金屬的塑性變形與再結(jié)晶

1、金屬學(xué)與熱處理,歡迎學(xué)習(xí),金屬的塑性變形與再結(jié)晶,,金屬的塑性變形與再結(jié)晶,塑性是金屬材料的重要特性；金屬材料通過冶煉、鑄造，獲得鑄錠后，可通過塑性加工的方法獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的型材、板材、管材或線材，以及零件毛坯或零件。塑性加工包括鍛壓、軋制、 擠壓、拉拔、沖壓等方法。,金屬的塑性加工,金屬的塑性變形,金屬在承受塑性加工時(shí)， 產(chǎn)生塑性變形，宏觀上改變了材料的形狀和尺寸；微觀上改變了金屬的組織結(jié)構(gòu)；金屬的塑性變形對

2、材料的性能也會(huì)產(chǎn)生重要的影響，是金屬材料重要的強(qiáng)化手段。,金屬的塑性變形,單晶體的塑性變形多晶體的塑性變形,金屬的塑性變形,這一節(jié)的主要內(nèi)容就是從原子的角度看，金屬的塑性變形是如何發(fā)生的？,金屬的塑性變形,當(dāng)外力作用在金屬上時(shí)，如受拉，金屬內(nèi)的原子間距變大，如果這種變化是彈性范圍內(nèi)的，當(dāng)外力去除后，原子還能恢復(fù)到原來的狀態(tài)；如果外力較大，這種變化就達(dá)到了塑性階段了，當(dāng)外力去除之后，有一部分變化就不能恢復(fù)了，金屬就發(fā)生了塑性變形。作為一

3、種極限，當(dāng)外力大到一定程度，原子間的結(jié)合力被打破，那么金屬就斷了。,單晶體的塑性變形,單晶體的塑性變形的基本方式有兩種： 滑移和孿生,一、滑移,滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下，, 晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。,一、滑移,滑移只能在切應(yīng)力作用下才會(huì)發(fā)生, 不同金屬產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力(稱滑移臨界切應(yīng)力)大小不同。鎢、鉬、鐵的滑移臨界切應(yīng)力比銅、鋁的要

4、大。,,一、滑移,由于位錯(cuò)每移出晶體一次即造成一個(gè)原子間距的變形量, 因此晶體發(fā)生的總變形量一定是這個(gè)方向上的原子間距的整數(shù)倍。,一、滑移,滑移總是沿著晶體中原子密度最大的晶面(密排面)和其上密度最大的晶向(密排方向)進(jìn)行， 這是由于密排面之間、密排方向之間的間距最大，結(jié)合力最弱。因此滑移面為該晶體的密排面， 滑移方向?yàn)樵撁嫔系拿芘欧较颉?滑移系,一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。如體心立方晶格中， (110)面和[111

5、]晶向即組成一個(gè)滑移系?；葡翟蕉?， 金屬發(fā)生滑移的可能性越大， 塑性就越好。,金屬三種常見晶格的滑移系,滑移系,滑移方向?qū)扑鸬淖饔帽然泼娲?，所以面心立方晶格金屬比體心立方晶格金屬的塑性更好。金、銀、銅、鋁等金屬的塑性高于鐵、鉻等金屬；而鐵的塑性又高于鋅、鎂等金屬。,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移非剛性滑動(dòng)，而是由位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的（1934年提出 ）。,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部

6、分沿滑移面作整體的相對滑動(dòng), 而是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 在切應(yīng)力作用下,一個(gè)多余半原子面從晶體一側(cè)到另一側(cè)運(yùn)動(dòng), 即位錯(cuò)自左向右移動(dòng)時(shí), 晶體產(chǎn)生滑移。,,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,通過位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑移時(shí)： 1、只有位錯(cuò)線附近的少數(shù)原子移動(dòng)； 2、原子移動(dòng)的距離小于一個(gè)原子間距； 所以通過位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)滑移時(shí)，需要的力較小；,二、位錯(cuò)滑移機(jī)制,金屬的塑性變形是由滑移這種方式進(jìn)行的，而滑移又是通過位錯(cuò)的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。所以，只要阻礙

