工程材料第6章 金屬的塑性變形與形變強(qiáng)化

1、第第6章章 金屬的塑性變形與形變強(qiáng)化金屬的塑性變形與形變強(qiáng)化l塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材塑性變形及隨后的加熱對(duì)金屬材料組織和性能有顯著的影響料組織和性能有顯著的影響. . 了了解塑性變形的本質(zhì)解塑性變形的本質(zhì), ,塑性變形及塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工金屬的性能潛力，正確確定加工工藝工藝. . 5萬噸水壓機(jī)萬噸水壓機(jī) 塑性變形的形式：滑移和孿生。塑性變形的形式：滑移和孿生。 金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。金屬常以滑移方式發(fā)生塑性變形。 6.1 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 滑移滑移 滑移滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶是指

2、晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。向相對(duì)于另一部分發(fā)生滑動(dòng)位移的現(xiàn)象。一、單晶體金屬的塑性變形一、單晶體金屬的塑性變形l單晶體受力后，外力在任何單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及解理斷裂。性變形及解理斷裂。只有在只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。能產(chǎn)生塑性變形。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tt (a)未變形未變形 (b)彈性變形彈性變形 (c)彈塑性變形彈塑性變

3、形 (d)塑性變形塑性變形圖圖6-1 晶體在切應(yīng)力作用下的變形晶體在切應(yīng)力作用下的變形1、滑移變形的特點(diǎn)、滑移變形的特點(diǎn) ： 滑移只能在切應(yīng)力的作用滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力. . 滑移常沿晶體中原子滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶密度最大的晶面和晶向發(fā)生。向發(fā)生。因原子密度因原子密度最大的晶面之間原子最大的晶面之間原子間距最大，結(jié)合力最間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小應(yīng)力最小。l沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中

4、的方向。通常是晶體中的密排面和密排方向密排面和密排方向。 l一個(gè)滑移面一個(gè)滑移面和和其上的其上的一一個(gè)滑移方向個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑構(gòu)成一個(gè)滑移系。移系。體心立方晶格體心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格密排六方晶格110111110111晶格晶格滑移面滑移面滑移滑移方向方向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l滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。l因而金屬的塑性，面心立方晶格因而金屬的塑性，面心立方晶格 體心立方晶格體心立

5、方晶格 密排六方晶密排六方晶格。格?；茣r(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍是原子間距的整數(shù)倍. 滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺(tái)階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)稱滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。滑移帶。 銅拉伸試樣表面滑移帶銅拉伸試樣表面滑移帶切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng)切應(yīng)力作用下的變形和滑移面向外力方向的轉(zhuǎn)動(dòng) 滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成晶體滑移后使正應(yīng)力分量和切應(yīng)力分量組成 了力偶了力偶. .多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬

6、 行行2、滑移的機(jī)理、滑移的機(jī)理l滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)滑移是通過滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的的。把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的把滑移設(shè)想為剛性整體滑動(dòng)所需的理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)理論臨界切應(yīng)力值比實(shí)際測(cè)量臨界切應(yīng)力值大力值大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。l晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，晶體通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)動(dòng)，它們移動(dòng)的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小，這種現(xiàn)象稱作小，這種現(xiàn)象稱作位錯(cuò)的易動(dòng)性位錯(cuò)的易動(dòng)性。 孿生孿生 孿生孿生是指晶體的一是指晶體的

7、一部分沿一定晶面和部分沿一定晶面和晶向相對(duì)于另一部晶向相對(duì)于另一部分所發(fā)生的切變。分所發(fā)生的切變。l發(fā)生切變的部分稱發(fā)生切變的部分稱孿生帶孿生帶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面孿生面。l孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱。 孿晶組織孿晶組織孿生示意圖孿生示意圖與滑移相比：與滑移相比：l孿生使晶格位向發(fā)生改變；孿生使晶格位向發(fā)生改變；l所需切應(yīng)力比滑移大得多所需切應(yīng)力比滑移大得多, , 變形速度極快變形速度極快, , 接近聲速接近聲速; ;l孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距孿生時(shí)相鄰原子面的相對(duì)位移量小于一個(gè)原子間距. .

