金屬學(xué)第七章金屬的塑性變形與再結(jié)晶課件1

金屬學(xué)第七章金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、塑性變形金屬或合金在外力作用下，都能或多或少地發(fā)生變形，去除外力后，永遠(yuǎn)殘留的那部分變形叫塑性變形。生產(chǎn)中常利用塑性變形對(duì)金屬材料進(jìn)行壓力加工。金屬的塑性變形可分為：冷塑性變形和熱塑性變形。返回一、塑性變形壓力加工方法示意圖圖7-1壓力加工方法示意圖返回oe段：彈性變形階段；es段：屈服階段；sb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。b點(diǎn)：形成了“縮頸”。bk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。ΔlεF圖7-2拉伸曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線一、塑性變形Δl

bΔl

uΔl

FbbkFssogfeFepFpFσ返回一、塑性變形應(yīng)力σ：?jiǎn)挝幻娣e上試樣承受的載荷。應(yīng)變?chǔ)牛簡(jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。屈服點(diǎn)與屈服強(qiáng)度σs:產(chǎn)生明顯塑性變形的最低應(yīng)力值.抗拉強(qiáng)度σb：試樣在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。返回一、塑性變形塑性: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。斷面收縮率:

是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量Δ

A與原始橫截面積A0之比。伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量Δ

L

與原始標(biāo)距L0之比。

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。返回二、單晶體金屬的塑性變形金屬單晶體的塑性變形有“滑移”與“孿生（晶）”等不同方式，但一般大多數(shù)情況下都是以滑移方式進(jìn)行的。滑移：是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程。1.滑移的表象（滑移帶）2.滑移系3.滑移的位錯(cuò)機(jī)理4.滑移時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)返回1.滑移的表象（滑移帶）發(fā)生了滑移的金屬試樣表面狀態(tài):試樣表面上會(huì)出現(xiàn)許多相互平行的線條稱為滑移帶，每條滑移帶是由許多密集且相互平行的滑移線構(gòu)成。圖7-3滑移帶和滑移線示意圖返回1.滑移的表象如果將一個(gè)單晶體金屬試樣表面拋光后，經(jīng)過(guò)伸長(zhǎng)變形，再在金相顯微鏡下觀察，可以看到試樣表面出現(xiàn)許多條紋，這些條紋就是晶體在切應(yīng)力的作用下，一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）滑移產(chǎn)生的臺(tái)階，這些條紋稱為“滑移線”。在更高倍的電子顯微鏡下觀察，一個(gè)滑移臺(tái)階實(shí)際上是一束滑移線群的集合體，稱為“滑移帶”。同時(shí)還能看到滑移帶在晶體上的分布是不均勻的。單晶體變形時(shí)，滑移只在晶體內(nèi)有限的晶面上進(jìn)行，是不均勻的。因此單晶體金屬的塑性變形在表面上看出現(xiàn)了一系列的滑移帶，其塑性變形就是眾多大小不同的滑移帶的綜合效果在宏觀上的體現(xiàn)。返回鋅單晶體拉伸試驗(yàn)圖7-4鋅單晶體拉伸試驗(yàn)示意圖

（a）變形前試樣（b）變形后試樣

返回二、單晶體金屬的塑性變形圖7-5單晶體試樣拉伸變形示意圖返回可見(jiàn)在滑移過(guò)程中，由于晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體的位向會(huì)發(fā)生變化，原來(lái)處于軟取向滑移系，逐漸轉(zhuǎn)向硬取向，使滑移困難，這種現(xiàn)象“取向硬化”；和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。③使材料具有過(guò)載能力，使用安全圖7-2拉伸曲線織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，性能具有方向性圖7-9變形前后晶粒形狀變化示意圖圖7-4鋅單晶體拉伸試驗(yàn)示意圖

（a）變形前試樣（b）變形后試樣上產(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。相反，原來(lái)硬取向的滑移系，將逐步趨于軟位向，易于滑移，稱為“取向軟化”。熱加工對(duì)鋼的組織和性能的影響(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化第三階段晶粒長(zhǎng)大階段：晶粒吞并再結(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；二、單晶體金屬的塑性變形4T熔