7、位錯(cuò)的移動(dòng)就可以阻礙滑移的進(jìn)行，從而提高了塑性變形的抗力，使強(qiáng)度提高。金屬材料常用的五種強(qiáng)化手段（固溶強(qiáng)化、加工硬化、晶粒細(xì)化、彌散強(qiáng)化、淬火強(qiáng)化）都是通過這種機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。,三、孿生,在切應(yīng)力作用下晶體的一部分相對于另一部分沿一定晶面(孿生面)和晶向(孿生方向)發(fā)生切變的變形過程稱孿生。發(fā)生切變、位向改變的這一部分晶體稱為孿晶。孿晶與未變形部分晶體原子分布形成對稱。孿生所需的臨界切應(yīng)力比滑移的大得多。孿生只在滑移很難進(jìn)行的情況下才發(fā)生。

8、體心立方晶格金屬（如鐵）在室溫或受沖擊時(shí)才發(fā)生孿生。而滑移系較少的密排六方晶格金屬如鎂、鋅、鎘等, 則比較容易發(fā)生孿生。,四、多晶體的塑性變形,工程上使用的金屬絕大部分是多晶體。多晶體中每個(gè)晶粒的變形基本方式與單晶體相同。但由于多晶體材料中，各個(gè)晶粒位向不同，且存在許多晶界，因此變形要復(fù)雜得多。,四、多晶體的塑性變形,多晶體中每個(gè)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(yīng)力方向(稱晶粒處于軟位向), 另一些晶粒的滑移面和滑

9、移方向與最大切應(yīng)力方向相差較大(稱晶粒處于硬位向)。在發(fā)生滑移時(shí)，軟位向晶粒先開始。當(dāng)位錯(cuò)在晶界受阻逐漸堆積時(shí)，其它晶粒發(fā)生滑移。因此多晶體變形時(shí)晶粒分批地逐步地變形，變形分散在材料各處。,四、多晶體的塑性變形,第二個(gè)要注意的問題是晶界的影響。晶界是原子排列不規(guī)則的地方，它對位錯(cuò)的移動(dòng)有阻礙作用，要想使位錯(cuò)通過晶界，外界必須對它施加更大的力，所以晶界處的強(qiáng)度比晶內(nèi)高。,四、多晶體的塑性變形,晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)的晶界面積越多，對位錯(cuò)的阻

10、礙作用越大，金屬的強(qiáng)度越高。晶界與強(qiáng)度之間的關(guān)系有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式（Hall—Petch公式）： σ=σ0+k×d-1/2,四、多晶體的塑性變形,具有細(xì)小晶粒的材料不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性也較高，這是其他強(qiáng)化手段不能達(dá)到的。晶粒越細(xì)，金屬的變形越分散，減少了應(yīng)力集中，推遲裂紋的形成和發(fā)展，使金屬在斷裂之前可發(fā)生較大的塑性變形，因此使金屬的塑性提高。 由于細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度較高，塑性較

11、好，所以斷裂時(shí)需要消耗較大的功，因而韌性也較好。,四、多晶體的塑性變形,我們一般將通過使材料的組織變細(xì)來改善其性能的方法稱為細(xì)晶強(qiáng)化或晶粒細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。,溫 故 知 新,單晶體塑性變形的方式什么是滑移系?滑移系的數(shù)目對金屬的塑性有什么影響?金屬的滑移是通過什么方式實(shí)現(xiàn)的?多晶體的塑性變形與單晶體有什么區(qū)別?,,單晶體塑性變形的方式,單晶體的塑性變形的基本方式有兩種： 滑移

12、和孿生。 滑移是晶體在切應(yīng)力的作用下, 晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對于另一部分發(fā)生滑動(dòng)。,,滑移系,一個(gè)滑移面與其上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。如體心立方晶格中， (110)面和[111 ]晶向即組成一個(gè)滑移系?；葡翟蕉?， 金屬發(fā)生滑移的可能性越大， 塑性就越好。,,金屬三種常見晶格的滑移系,,位錯(cuò)滑移機(jī)制,滑移是晶體內(nèi)部位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果?；撇⒎鞘蔷w兩部分沿滑移面作整體