8、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，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，稱退火孿晶。的，稱退火孿晶。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二、二、多晶體金屬的塑性變形多晶體金屬的塑性變形 單個(gè)晶粒變形與單

9、晶體相似單個(gè)晶粒變形與單晶體相似, ,多多晶體變形比單晶體復(fù)雜。晶體變形比單晶體復(fù)雜。1. 晶界和晶粒位向的影響晶界和晶粒位向的影響 （1）晶界的影響）晶界的影響 當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來晶界的阻礙而堆積起來。要使變。要使變形繼續(xù)進(jìn)行形繼續(xù)進(jìn)行, , 則必須增加外力則必須增加外力, , 從而使金屬的變形抗力提高。從而使金屬的變形抗力提高。晶界對(duì)塑性變形的影響晶界對(duì)塑性變形的影響Cu-4.5Al合金晶合金晶界的位錯(cuò)塞積界的位錯(cuò)塞積（2）晶粒位向的影響）晶粒位向的影響 多晶體中各晶粒晶格位向不同會(huì)增大其滑移阻力多晶體中各晶粒晶格位向不同會(huì)增大其滑

10、移阻力。由于各相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)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形晶體金屬的塑性變形抗力提高?？沽μ岣?。 (3) 晶粒度的影響晶粒度的影響l金屬的晶粒愈細(xì)，金屬金屬的晶粒愈細(xì)，金屬的強(qiáng)度便愈高。的強(qiáng)度便愈高。因?yàn)?，因?yàn)?，金屬的晶粒愈?xì)，其晶

11、金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積便愈大，每個(gè)界總面積便愈大，每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變形的抗力也便愈大形的抗力也便愈大 。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系系l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。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形,強(qiáng)度和塑性同時(shí)增強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加加,金屬在斷裂前消耗的功也大，具有較高的沖擊載荷抗力金屬在斷裂

12、前消耗的功也大，具有較高的沖擊載荷抗力 ，因而其韌性也比較好。因而其韌性也比較好。通過細(xì)化晶粒來同時(shí)通過細(xì)化晶粒來同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方度、塑性和韌性的方法稱法稱細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化。2. 多晶體金屬的塑性變形過程多晶體金屬的塑性變形過程l多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45 （軟位向）的晶粒。（軟位向）的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開

13、動(dòng)，從而使滑移滑移系上的位錯(cuò)開動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。變形。 l 特點(diǎn)特點(diǎn) ： 不均勻性不均勻性 不同時(shí)性不同時(shí)性 各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性 隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下隨塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化（形變強(qiáng)化）。降的現(xiàn)象稱加工硬化（形變強(qiáng)化）。（鐵絲）（鐵絲）冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C

14、)黃銅銅6.2 塑性變形對(duì)組織和性能的影響塑性變形對(duì)組織和性能的影響 一、加工硬化一、加工硬化l由于加工硬化由于加工硬化, , 使已變形部分發(fā)使已變形部分發(fā)生硬化而停止變形生硬化而停止變形, , 而未變形部而未變形部分開始變形。分開始變形。沒有加工硬化沒有加工硬化, , 金金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形。l加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要屬和合金尤為重要。變形變形20%純鐵中的位錯(cuò)純鐵中的位錯(cuò)未變形純鐵未變形純鐵產(chǎn)生加工硬化的原因是產(chǎn)生加工硬化的原因是:1、隨塑性變形進(jìn)行、隨塑性

15、變形進(jìn)行, 位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用位錯(cuò)密度增加，由于位錯(cuò)之間的交互作用(堆積、纏結(jié)堆積、纏結(jié))，使變形抗力增加，使變形抗力增加. 2. 變形抗力的提高變形抗力的提高 ，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，位錯(cuò)更易發(fā)生塞積，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，位錯(cuò)更易發(fā)生塞積，提高了位錯(cuò)的增殖速度。提高了位錯(cuò)的增殖速度。位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系位錯(cuò)密度與強(qiáng)度關(guān)系二、顯微組織的變化二、顯微組織的變化 1. 晶粒變形晶粒變形l金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。l當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變當(dāng)變形

16、量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得得模糊不模糊不清。清。2. 2. 亞結(jié)構(gòu)形成亞結(jié)構(gòu)形成l塑性變形還使塑性變形還使晶粒破碎為亞晶粒破碎為亞晶粒。晶粒。工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化(a) 正火態(tài)正火態(tài)(c) 變形變形80%(b) 變形變形40%三、織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生三、織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生 l由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)由于晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶到一定程度時(shí)，會(huì)使絕大部分晶粒的某一位向與變形方向趨于一粒的某一位向與變形方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱形變織構(gòu)或擇優(yōu)致，這種現(xiàn)象稱形變織構(gòu)或擇優(yōu)取向。取向。l 形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)形變織構(gòu)使金屬呈現(xiàn)

17、各向異性，在深沖零各向異性，在深沖零件時(shí)，易產(chǎn)生件時(shí)，易產(chǎn)生“制耳制耳”現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的現(xiàn)象，使零件邊緣不齊，厚薄不勻。但織構(gòu)可提高硅鋼片的導(dǎo)磁率。導(dǎo)磁率。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)示意圖各向異性導(dǎo)致的銅板各向異性導(dǎo)致的銅板 “制耳制耳”有有無無四、四、殘余內(nèi)應(yīng)力殘余內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力是指去除外力后平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力是指去除外力后平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬是由于金屬受力時(shí)受力時(shí), 內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí),外外力所做的功只有力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中