T再≈0.當(dāng)變形度大于臨界變形度時(shí)，隨變形量的增加，越來(lái)越多的晶粒發(fā)生了變形，變形愈趨均勻，晶格畸變大，再結(jié)晶的晶核多，再結(jié)晶后晶粒愈來(lái)愈細(xì)。冷塑性變形和熱塑性變形。應(yīng)變?chǔ)牛簡(jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。2.滑移系

晶體上的滑移帶分布是不均勻的，即塑性變形時(shí)，位錯(cuò)只沿一定的晶面和一定的晶向移動(dòng)，并不是沿所有的晶面和晶向都能移動(dòng)的，這些一定的晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向，并且這些晶面和晶面都是晶體中的密排面和密排方向。因?yàn)槊芘琶嬷g和密排方向之間的原子間距最大，其原子之間的結(jié)合力最弱，所以在外力作用下最易引起相對(duì)的滑動(dòng)。不同金屬的晶體結(jié)構(gòu)不同，其滑移面和滑移方向的數(shù)目和位向不同，一個(gè)滑移面和在這個(gè)滑移面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)“滑移系”。所以不同晶體結(jié)構(gòu)的金屬，其滑移系的數(shù)目不同，如體心立方12個(gè)，面心立方12個(gè)，密排六方3個(gè)，且滑移系的數(shù)目越多則金屬的塑性愈好，反之滑移系數(shù)愈少，塑性不好，且相同滑移系數(shù)目相同時(shí)，滑移方向數(shù)越多，越易滑移，塑性越好。返回2.滑移系返回3.晶體在滑移過(guò)程中的轉(zhuǎn)動(dòng)

單晶體試樣在拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)（如圖7-5），除了沿滑移面產(chǎn)生滑移外，晶體還會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)榫w在拉伸過(guò)程，當(dāng)滑移面上、下兩部分發(fā)生微小滑移時(shí)，試樣兩端的拉力（正應(yīng)力）不再處于同一直線上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面產(chǎn)生以外力方向?yàn)檗D(zhuǎn)向，趨向于與外力平行的轉(zhuǎn)動(dòng)。可見(jiàn)在滑移過(guò)程中，由于晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體的位向會(huì)發(fā)生變化，原來(lái)處于軟取向滑移系，逐漸轉(zhuǎn)向硬取向，使滑移困難，這種現(xiàn)象“取向硬化”；相反，原來(lái)硬取向的滑移系，將逐步趨于軟位向，易于滑移，稱為“取向軟化”。結(jié)果是滑移產(chǎn)生轉(zhuǎn)移?？梢?jiàn)在滑移過(guò)程中“取向軟化”和“取向硬化”是同時(shí)進(jìn)行的。返回4.滑移的位錯(cuò)機(jī)理晶體的塑性變形是晶體內(nèi)相鄰部分滑移的綜合表現(xiàn)。但晶體內(nèi)相鄰兩部分之間的相對(duì)滑移，不是滑移面兩側(cè)晶體之間的整體剛性滑動(dòng)，而是由于晶體內(nèi)存在位錯(cuò)，因位錯(cuò)線兩側(cè)的原子偏離了平衡位置，這些原子有力求達(dá)到平衡的趨勢(shì)。當(dāng)晶體受外力作用時(shí)，位錯(cuò)（刃型位錯(cuò)）將沿著一定的晶面和一定的晶向一格一格地逐步移動(dòng)到晶體的表面，形成一個(gè)原子間距的滑移量。一個(gè)滑移帶就是上百個(gè)或更多位錯(cuò)移動(dòng)到晶體表面所形成的臺(tái)階。返回4.滑移的位錯(cuò)機(jī)理返回滑移是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖中顯示了一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力τ的作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即通過(guò)一根位錯(cuò)線從滑移面的一側(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。4.滑移的位錯(cuò)機(jī)理圖7-6弗蘭克-瑞德位錯(cuò)增殖機(jī)制返回位錯(cuò)的交割與塞積（加工硬化）割階：不同滑移面上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)相遇時(shí)，發(fā)生互相互交割兩個(gè)相互垂直的刃型位錯(cuò)的交割

