金属的塑性变形与再结晶.ppt

引言,第三章金属的塑性变形与再结晶,低碳钢应力-应变曲线,,工业纯铁晶粒表面的滑移带ⅹ250,工业纯铁的显微组织示意图,1金属的塑性变形,一、金属单晶体的塑性变形（滑移和孪生）,1.正应力作用下,2.切应力作用下,滑移晶体在切应力的作用下，其中一部分沿着一定晶面上的晶向相对于另一部分发生滑动。Ψ45软位向Ψ0或90硬位向,滑移的特征滑移带和滑移线,产生滑移的晶面和晶向分别称为滑移面和滑移方向。,工业纯铁表面的滑移带,三种典型金属晶体结构的滑移系（密排面和密排方向）,体心立方面心立方密排六方6＊2124＊3121＊33,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滑移系一个滑移面和该面上的一个滑移方向构成一个滑移系，每一个滑移系表示晶体在产生滑移时可能采取的一个空间位向。滑移系滑移面＊滑移方向,,,,,,,,,滑移的微观机制,位错运动造成滑移的示意图,滑移实质上是位错在滑移面上运动的结果，在切应力的作用下，晶体中形成一刃型位错，这一多余半原子面会由左向右逐步移动，当这个位错移到晶体右边缘时，便在右侧表面形成了滑移量为一个原子间距大小的台阶。若大量位错在该滑移面上移动出晶体时，就会在晶体表面产生滑移量达几千埃的宏观可见的台阶（滑移线）。,二、多晶体的塑性变形,1.特点晶界滑移过程中，位错的运动在晶界处受到较大的阻力，难以发生变形；晶粒位向晶粒位向不同，各晶粒的滑移系不能同时开动，受到周围晶粒的阻碍。晶粒越细，相同体积内晶粒越多，塑性变形就越困难。,2.多晶体塑性变形过程1）具有软位向晶粒的滑移系的开动与滑移面和滑移方向成45角的晶粒；2）变形达到一定程度时，造成应力集中，晶粒发生位向的转动，滑移停止；3）次软位向晶粒发生滑移。4）重复2和3，直至全部晶粒都发生变形。,2冷塑性变形对金属组织和性能的影响,1.晶粒变形，形成纤维组织在外力的作用下，晶粒被拉长或被压扁，当变形足够大时，晶界变得模糊不清，不易分辨。,,变形前,变形后,工业纯铁表面的滑移带,工业纯铁变形度为80的显微组织,变形前后晶粒形状变化示意图,“纤维组织”,2.亚结构形成，材料加工硬化随着变形量的增大，位错密度增大，晶粒破碎成亚晶粒，晶格产生严重畸变，晶体缺陷（空位、位错、晶界、亚晶界）增多。滑移的阻力变大，强度与硬度提高，塑韧性降低。加工硬化金属材料经冷塑性变形后，随变形度增加，强度硬度升高，塑性韧性降低的现象称为加工硬化或形变强化。加工硬化是提高材料强度的有效手段之一。,金属变形后的亚结构示意图,例如，纯铁和低碳钢经70变形度的冷轧变形后，抗拉强度能提高400500MPa。高强度钢丝是将含碳量为1.0的高碳钢处理成细片状珠光体，然后冷拔变形90以上，抗拉强度可高达3000MPa。,3.织构的形成随着变形量的增大，各晶粒的位向将沿着变形的方向发生转变，当变形量足够大（7090）时，绝大部分晶粒的某一方向趋向大体一致，使材料呈现各向异性，甚至退火也难消除。,织构的作用（1）一般情况下，对加工成型极为不利；（2）有些情况下，可以利用织构的作用----硅钢片,,丝织构,板织构,形变织构示意图,5.其他性能的影响电阻增加，耐腐蚀性能降低等,4.内应力（金属在外力作用下各部分发生不均匀的塑性变形所导致）,3回复与再结晶,一、回复,2.作用消除加工硬化造成的部分内应力，改善理化性能。,1.在较低温度下，对变形金属进行加热处理，来达到改善组织及性能的过程。,3.机理当加热时，使点缺陷、位错等做微量的迁移，缺陷降低，晶格畸变程度降低。,4.特点由于处理温度较低，原子活动能力低，晶粒大小和形变变化不明显。强度、塑性及硬度变化不大，但残余内应力和电阻显著下降。,,二、再结晶,1.在较高温度下，对变形金属进行加热处理。,3.特点硬度、强度下降，塑性、韧性显著提高，加工硬化消失，内应力基本消除，金属恢复到变形前的性能。,2.机理新晶粒的形核及长大的过程。,4.再结晶温度金属经大变形度（7080）的冷塑性变形后，在规定的时间内完成再结晶过程所需的最低温度。T再0.4T熔,5.影响再结晶温度的因素（1）变形度越大，再结晶温度越低。（2）加热速度与加热保温时间（3）杂质和合金元素,三、晶粒长大,（1）正常长大随温度的升高或时间的延长而均匀地连续长大。（2）异常长大不连续不均匀的长大。临界变形度,冷变形金属加热时的变化,4金属的热塑性加工,一、热加工的概念,1.高于再结晶温度的加工变形,2.特点,1）加工硬化与再结晶软化两个过程同时存在。,2）表面氧化现象，尺寸精度低。,1.粗大的柱状晶及枝晶经热塑性变形后被击碎并形成等轴细晶粒组织，改善了机械性能。,二、热加工对组织及性能的影响,2.铸态组织中的一些缺陷得以消除，从而使组织致密，性能提高。,3.形成热加工的“纤维组织”，又称为“流线”，使金属的性能具有明显的各向异性。,4.形成“带状组织”。,