18、轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中. 內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：l第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間 ( (宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力) )。l第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之間, (, (微微觀內(nèi)應(yīng)力觀內(nèi)應(yīng)力) )。l第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。 第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的第三類內(nèi)應(yīng)力是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬?gòu)?qiáng)化的主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。主要原因。而第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬?gòu)?qiáng)度降低。 內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬內(nèi)

19、應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和工、淬火過程中的變形和開裂。開裂。因此，金屬在塑性因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。力。晶界位錯(cuò)塞積所晶界位錯(cuò)塞積所引起的應(yīng)力集中引起的應(yīng)力集中一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化一、冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化 l金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, , 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), , 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小狀態(tài)的傾向。但在常溫下，原子擴(kuò)散能力小, ,不穩(wěn)定狀態(tài)可不穩(wěn)定狀態(tài)可

20、長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。 加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅1. 回復(fù)回復(fù)l回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近回復(fù)是指在加熱溫度較低時(shí)，由于金屬中的點(diǎn)缺陷及位錯(cuò)近距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、距離遷移而引起的晶內(nèi)某些變化。如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等同一滑移面上的異號(hào)位錯(cuò)相遇合并而使缺陷數(shù)量減少等。l在回復(fù)階段，金屬組織變化不明在回復(fù)階段，金屬組織變化不明顯，其強(qiáng)度、硬度略有下降，塑顯，其強(qiáng)度、硬

21、度略有下降，塑性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率性略有提高，但內(nèi)應(yīng)力、電阻率等顯著下降。等顯著下降。l工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變工業(yè)上，常利用回復(fù)現(xiàn)象將冷變形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又形金屬低溫加熱，既穩(wěn)定組織又保留加工硬化，這種熱處理方法保留加工硬化，這種熱處理方法稱稱去應(yīng)力退火或低溫退火去應(yīng)力退火或低溫退火。2. 再結(jié)晶再結(jié)晶l當(dāng)變形金屬被加熱到較高當(dāng)變形金屬被加熱到較高溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能溫度時(shí)，由于原子活動(dòng)能力增大，晶粒的形狀開始力增大，晶粒的形狀開始發(fā)生變化，由破碎拉長(zhǎng)的發(fā)生變化，由破碎拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。晶粒變?yōu)橥暾牡容S晶粒。l這種冷變形組織在加熱時(shí)這種冷變形組織在加熱時(shí)

22、重新徹底改組的過程稱再重新徹底改組的過程稱再結(jié)晶結(jié)晶。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱l再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)再結(jié)晶也是一個(gè)晶核形成和長(zhǎng)大的過程，但不是相變過程大的過程，但不是相變過程，再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類再結(jié)晶前后新舊晶粒的晶格類型和成分完全相同型和成分完全相同。冷變形奧氏體不銹鋼冷變形奧氏體不銹鋼加熱時(shí)的再結(jié)晶形核加熱時(shí)的再結(jié)晶形核SEM-再結(jié)晶晶粒在原再結(jié)晶晶粒在原變形組織晶界上形核變形組織晶界上形核TEM-再結(jié)晶晶粒形核再結(jié)晶晶粒形核于高密度位錯(cuò)基體上于高密度位錯(cuò)基體上l由于再結(jié)晶后組織的復(fù)由于再結(jié)晶后組織的復(fù)原，因而原，因而金屬的強(qiáng)度、金屬的強(qiáng)度、硬度

23、下降，塑性、韌性硬度下降，塑性、韌性提高，加工硬化消失提高，加工硬化消失。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的的再結(jié)晶組織分后的的再結(jié)晶組織3. 再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶后的晶粒長(zhǎng)大l再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高再結(jié)晶完成后，若繼續(xù)升高加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)將發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。自發(fā)的過程。黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大黃銅再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C

24、保溫保溫1010分后的組織分后的組織l晶粒的長(zhǎng)大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞晶粒的長(zhǎng)大是通過晶界遷移進(jìn)行的，是大晶粒吞并小晶粒的過程。并小晶粒的過程。晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤晶粒粗大會(huì)使金屬的強(qiáng)度，尤其是塑性和韌性降低其是塑性和韌性降低 。原子穿過原子穿過晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散晶界遷晶界遷移方向移方向黃銅再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大各個(gè)階段的金相照片黃銅再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大各個(gè)階段的金相照片冷變形量為冷變形量為38的組織的組織580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫15分后的組織分后的組織 700C保溫保溫10分后的組織