割階形成，一方面增加位錯(cuò)線的長(zhǎng)度，另一方面形成固定割階，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：在切應(yīng)力作用下，大量位錯(cuò)遇到障礙物（固定位錯(cuò)、雜質(zhì)粒子、晶界等），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。三、孿生孿生是冷塑性變形的另一種重要形式，常易發(fā)生在滑移難以進(jìn)行時(shí)的情況。孿生：晶體一部分相對(duì)于另一部分在切應(yīng)力作用下沿特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切變。Cd，Zn，Mg等部分密排六方金屬常易發(fā)生孿生變形孿生變形特點(diǎn)：（1）發(fā)生在晶體內(nèi)部的均勻切變；（2）沿晶體的一定晶面(孿晶面)，沿一定方向(孿生方向)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面構(gòu)成了鏡面對(duì)稱的位向關(guān)系。

孿生與滑移的差別：(2)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。(1)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。(3)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，而滑移為原子間距的整數(shù)倍。(4)孿生變形所需的切應(yīng)力比滑移變形大得多。

冷加工適于截面尺寸較小，加工精度和表面光潔度要求較高的金屬制品。當(dāng)流線呈正確分布時(shí)，可提高零件使用壽命。在更高倍的電子顯微鏡下觀察，一個(gè)滑移臺(tái)階實(shí)際上是一束滑移線群的集合體，稱為“滑移帶”。織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，性能具有方向性再結(jié)晶

實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度T再，它和熔點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系：

T再≈0.加工硬化：金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形度的增加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。圖7-3滑移帶和滑移線示意圖金屬學(xué)第七章金屬的塑性變形與再結(jié)晶（2）沿晶體的一定晶面(孿晶面)，沿一定方向(孿生方向)發(fā)生；§２塑性變形對(duì)組織和性能的影響割階：不同滑移面上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)相遇時(shí)，發(fā)生互(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。隨著變形加大，晶界處塞積的位錯(cuò)數(shù)目不斷增多，應(yīng)力集中也逐漸提高。經(jīng)過(guò)塑性變形，可使金屬的組織和性能發(fā)生一系列重大的變化，這些變化大致可以分為如下四個(gè)方面。顯微組織的演化（三階段）滑移是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。工程上使用的金屬材料大多為位向、形狀、大小不同的晶粒組成的多晶體，因此多晶體的變形是許多單晶體變形的綜合作用的結(jié)果。軸晶粒，從而取代全部變形組織的過(guò)程加熱溫度和保溫時(shí)間的影響再結(jié)晶結(jié)束后，若在繼續(xù)升高溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，便會(huì)出現(xiàn)大晶粒吞并小晶粒的現(xiàn)象，即晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大對(duì)材料的機(jī)械性能極不利，強(qiáng)度、塑性、韌性下降。三、多晶體金屬的塑性變形

工程上使用的金屬材料大多為位向、形狀、大小不同的晶粒組成的多晶體，因此多晶體的變形是許多單晶體變形的綜合作用的結(jié)果。多晶體內(nèi)單晶體的變形仍是以滑移和孿生兩種方式進(jìn)行的，但由于位向不同的晶粒是通過(guò)晶界結(jié)合在一起的，晶粒的位向和晶界對(duì)變形有很大的影響，所以多晶體的塑性變形較單晶體復(fù)雜。1.晶界和晶粒位向的影響2.多晶體金屬的變形過(guò)程返回1.晶界和晶粒位向的影響圖7-7拉伸試樣變形示意圖返回1.晶界和晶粒位向的影響晶界的存在會(huì)增大滑移抗力，而且多晶體中各晶粒晶格位向的不同，也會(huì)增大其滑移抗力，因此多晶體金屬的變形抗力總是高于單晶體。金屬的晶粒愈細(xì)，金屬的強(qiáng)度便愈高，而且塑性與韌性也較高（細(xì)晶強(qiáng)化）。返回2.多晶體金屬的變形過(guò)程圖7-8多晶體的拉伸實(shí)驗(yàn)示意圖返回2.多晶體金屬的變形過(guò)程