13、的相對滑動(dòng), 而是通過位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 在切應(yīng)力作用下,一個(gè)多余半原子面從晶體一側(cè)到另一側(cè)運(yùn)動(dòng), 即位錯(cuò)自左向右移動(dòng)時(shí), 晶體產(chǎn)生滑移。,,多晶體的塑性變形,多晶體中每個(gè)晶粒位向不一致，各晶粒不是同時(shí)開始滑移的，而是分批逐次進(jìn)行的。多晶體中, 由于晶界上原子排列不很規(guī)則, 阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng), 使變形抗力增大。,,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬塑性變形的機(jī)理,那塑性變形后金屬的組織和性能是否也發(fā)生了變化呢？,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬塑性變形的機(jī)理,那塑

14、性變形后金屬的組織和性能是否也發(fā)生了變化呢？,是的，金屬塑性變形后組織和性能發(fā)生了明顯的變化，這正我們今天要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。,學(xué) 無 止 境,塑性變形對金屬組織和性能的影響,塑性變形對金屬性能的影響塑性變形對金屬組織結(jié)構(gòu)的影響 殘余內(nèi)應(yīng)力,一、塑性變形對金屬性能的影響,演示試驗(yàn),1、加工硬化,金屬發(fā)生塑性變形時(shí)， 隨變形度的增大， 金屬的強(qiáng)度和硬度顯著提高， 塑性和韌性明顯下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化， 也叫形變

15、強(qiáng)化或冷作硬化。,2、加工硬化示意圖,,3、加工硬化的原因,金屬發(fā)生塑性變形時(shí), 位錯(cuò)密度增加, 位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng), 相互纏結(jié), 造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(xì)化, 使強(qiáng)度得以提高。,加工硬化的原因,,,4、加工硬化的意義,強(qiáng)化金屬的重要途徑；加工硬化是金屬冷沖壓成型的保證；提高構(gòu)件在使用過程中的安全性。,強(qiáng)化手段,加工硬化是金屬材料五大強(qiáng)化手段之一；在生產(chǎn)中可通過冷軋、冷拔提高鋼板或鋼絲

16、的強(qiáng)度。特別是對于純金屬和不能熱處理強(qiáng)化的材料，冷變形加工是強(qiáng)化它們的主要手段；,鏈條板的軋制,材料為Q345（16Mn) 鋼 的自行車鏈條經(jīng) 過五次軋制，厚度由3.5mm壓縮到1.2mm，總變形量為65%，硬 度從150HBS提高到275HBS；抗拉強(qiáng)度從510MPa提高到980MPa；使承載能力提高了將 近一倍。,彈簧鋼絲的強(qiáng)化,65Mn彈簧鋼絲經(jīng)冷拉后，抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000~3000MPa,，比一般鋼材的強(qiáng)

17、度提高4~6倍。,高錳鋼的加工硬化,高錳鋼（ZGMn13)屬于奧氏體鋼，熱處理不能強(qiáng)化，它的主要強(qiáng)化手段就是加工硬化。當(dāng)高錳鋼受到激烈摩擦或劇烈沖擊時(shí)，其表面部分就會(huì)產(chǎn)生微量塑性變形，隨之產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，使其硬度和強(qiáng)度快速提高，從而能夠作為耐磨鋼使用。,高錳鋼的加工硬化,,高錳鋼的加工硬化,,金屬的冷成型加工的保證,金屬的冷成型正是利用了材料的加工硬化特性，使塑性變形均勻地分布于整個(gè)工件上，而不致于集中在某些局部而導(dǎo)致最終斷裂。,

18、提高構(gòu)件的安全性,構(gòu)件在使用過程中，往往不可避免地會(huì)某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中和過載現(xiàn)象，在這種情況下，由于金屬能加工硬化，使局部過載部位在產(chǎn)生少量塑性變形之后，提高了屈服強(qiáng)度并與所承受的應(yīng)力達(dá)到平衡，變形就不會(huì)繼續(xù)發(fā)展，從而在一定程度上提高了構(gòu)件的安全性。,加工硬化的不利影響,加工硬化使金屬在塑性變形過程中變形抗力逐漸增加，以致喪失繼續(xù)變形的能力。為了消除加工硬化，使金屬重新恢復(fù)變形的能力，必須對其進(jìn)行中間退火，這樣就增加了生產(chǎn)成本，而且延

