給進(jìn)一步變形帶來困難 中間退火中間退火消除消除 如冷壓成型時(shí)，材料強(qiáng)度提高，所需動力增加，而且被如冷壓

47、成型時(shí)，材料強(qiáng)度提高，所需動力增加，而且被加工的材料塑性隨變形程度的增加而降低，若強(qiáng)力使其加工的材料塑性隨變形程度的增加而降低，若強(qiáng)力使其變形則會斷裂，因而應(yīng)進(jìn)行退火處理。變形則會斷裂，因而應(yīng)進(jìn)行退火處理。 加工硬化的意義：加工硬化的意義：使金屬的性能產(chǎn)生各向異性使金屬的性能產(chǎn)生各向異性的主要原因。的主要原因。影響金屬的物理、化學(xué)性能影響金屬的物理、化學(xué)性能 金屬經(jīng)塑性變形后，金屬經(jīng)塑性變形后，共晶格發(fā)生畸變、空位和位錯(cuò)密度增加，使電阻增大，共晶格發(fā)生畸變、空位和位錯(cuò)密度增加，使電阻增大，電阻溫度系數(shù)下降；變形提高了金屬的內(nèi)能，使原子電阻溫度系數(shù)下降；變形提高了金屬的內(nèi)能，使原子活動能力增大，

48、容易擴(kuò)散，耐蝕性降低?；顒幽芰υ龃?，容易擴(kuò)散，耐蝕性降低。產(chǎn)生殘余應(yīng)力產(chǎn)生殘余應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；第二類內(nèi)應(yīng)力第二類內(nèi)應(yīng)力微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；第三類內(nèi)應(yīng)力第三類內(nèi)應(yīng)力超微觀，晶格畸變（超微觀，晶格畸變（90%90%），材料產(chǎn)生），材料產(chǎn)生強(qiáng)化強(qiáng)化加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅4-3 4-3 塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化塑性變形后的金屬在加熱時(shí)組織和性能的變化 一、回復(fù)一、回復(fù)在在回復(fù)階段回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下，金屬組織變化不明

49、顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高，但降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，以降低殘工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，以降低殘余應(yīng)力，又保留加工硬化效果。這種熱處理方法稱余應(yīng)力，又保留加工硬化效果。這種熱處理方法稱去應(yīng)力退去應(yīng)力退火火。二、再結(jié)晶二、再結(jié)晶 當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動能力增大，時(shí)，由于原子活動能力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)樾碌挠善扑槔L的晶粒變?yōu)樾碌木鶆?、?xì)小、完整的等軸晶均勻、細(xì)小、完整的等軸晶粒。

50、這種冷變形組織在加熱粒。這種冷變形組織在加熱時(shí)重新徹底改組的過程稱時(shí)重新徹底改組的過程稱再再結(jié)晶結(jié)晶。發(fā)生再結(jié)晶的最低溫。發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱度稱再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度。純金屬：純金屬：T TR R=0.4-0.35T=0.4-0.35Tmm(K)(K) 合金：合金：T TR R=0.5-0.7T=0.5-0.7Tmm(K)(K)鐵素體變形鐵素體變形80%80%650650加熱加熱670670加熱加熱變形金屬發(fā)生再結(jié)晶后，其強(qiáng)度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大變形金屬發(fā)生再結(jié)晶后，其強(qiáng)度和硬度明顯降低，塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除。提高，加工硬化現(xiàn)象被消除。工業(yè)生產(chǎn)中，把工業(yè)生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處消除加工硬化的熱處理稱為理稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度常比再結(jié)晶溫度高。再結(jié)晶退火溫度常比再結(jié)晶溫度高100 100 200200。 再結(jié)晶也是一個(gè)