多晶體金屬在外力的作用下，處于軟取向的晶粒優(yōu)先產(chǎn)生滑移變形，處于硬取向的相鄰晶粒尚不能滑移變形，只能以彈性變形相平衡。由于晶界附近點(diǎn)陣畸變和相鄰晶粒位向的差異，使變形晶粒中位錯(cuò)移動(dòng)難以穿過(guò)晶界傳到相鄰晶粒，致使位錯(cuò)在晶界處塞積。只有進(jìn)一步增大外力變形才能繼續(xù)進(jìn)行。隨著變形加大，晶界處塞積的位錯(cuò)數(shù)目不斷增多，應(yīng)力集中也逐漸提高。返回2.多晶體金屬的變形過(guò)程

當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定程度后，相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開(kāi)始滑移，變形就從一批晶粒擴(kuò)展到另一批晶粒。同時(shí)，一批晶粒在變形過(guò)程中逐步由軟取向轉(zhuǎn)動(dòng)到硬取向，其變形愈來(lái)愈困難，另一批晶粒又從硬取向轉(zhuǎn)動(dòng)到軟取向，參加滑移變形。多晶體的塑性變形，是在各晶?；ハ嘤绊懀ハ嘀萍s的條件下，從少量晶粒開(kāi)始，分批進(jìn)行，逐步擴(kuò)大到其它晶粒，從不均勻的變形逐步發(fā)展到均勻的變形。返回四、合金體的塑性變形1）單相固溶體的塑性變形和純金屬相比最大的區(qū)別在于單相固溶體合金中存在溶質(zhì)原子。溶質(zhì)原子對(duì)合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強(qiáng)化作用，提高了塑性變形的阻力。

返回溶質(zhì)原子的存在，固溶度↑，基體金屬的變形抗力↑。

2）多相合金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)的阻礙作用而表現(xiàn)出來(lái)的。

位錯(cuò)受到第二相粒子的阻礙，其運(yùn)動(dòng)機(jī)制有:（1）繞過(guò)機(jī)制→位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子（2）切過(guò)機(jī)制→位錯(cuò)切過(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b)繞過(guò)機(jī)制2000X§２塑性變形對(duì)組織和性能的影響

經(jīng)過(guò)塑性變形，可使金屬的組織和性能發(fā)生一系列重大的變化，這些變化大致可以分為如下四個(gè)方面。晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，進(jìn)一步將形成纖維組織，性能趨于各向異性晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，性能具有方向性殘余內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生返回1、晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，進(jìn)一步將形成纖維組織，性能趨于各向異性

圖7-9變形前后晶粒形狀變化示意圖返回2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化

圖7-10

返回2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化

加工硬化：金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形度的增加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。意義①一種強(qiáng)化手段②冷加工成形得以順利進(jìn)行③使材料具有過(guò)載能力，使用安全④可降低塑性，改善切削性能⑤使進(jìn)一步塑性變形困難→退火返回3、織構(gòu)現(xiàn)象

圖7-11形變織構(gòu)示意圖返回圖7-9變形前后晶粒形狀變化示意圖(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。sb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。再結(jié)晶

實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度T再，它和熔點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系：

T再≈0.熱加工對(duì)鋼的組織和性能的影響(4)孿生變形所需的切應(yīng)力比滑移變形大得多。bk段：非均勻變形階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。4T熔