19、長了生產(chǎn)周期。,軋鋼,,金屬塑性變形時(shí)其它性能的變化,導(dǎo)電性下降（電阻升高）、導(dǎo)磁性下降；化學(xué)活性增加，電極電位提高；耐腐蝕性下降。,二、塑性變形對金屬組織的影響,冷變形纖維組織的形成亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化形變織構(gòu)產(chǎn)生,冷變形纖維組織,金屬發(fā)生塑性變形后, 晶粒發(fā)生變形, 沿形變方向被拉長或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí), 晶粒變成細(xì)條狀(拉伸時(shí)), 金屬中的夾雜物也被拉長, 形成纖維組織。,亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化,金屬經(jīng)大的塑性變形時(shí), 由于位錯(cuò)的密度增大并

20、發(fā)生交互作用, 大量位錯(cuò)堆積在局部地區(qū), 并相互纏結(jié), 形成不均勻的分布, 使晶粒分化成許多位向略有不同的小晶塊, 從而在晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)（亞晶粒）。,,,,,亞結(jié)構(gòu)示意圖,,,形變織構(gòu)產(chǎn)生,金屬塑性變形到很大程度(70%以上)時(shí), 由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng), 使各晶粒的位向趨近于一致, 形成特殊的擇優(yōu)取向, 這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。形變織構(gòu)一般分兩種：一種是各晶粒的一定晶向平行于拉拔方向, 稱為絲織構(gòu), 例如低碳鋼經(jīng)高度冷拔后, 其平行

21、于拔絲方向; 另一種是各晶粒的一定晶面和晶向平行于軋制方向, 稱為板織構(gòu), 低碳鋼的板織構(gòu)為{001}。,形變織構(gòu),制 耳,殘余內(nèi)應(yīng)力,由于金屬在發(fā)生塑性變形時(shí), 金屬內(nèi)部變形不均勻, 位錯(cuò)、空位等晶體缺陷增多， 金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力。即外力去除后，金屬內(nèi)部會(huì)殘留下來應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)使金屬的耐腐蝕性能降低，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致零件變形或開裂。齒輪等零件，如表面通過噴丸處理，可產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力，則可提高疲勞強(qiáng)度。,殘余內(nèi)應(yīng)力,

22、第一類殘余應(yīng)力（?Ⅰ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力， 由整個(gè)物體變形不均勻引起。 第二類殘余應(yīng)力（?Ⅱ）：微觀內(nèi)應(yīng)力， 由晶粒變形不均勻引起。 第三類殘余應(yīng)力（?Ⅲ）：點(diǎn)陣畸變內(nèi)應(yīng)力，

23、 由位錯(cuò)、空位等引起。80-90%。,,殘余內(nèi)應(yīng)力的消除,金屬塑性變形后的殘余內(nèi)應(yīng)力，可以通過去應(yīng)力退火來消除；如經(jīng)拉延成型的黃銅彈殼在280℃左右進(jìn)行去應(yīng)力退火，以避免變形和應(yīng)力腐蝕。,殘余內(nèi)應(yīng)力的利用,生產(chǎn)中有意控制殘余內(nèi)應(yīng)力的分布，使其與工作應(yīng)力方向相反，可以提高工件的力學(xué)性能。右圖是鋼板彈簧的例子。,學(xué)海無涯,金屬經(jīng)塑性變形后，組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生很大的變化。如果對變形后的金屬進(jìn)行加熱，金屬的組織結(jié)構(gòu)和性能又會(huì)發(fā)生變化。隨

24、著加熱溫度的提高，變形金屬將相繼發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,一、 回復(fù) 回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時(shí)，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,1、 顯微組織變化（示意圖） 回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,2、 性能變化 （1） 力

25、學(xué)性能（示意圖） 回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。 （2） 物理性能 電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。 耐蝕性：由于內(nèi)應(yīng)力降低，耐應(yīng)力腐蝕性提高。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 內(nèi)應(yīng)力變化 回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消 第二、三類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與

26、性能變化,4、 回復(fù)機(jī)理 （1） 低溫回復(fù)（0.1－0.3Tm） 移至晶界、位錯(cuò)處點(diǎn)缺陷運(yùn)動(dòng) 空位＋間隙原子 消失 缺陷密度降低 空位聚集（空位群、對）,,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,（2）中溫回復(fù)  （0.3－0.5T

