第四章金屬的塑性變形與再結晶第1頁，課件共43頁，創作于2023年2月第四章金屬的塑性變形與再結晶(P43)第一節金屬塑性變形的微觀機制第二節塑性變形對金屬組織和性能影響第三節加熱對冷變形金屬組織和性能的影響第四節金屬的熱變形加工第2頁，課件共43頁，創作于2023年2月第四章金屬的塑性變形與再結晶(P43)軋制擠壓拉拔

鍛壓沖壓壓力加工：是利用金屬的塑性，使其改變形狀、尺寸和改善性能，獲得型材、棒材、線材或鍛壓件的加工方法。第3頁，課件共43頁，創作于2023年2月第一節金屬塑性變形的微觀機制

一、塑性變形的基本形式（P43）

當單晶體受拉力F時，在一定的晶面上分解為垂直于晶面的正應力σN和平行于晶面的切應力τ。圖應力的分解第4頁，課件共43頁，創作于2023年2月第一節金屬塑性變形的微觀機制

一、塑性變形的基本形式（P43）正應力只能使晶體產生彈性變形和斷裂——脆性斷裂第5頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、塑性變形的基本形式（P43）切應力使晶體產生滑移。——延性斷裂（斷口呈纖維狀，且灰暗無光澤）第6頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、塑性變形的基本形式

（P43）

單晶體的塑性變形方式主要有兩種：

（一）滑移（二）孿生第7頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、塑性變形的基本形式

（一）滑移（P43）晶體塑性變形時，分切應力使晶體內部上下兩部分的原子沿著某特定的晶面相對移動，這種現象稱為滑移。它主要發生在原子排列最緊密或較緊密的晶面上，并沿著這些晶面上原子排列最緊密的方向進行。第8頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、塑性變形的基本形式

（一）滑移（P43）1、滑移系1）滑移面：發生滑移的面。2）滑移方向：發生滑移的方向。3）滑移系：晶體中每個滑移面和該面上的一個滑移方向組成一個滑移系。滑移系越多，塑性越好。τ＝τ1＋τ2第9頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、塑性變形的基本形式

（一）滑移（P43）滑移帶滑移線第10頁，課件共43頁，創作于2023年2月（一）滑移（P44）

2、引起滑移的臨界切應力1）滑移面內的切應力分解到滑移方向上的分切應力是晶體產生滑移的動力。2）分切應力：τ＝σcosφcosλ（φ為滑移面與外力的夾角；λ為滑移方向與外力的夾角）3）cosφcosλ被稱為取向因子，分切應力大的位向稱為軟位向，反之為硬位向。4）能使滑移系產生滑移的最小分切應力值稱為臨界切應力：τc=σscosφcosλ第11頁，課件共43頁，創作于2023年2月（一）滑移

3、滑移是怎樣進行的（P43）滑移是由位錯的移動來實現的第12頁，課件共43頁，創作于2023年2月（二）孿生（孿晶）（P46）所謂孿生，就是晶體中的一部分原子對應特定的晶面（孿生面）沿著一定晶向（孿生方向）產生剪切變形。第13頁，課件共43頁，創作于2023年2月（二）孿生（孿晶）（P46）孿生與滑移的主要區別是：發生滑移后，晶體已變形區和未變形區位向沒有發生變化，而孿生就使晶體兩部分位向發生了變化。第14頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、實際金屬的塑性變形

（P46）1、晶界及晶粒位向的影響：晶界抵抗塑性變形的能力較晶粒本身要大，多晶體中,由于晶界上原子排列不很規則,阻礙位錯的運動,使變形抗力增大。金屬晶粒越細，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強度就越大。多晶體塑性變形示意圖第15頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、實際金屬的塑性變形

2、實際金屬塑性變形過程（P46）多晶體中每個晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切應力方向(稱晶粒處于軟位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方向與最大切應力方向相差較大(稱晶粒處于硬位向)。在發生滑移時，軟位向晶粒先開始。當位錯在晶界受阻逐漸堆積時，其它晶粒發生滑移。因此多晶體變形時晶粒分批地逐步地變形，變形分散在材料各處。第16頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、實際金屬的塑性變形