T再≈0.因?yàn)榫w在拉伸過(guò)程，當(dāng)滑移面上、下兩部分發(fā)生微小滑移時(shí)，試樣兩端的拉力（正應(yīng)力）不再處于同一直線上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面產(chǎn)生以外力方向?yàn)檗D(zhuǎn)向，趨向于與外力平行的轉(zhuǎn)動(dòng)。顯微組織的演化（三階段）（1）再結(jié)晶溫度：較大變形程度的金屬（>70%）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)>95%）的最低加熱溫度。圖7-9變形前后晶粒形狀變化示意圖a)切過(guò)機(jī)制b)繞過(guò)機(jī)制2000X§２塑性變形對(duì)組織和性能的影響②冷加工成形得以順利進(jìn)行①一種強(qiáng)化手段割階形成，一方面增加位錯(cuò)線的長(zhǎng)度，另一方面形成(1)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高；(1)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高；（1）繞過(guò)機(jī)制→位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子4．殘余內(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)域變形不均勻第三類內(nèi)應(yīng)力——超微觀，晶格畸變（位錯(cuò)等晶格缺陷）這在一般情況下都是不利的，會(huì)引起零件尺寸不穩(wěn)定，如冷軋鋼板在軋制中就經(jīng)常會(huì)因變形不均勻所殘留的內(nèi)應(yīng)力使鋼板發(fā)生翹曲等等。此外，殘余內(nèi)應(yīng)力還會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低，所以金屬在塑性變形之后，通常都要進(jìn)行退火處理，以消除殘余內(nèi)應(yīng)力。但有利影響是晶格畸內(nèi)應(yīng)力使材料產(chǎn)生強(qiáng)化，表面殘留壓應(yīng)力可提高接觸疲勞壽命。返回§3回復(fù)與再結(jié)晶

一、回復(fù)二、再結(jié)晶三、晶粒長(zhǎng)大四、影響再結(jié)晶粒大小的因素

返回§3回復(fù)與再結(jié)晶圖7-12變形金屬加熱時(shí)組織和性能變化示意圖返回1.顯微組織的演化（三階段）

第一階段回復(fù)階段：基本無(wú)變化（纖維組織）一、變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能的變化

第二階段再結(jié)晶階段：細(xì)小等軸晶取代纖維組織第三階段晶粒長(zhǎng)大階段：晶粒吞并2.機(jī)械性能的變化回復(fù)階段硬度變化很小，約占總變化的1/5，再結(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，塑性大大提高。

3.其它性能的變化(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。(2)再結(jié)晶階段密度急劇增高。1.回復(fù)階段

加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒(méi)有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化，因此，這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和塑性等機(jī)械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。因此對(duì)冷變形金屬進(jìn)行的這種低溫加熱退火只能用在保留加工硬化而降低內(nèi)應(yīng)力改善其它的物理性能的場(chǎng)合。比如冷拔高強(qiáng)度鋼絲，利用加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生的高強(qiáng)度，此外，由于殘余內(nèi)應(yīng)力對(duì)其使用有不利的影響，所以采用低溫退火以消除殘余應(yīng)力。

返回2、再結(jié)晶再結(jié)晶：當(dāng)變形金屬>T回復(fù)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)大成等軸晶粒，從而取代全部變形組織的過(guò)程再結(jié)晶過(guò)程

2.再結(jié)晶

通過(guò)回復(fù)，雖然金屬中的點(diǎn)缺陷大為減少，晶格畸變有所降低，但整個(gè)變形金屬的晶粒破碎拉長(zhǎng)的狀態(tài)仍未改變，組織仍處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)它被加熱到較高的溫度時(shí)，原子也具有較大的活動(dòng)能力，使晶粒的外形開(kāi)始變化。從破碎拉長(zhǎng)的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。再結(jié)晶過(guò)程同樣是通過(guò)形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的。再結(jié)晶結(jié)束后，金屬中內(nèi)應(yīng)力全部消除，顯微組織恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，其所有性能也恢復(fù)到變形前的數(shù)值，消除了加工硬化。再結(jié)晶退火主要用于金屬在變形之后或在變形的過(guò)程中，使其硬度降低，塑性長(zhǎng)高，便于進(jìn)一步加工。返回再結(jié)晶溫度及其影響因素（1）再結(jié)晶溫度：較大變形程度的金屬（>70%）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)>95%）的最低加熱溫度。（2）影響因素：變形程度、金屬純度、加熱速度等。2.再結(jié)晶

實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度T再，它和熔點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系：