27、m） 異號(hào)位錯(cuò)相遇而抵銷位錯(cuò)滑移 位錯(cuò)纏結(jié)重新排列 位錯(cuò)密度降低 亞晶粒長大,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,（3） 高溫回復(fù)（>0.5Tm）位錯(cuò)攀移（＋滑移） 位錯(cuò)垂直排列（亞晶界） 多邊化（亞晶粒） 彈性畸變能降低。,,,,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,5、 回復(fù)退火的應(yīng)用

28、 去應(yīng)力退火：降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。 如冷卷彈簧的定型、黃銅彈殼的去應(yīng)力等。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,二、再結(jié)晶 冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時(shí)，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,1、組織與性能變化 變形金屬進(jìn)行再結(jié)晶后，金屬的強(qiáng)度和硬

29、度明顯降低，而塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象被消除， 此時(shí)內(nèi)應(yīng)力全部消失，物理、化學(xué)性能基本上恢復(fù)到變形以前的水平。 再結(jié)晶生成的新的晶粒的晶格類型與變形前、變形后的晶格類型均一樣。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 再結(jié)晶溫度 變形后的金屬發(fā)生再結(jié)晶的溫度是一個(gè)溫度范圍，并非某一恒定溫度。一般所說的再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度(T再), 通常用經(jīng)大變形量(70%以上)的冷塑性變形的金屬,經(jīng)一小時(shí)加熱后能

30、完全再結(jié)晶的最低溫度來表示。 最低再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點(diǎn)有如下關(guān)系： T再=(0.35～0.4)T熔點(diǎn)  式中的溫度單位為絕對溫度(K)。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,3、 再結(jié)晶溫度 最低再結(jié)晶溫度與下列因素有關(guān)：    預(yù)先變形度：金屬再結(jié)晶前塑性變形的相對變形量稱為預(yù)先變形度。預(yù)先變形度越大, 金屬的晶

31、體缺陷就越多, 組織越不穩(wěn)定, 最低再結(jié)晶溫度也就越低。當(dāng)預(yù)先變形度達(dá)到一定大小后, 金屬的最低再結(jié)晶溫度趨于某一穩(wěn)定值。       金屬的熔點(diǎn)：熔點(diǎn)越高, 最低再結(jié)晶溫度也就越高。,,雜質(zhì)和合金元素：由于雜質(zhì)和合金元素特別是高熔點(diǎn)元素, 阻礙原子擴(kuò)散和晶界遷移, 可顯著提高最低再結(jié)晶溫度。如高純度鋁(99.999%)的最低再結(jié)晶溫度為80℃, 而工業(yè)純鋁(99.0%)的最

32、低再結(jié)晶溫度提高到了290℃。  加熱速度和保溫時(shí)間：再結(jié)晶是一個(gè)擴(kuò)散過程, 需要一定時(shí)間才能完成。提高加熱速度會(huì)使再結(jié)晶在較高溫度下發(fā)生, 而保溫時(shí)間越長, 再結(jié)晶溫度越低。,第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時(shí)的組織與性能變化,4、 再結(jié)晶的應(yīng)用 由于塑性變形后的金屬加熱發(fā)生再結(jié)晶后，可消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)金屬的塑性和韌性， 因此生產(chǎn)中常用再結(jié)晶退火工藝來恢復(fù)金屬塑性變形的能力，以便繼續(xù)進(jìn)行形變加工。,,例如生產(chǎn)

33、鐵鉻鋁電阻絲時(shí)，在冷拔到一定的變形度后，要進(jìn)行氫氣保護(hù)再結(jié)晶退火，以繼續(xù)冷拔獲得更細(xì)的絲材。  為了縮短處理時(shí)間，實(shí)際采用的再結(jié)晶退火溫度比該金屬的最低再結(jié)晶溫度要高100～200℃。,金屬的熱加工,一、金屬的熱加工與冷加工,金屬塑性變形的加工方法有熱加工和冷加工兩種。熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時(shí)是否加熱來區(qū)分，而是根據(jù)變形時(shí)的溫度處于再結(jié)晶溫度以上還是以下來劃分的。 從金屬學(xué)的角度出發(fā)，冷、熱變形加