25、分后的組織二、再結(jié)晶溫度二、再結(jié)晶溫度 再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，再結(jié)晶不是一個(gè)恒溫過程，它是自某一溫度開始，在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程，發(fā)生再結(jié)晶的最低溫度稱再結(jié)晶溫度。最低溫度稱再結(jié)晶溫度。580C保溫保溫3秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫4秒后的組織秒后的組織580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織冷變形冷變形(變形量為變形量為38%)黃銅的再結(jié)晶黃銅的再結(jié)晶T再再與與的關(guān)系的關(guān)系 影響再結(jié)晶溫度的因素：影響再結(jié)晶溫度的因素：1. 金屬的預(yù)先變形程度：金屬的預(yù)先變形程度：金屬預(yù)先變形程度越大金屬預(yù)先變形程度越大, 再結(jié)晶

26、溫再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低度越低。當(dāng)變形度達(dá)到一定值后，再結(jié)晶溫度趨于某一最低值，稱最低再結(jié)晶溫度。值，稱最低再結(jié)晶溫度。l純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系熔點(diǎn)之間的近似關(guān)系: T再再0.4T熔熔 其中其中T再再、T熔熔為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度.l金屬熔點(diǎn)越高金屬熔點(diǎn)越高, T再再也越高也越高.T再再 = (T熔熔+273)0.4273，如，如Fe的的T再再=(1538+273)0.4273=4512. 金屬的純度金屬的純度l金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起金屬中的微量雜質(zhì)或合金元素，尤其高熔點(diǎn)元素起阻礙擴(kuò)散和晶

27、界遷移作用阻礙擴(kuò)散和晶界遷移作用，使再結(jié)晶溫度顯著提高使再結(jié)晶溫度顯著提高. .3. 再結(jié)晶加熱速度和保溫時(shí)間再結(jié)晶加熱速度和保溫時(shí)間l提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶推遲到較高溫度發(fā)生, 延長(zhǎng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)保溫時(shí)間, 使原子擴(kuò)散充分使原子擴(kuò)散充分, 再結(jié)晶溫度降低。再結(jié)晶溫度降低。l生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比最低再結(jié)晶溫度高退火溫度比最低再結(jié)晶溫度高100200。 黃銅黃銅580C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織黃銅黃銅580C保溫保溫15分后的組織分后的組織三、影響再結(jié)晶退火后

28、晶粒度的因素三、影響再結(jié)晶退火后晶粒度的因素 1. 加熱溫度和保溫時(shí)間加熱溫度和保溫時(shí)間l加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的金屬的晶粒越粗大，加熱溫度的影響尤為顯著。影響尤為顯著。再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響再結(jié)晶退火溫度對(duì)晶粒度的影響 預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響預(yù)先變形度的影響，實(shí)質(zhì)上是變形均勻程度的影響. .l當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶.l當(dāng)變形達(dá)到當(dāng)變形達(dá)到210%時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極預(yù)先變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度

29、對(duì)再結(jié)晶晶粒度的影響預(yù)先變形度預(yù)先變形度不均勻，再結(jié)晶晶粒不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互大小相差懸殊，易互相吞并和長(zhǎng)大相吞并和長(zhǎng)大,再結(jié)晶再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度稱臨界變形個(gè)變形度稱臨界變形度。度。l當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。到一定變形量之后，晶粒度基本不變。 l對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形對(duì)于某些金屬，當(dāng)變形量相當(dāng)大時(shí)量相當(dāng)大時(shí)( 90%)，再，再結(jié)晶后晶粒又

30、重新出現(xiàn)結(jié)晶后晶粒又重新出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這粗化現(xiàn)象，一般認(rèn)為這與形成織構(gòu)有關(guān)與形成織構(gòu)有關(guān).預(yù)先變形程度對(duì)預(yù)先變形程度對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸再結(jié)晶晶粒尺寸的影響的影響變形變形83%變形變形88%變形變形93%再結(jié)晶圖再結(jié)晶圖6.4 金屬的熱加工金屬的熱加工 一、熱加工與冷加工的區(qū)別一、熱加工與冷加工的區(qū)別 在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃在金屬學(xué)中，冷熱加工的界限是以再結(jié)晶溫度來劃分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于分的。低于再結(jié)晶溫度的加工稱為冷加工，而高于再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。再結(jié)晶溫度的加工稱為熱加工。軋制軋制模鍛模鍛拉拔拉拔l如如 Fe 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為451，其在，其在400 以下的加工仍為冷以下的加工仍為冷加工。而加工。而 Sn 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為-71，則其在室溫