T再≈0.4T熔

T再≈0.4×（T熔+273）-273返回4×（T熔+273）-273因?yàn)榫w在拉伸過(guò)程，當(dāng)滑移面上、下兩部分發(fā)生微小滑移時(shí)，試樣兩端的拉力（正應(yīng)力）不再處于同一直線上，于是在滑移面上形成一力偶，使滑移面產(chǎn)生以外力方向?yàn)檗D(zhuǎn)向，趨向于與外力平行的轉(zhuǎn)動(dòng)。生產(chǎn)中常利用塑性變形對(duì)金屬材料進(jìn)行壓力加工。2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化熱加工對(duì)鋼的組織和性能的影響2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化在更高倍的電子顯微鏡下觀察，一個(gè)滑移臺(tái)階實(shí)際上是一束滑移線群的集合體，稱為“滑移帶”。圖中顯示了一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力τ的作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即通過(guò)一根位錯(cuò)線從滑移面的一側(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。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。但有利影響是晶格畸內(nèi)應(yīng)力使材料產(chǎn)生強(qiáng)化，表面殘留壓應(yīng)力可提高接觸疲勞壽命?？梢?jiàn)在滑移過(guò)程中，由于晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體的位向會(huì)發(fā)生變化，原來(lái)處于軟取向滑移系，逐漸轉(zhuǎn)向硬取向，使滑移困難，這種現(xiàn)象“取向硬化”；§3回復(fù)與再結(jié)晶(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。晶體的塑性變形是晶體內(nèi)相鄰部分滑移的綜合表現(xiàn)。滑移：是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的過(guò)程。（1）繞過(guò)機(jī)制→位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子一、變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能的變化因此單晶體金屬的塑性變形在表面上看出現(xiàn)了一系列的滑移帶，其塑性變形就是眾多大小不同的滑移帶的綜合效果在宏觀上的體現(xiàn)。1）單相固溶體的塑性變形滑移是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。晶體的塑性變形是晶體內(nèi)相鄰部分滑移的綜合表現(xiàn)。伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量ΔL與原始標(biāo)距L0之比。再結(jié)晶晶粒大小的控制變形程度變形程度↑，晶粒越細(xì)小原始晶粒尺寸原始晶粒尺寸↓，晶粒越細(xì)小合金元素可細(xì)化晶粒加熱溫度、保溫時(shí)間加熱溫度↑，保溫時(shí)間↑，晶粒越粗大。3.晶粒長(zhǎng)大再結(jié)晶結(jié)束后，若在繼續(xù)升高溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，便會(huì)出現(xiàn)大晶粒吞并小晶粒的現(xiàn)象，即晶粒長(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大對(duì)材料的機(jī)械性能極不利，強(qiáng)度、塑性、韌性下降。

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。返回4.影響再結(jié)晶粒大小的因素

預(yù)先變形度的影響

加熱溫度和保溫時(shí)間的影響

返回（1）變形度的影響圖7-13變形度對(duì)晶粒大小的影響

返回（1）變形度的影響當(dāng)變形量很小時(shí)，由于晶格畸變很小，不足以引起再結(jié)晶，故加熱時(shí)無(wú)再結(jié)晶現(xiàn)象，晶粒度仍保持原來(lái)的大小，當(dāng)變形度達(dá)到某一臨界值時(shí)（2~10%），由于此時(shí)金屬中只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶核少，且晶粒極易相互吞并長(zhǎng)大，因而再結(jié)晶后晶粒粗大，這一區(qū)間的變形度即為臨界變形度。當(dāng)變形度大于臨界變形度時(shí)，隨變形量的增加，越來(lái)越多的晶粒發(fā)生了變形，變形愈趨均勻，晶格畸變大，再結(jié)晶的晶核多，再結(jié)晶后晶粒愈來(lái)愈細(xì)?？梢?jiàn)冷壓加工應(yīng)注意避免在臨界變形度范圍內(nèi)加工，以免再結(jié)晶后產(chǎn)生粗晶粒。返回（2）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響圖7-14返回（2）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響

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，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。再結(jié)晶退火溫度必須在T再以上，生產(chǎn)上實(shí)際使用的再結(jié)晶溫度通常是比T再高150~250℃，這樣就既可保證完全再結(jié)晶，又不致使晶粒粗化。

將這兩個(gè)影響因素畫在立體坐標(biāo)中，得到一“再結(jié)晶全圖”，便可以根據(jù)它來(lái)確定再結(jié)晶退火的工藝參數(shù)。