2、實際金屬塑性變形過程（P46）晶粒越細，晶界面積越大，對位錯的阻力越大，多晶體的強度就越高。晶粒越細，金屬的變形越分散，減少了應力集中，推遲裂紋的形成和發展，使金屬在斷裂之前可發生較大的塑性變形，因此使金屬的塑性提高。由于細晶粒金屬的強度較高，塑性較好，所以斷裂時需要消耗較大的功，因而韌性也較好。因此細晶強化是金屬的一種很重要的強韌化手段。第17頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P47）一、產生纖維組織金屬發生塑性變形后,晶粒發生變形,沿形變方向被拉長或壓扁。

當變形量很大時,

晶粒變成細條狀

(拉伸時),金屬中的夾雜物也被拉長,形成纖維組織。

第18頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P48）一、產生加工硬化金屬發生塑性變,隨變形度的增大,金屬的強度和硬度顯著提高,塑性和韌性明顯下降。這種現象稱為加工硬化,也叫形變強化。第19頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P48）產生加工硬化的原因是：金屬發生塑性變形時,位錯密度增加,位錯間的交互作用增強,相互纏結,造成位錯運動阻力的增大,引起塑性變形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎細化,使強度得以提高。在生產中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲的強度。

第20頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P48）三、

產生形變織構金屬塑性變形到很大程度(70%以上)時,由于晶粒發生轉動,使各晶粒的位向趨近于一致,形成特殊的擇優取向,這種有序化的結構叫做形變織構。第21頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P49）產生各向異性

由于纖維組織和形變織構的形成,使金屬的性能產生各向異性。如沿纖維方向的強度和塑性明顯高于垂直方向的。第22頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P49）四、產生殘余的內應力宏觀內應力（第一類內應力）—0.1%晶間內應力（第二類內應力）—1%~2%晶格畸變內應力（第三類內應力）—90%以上第23頁，課件共43頁，創作于2023年2月第二節冷塑性變形對金屬組織和性能的影響（P49）對物理、化學性能的影響：塑性變形可影響金屬的物理、化學性能。如使電阻增大,耐腐蝕性降低第24頁，課件共43頁，創作于2023年2月第三節加熱對冷變形金屬的組織和性能的影響（P49）

金屬經塑性變形后，組織結構和性能發生很大的變化。如果對變形后的金屬進行加熱，金屬的組織結構和性能又會發生變化。隨著加熱溫度的提高，變形金屬將相繼發生回復、再結晶和晶粒長大過程。

第25頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、回復（P50）變形金屬在較低溫度進行加熱，晶粒的形態沒有發生變化，只是晶格畸變大為降低，這個過程稱為形變金屬的回復。第26頁，課件共43頁，創作于2023年2月一、回復（P50）晶格畸變降低的原因：

1）空位和間隙原子相互作用而減少；

2）位錯交互作用或按一定規律排列。回復后性能變化：

1）變形殘余應力大幅度下降；

2）力學性能仍保留著加工硬化效果。第27頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、再結晶（P50）

1、變形金屬的再結晶:當變形金屬加熱到一定溫度后，一批新生的等軸晶取代了原來的變形晶粒，完成了一次新的結晶過程，這種變形金屬的重新結晶稱為再結晶。

第28頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、再結晶（P50）再結晶的特點:只是晶粒形態和大小發生了變化，晶體結構沒有改變，正是此原因才稱為再結晶，以別于重結晶。再結晶后性能變化:殘余應力全部消除；加工硬化全部消失，力學性能恢復到變形前的水平。第29頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、再結晶（P51）2、再結晶溫度:變形后的金屬發生再結晶的溫度是一個溫度范圍，并非某一恒定溫度。一般所說的再結晶溫度指的是最低再結晶溫度(T再),通常用經大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經一小時加熱后能完全再結晶的最低溫度來表示。最低再結晶溫度與該金屬的熔點有如下關系：