34、工是以再結(jié)晶溫度為界限的，低于再結(jié)晶溫度的變形稱為冷變形加工；高于再結(jié)晶溫度的變形就稱為熱變形加工。,金屬的熱加工與冷加工,不能憑直覺判斷；如鎢的再結(jié)晶溫度為1200 ℃ ，其在1000 ℃的變形加工仍是冷加工；又如鉛、錫等金屬，在室溫下的變形就是熱變形加工；,金屬的冷加工,在金屬的再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工。如低碳鋼的冷軋、冷拔、冷沖等。 由于加工溫度處于再結(jié)晶溫度以下， 金屬材料發(fā)生塑性變形時(shí)不會(huì)伴隨再結(jié)晶過程。因

35、此冷加工對金屬組織和性能的影響即是前面的所述塑性變形的影響規(guī)律。 與冷加工前相比，金屬材料的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，即產(chǎn)生加工硬化的現(xiàn)象。,金屬的冷加工,性能變化是單向的：　　變形前　　　　　　　　　變形后,,軟,硬,加工硬化,金屬的熱加工,在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工稱為熱加工，例如鋼材的熱鍛和熱軋。熱加工溫度：　　T再<T熱加工<T熔－100～200℃,金屬的熱加工,在熱變形加工時(shí)，由于溫度處于再

36、結(jié)晶溫度以上，材料性能的變化是雙向的，因?yàn)樵诎l(fā)生加工硬化的同時(shí)，還發(fā)生著再結(jié)晶，也就是因?yàn)樽冃伟l(fā)生的硬化和因?yàn)樵俳Y(jié)晶發(fā)生的軟化在同時(shí)進(jìn)行著。那一個(gè)方面占優(yōu)勢要看是變形度和加熱溫度的具體情況。,金屬的熱加工,金屬材料發(fā)生塑性變形后，隨即發(fā)生再結(jié)晶過程。因此塑性變形引起的加工硬化效應(yīng)隨即被再結(jié)晶過程的軟化作用所消除，使材料保持良好的塑性狀態(tài)。,金屬的熱加工,性能變化是雙向的：　　變形前　　　　　　　　　變形后,,軟,軟,加工硬化,,再結(jié)晶

37、,二、金屬熱加工對組織與性能的變化,消除鑄態(tài)組織缺陷,熱加工能使鑄態(tài)金屬中的氣孔、疏松、微裂紋焊合，提高金屬的致密度；減輕甚至消除樹枝晶偏析和改善夾雜物、第二相的分布等；提高金屬的力學(xué)性能，特別是韌性和塑性。,消除鑄態(tài)組織缺陷,熱加工能打碎鑄態(tài)金屬中的粗大樹枝晶和柱狀晶，并通過再結(jié)晶獲得等軸細(xì)晶粒，而使金屬的力學(xué)性能全面提高。但這與熱加工的變形量和加工終了溫度關(guān)系很大，采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、 快的冷卻速度可獲得細(xì)小晶粒

38、。,熱加工流線,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(dòng)方向被拉長，形成纖維組織(或稱“流線”)，使金屬的力學(xué)性能特別是塑性和韌性具有方向性，縱向上的性能顯著大于橫向上的。因此熱加工時(shí)應(yīng)力求工件流線分布合理。,熱加工流線,鍛造曲軸的合理流線分布，可保證曲軸工作時(shí)所受的最大拉應(yīng)力與流線一致，而外加剪切應(yīng)力或沖擊力與流線垂直，使曲軸不易斷裂。切削加工制成的曲軸，其流線分布不合理，易沿軸肩發(fā)生斷裂。,熱加工流線,形成帶狀

39、組織,鋼中的鐵素體或滲碳體以伸長的雜質(zhì)為核心形核，形成帶狀組織。帶狀組織能造成材料的各向異性，應(yīng)加以注意。避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高溫 擴(kuò)散退火或正火可以消除帶狀組織。,三、熱加工的優(yōu)點(diǎn),可持續(xù)大變形量加工動(dòng)力消耗小提高材料質(zhì)量和性能,三、熱加工的優(yōu)點(diǎn),由于熱加工可使金屬的組織和性能得到顯著改善，所以受力復(fù)雜、載荷較大的重要工件，一般都采用熱加工方法來制造。,四、超塑性,超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別