返回§4金屬材料的熱加工

熱加工相關(guān)概念熱加工對(duì)鋼的組織和性能的影響

返回1.熱加工相關(guān)概念熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。在熱加工中將同時(shí)發(fā)生加工硬化和再結(jié)晶軟化兩個(gè)過(guò)程。再結(jié)晶溫度是熱加工與冷加工的分界線，高于再結(jié)晶溫度的壓力加工是熱加工，低于再結(jié)晶溫度的壓力加工是冷加工。熱加工應(yīng)用：主要用于截面尺寸較大，變形量較大的金屬制品及半成品，及硬脆性較大的金屬材料的變形。冷加工適于截面尺寸較小，加工精度和表面光潔度要求較高的金屬制品。返回2.熱加工對(duì)鋼的組織和性能影響

有利影響：(1)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高；(2)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細(xì)化，機(jī)械性能提高；(3)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，形成流線組織，材料性能具有明顯的方向性。當(dāng)流線呈正確分布時(shí)，可提高零件使用壽命。

圖4-16曲軸中的流線分布（a）鍛造變形；（b）切削加工返回經(jīng)過(guò)塑性變形，可使金屬的組織和性能發(fā)生一系列重大的變化，這些變化大致可以分為如下四個(gè)方面。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)合適的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。相反，原來(lái)硬取向的滑移系，將逐步趨于軟位向，易于滑移，稱為“取向軟化”。可見(jiàn)在滑移過(guò)程中，由于晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)，晶體的位向會(huì)發(fā)生變化，原來(lái)處于軟取向滑移系，逐漸轉(zhuǎn)向硬取向，使滑移困難，這種現(xiàn)象“取向硬化”；圖7-13變形度對(duì)晶粒大小的影響圖7-1壓力加工方法示意圖(1)電阻的回復(fù)階段已表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)?？棙?gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，性能具有方向性經(jīng)過(guò)塑性變形，可使金屬的組織和性能發(fā)生一系列重大的變化，這些變化大致可以分為如下四個(gè)方面。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)大成等再結(jié)晶

實(shí)驗(yàn)表明，每種金屬都有一最低的再結(jié)晶溫度T再，它和熔點(diǎn)之間存在如下大致關(guān)系：

T再≈0.(3)通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，形成流線組織，材料性能具有明顯的方向性。溶質(zhì)原子的存在，固溶度↑，基體金屬的變形同時(shí)還能看到滑移帶在晶體上的分布是不均勻的。圖中顯示了一刃型位錯(cuò)在切應(yīng)力τ的作用下在滑移面上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，即通過(guò)一根位錯(cuò)線從滑移面的一側(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。再結(jié)晶溫度及其影響因素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（彌散強(qiáng)化）。再結(jié)晶過(guò)程同樣是通過(guò)形核和長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的。晶體上的滑移帶分布是不均勻的，即塑性變形時(shí)，位錯(cuò)只沿一定的晶面和一定的晶向移動(dòng)，并不是沿所有的晶面和晶向都能移動(dòng)的，這些一定的晶面和晶向分別稱為滑移面和滑移方向，并且這些晶面和晶面都是晶體中的密排面和密排方向。再結(jié)晶溫度是熱加工與冷加工的分界線，高于再結(jié)晶溫度的壓力加工是熱加工，低于再結(jié)晶溫度的壓力加工是冷加工。（1）再結(jié)晶溫度：較大變形程度的金屬（>70%）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)>95%）的最低加熱溫度。2、晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化2.熱加工對(duì)鋼的組織和性能影響

不利影響加工的溫度過(guò)高，晶粒粗大；若溫度過(guò)低，引起加工硬化、殘余內(nèi)應(yīng)力等；形成帶狀組織使性能變壞。

返回圖7-8多晶體的拉伸實(shí)驗(yàn)示意圖但有利影響是晶格畸內(nèi)應(yīng)力使材料產(chǎn)生強(qiáng)化，表面殘留壓應(yīng)力可提高接觸疲勞壽命。圖7-3滑移帶和滑移線示意圖金屬單晶體的塑性變形有“滑移”與“孿生（晶）”等不同方式，但一般大多數(shù)情況下都是以滑移方