T再=(0.35～0.4)T熔點

★式中的溫度單位為絕對溫度(K)。第30頁，課件共43頁，創作于2023年2月影響再結晶溫度的因素（P51）1）變形量的影響：變形度越大,再結晶溫度越低。因為預先變形度越大,金屬的晶體缺陷就越多,組織越不穩定。

第31頁，課件共43頁，創作于2023年2月影響再結晶溫度的因素（P51）2）原始晶粒度的影響:變形前的晶粒越粗大，再結晶溫度越高。3）化學成分的影響:雜質和合金元素特別是高熔點元素,阻礙原子擴散和晶界遷移,可顯著提高最低再結晶溫度。4）加熱速度和保溫時間：提高加熱速度會提高再結晶溫度；增加保溫時間可以降低再結晶溫度。

第32頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、再結晶（P51）3、再結晶退火：把變形金屬加熱到再結晶溫度以上的溫度保溫，使變形金屬完成再結晶過程的熱處理工藝。主要目的是消除加工硬化現象。

☆為了盡量縮短退火周期并且不使晶粒粗大，一般情況下把退火工藝溫度取為最低再結晶溫度以上100～200℃。鋼的再結晶退火溫度可選680～720℃。第33頁，課件共43頁，創作于2023年2月三、晶粒長大（P51）再結晶完成后的晶粒是細小的,但如果加熱溫度過高或保溫時間過長時,晶粒會明顯長大,最后得到粗大晶粒的組織,使金屬的強度、硬度、塑性、韌性等機械性能都顯著降低。一般情況下晶粒長大是應當避免發生的現象。第34頁，課件共43頁，創作于2023年2月三、晶粒長大（P51）在通常情況下，這種晶粒的長大是逐步地緩慢進行的，稱為正常長大。某些因素（如：細小雜質粒子、變形機構）阻礙晶粒正常長大，但一旦這種阻礙失效，常會出現晶粒突然長大，這種晶粒不均勻地急劇長大現象稱為二次再結晶。第35頁，課件共43頁，創作于2023年2月四、影響再結晶后晶粒大小的因素（P52）1、加熱溫度的影響加熱溫度越高,再結晶晶粒也越大。晶粒度再結晶退火溫度

圖4—16加熱溫度與再結晶晶粒度的關系第36頁，課件共43頁，創作于2023年2月四、影響再結晶后晶粒大小的因素（P52）2、變形度的影響:主要與金屬變形的均勻度有關。變形越不均勻,再結晶退火后的晶粒越大。當變形度達到2～10%時，得到極粗大的晶粒。☆使晶粒發生異常長大的變形度稱作臨界變形度。☆當變形度過大（約≥90%)時,晶粒可能再次出現異常長大,一般認為它是由形變織構造成的。第37頁，課件共43頁，創作于2023年2月第四節金屬的熱變形加工

（P53）一、熱變形加工與冷變形加工的區別冷變形加工：再結晶溫度以下的變形。可以達到較高精度和較低的表面粗糙度，有加工硬化的效果，變形抗力大，一次變形量有限。熱變形加工：再結晶溫度以上的變形。第38頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、熱變形對金屬組織和性能的影響（P53）由于溫度處于再結晶溫度以上，金屬材料發生塑性變形后，隨即發生再結晶過程。因此塑性變形引起的加工硬化效應隨即被再結晶過程的軟化作用所消除，使材料保持良好的塑性狀態。熱變形加工雖然沒有加工硬化現象，但也會使金屬的組織和性能發生很大的變化。第39頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、熱變形對金屬組織和性能的影響（P53）1、可以焊合鑄態金屬中的氣孔、顯微裂紋等，提高金屬的致密度；2、可以破壞鑄態的大枝晶和柱狀晶，并發生再結晶使晶粒細化；第40頁，課件共43頁，創作于2023年2月二、熱變形對金屬組織和性能的影響（P53）3、產生熱變形纖維組織（流線）

熱加工能使金屬中殘存的枝晶偏析、可變形夾雜物和第二相沿金屬流動方向被拉長，形成纖維組織(或