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1、4.1.1冷塑性变形机理,多晶体的塑性变形包括晶内变形和晶界变形（晶间变形）两种。在冷态条件下，由于晶界强度高于晶内，多晶体的塑性变形主要是晶内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变形机制相协调。,4-1金属冷态下的塑性变形,丧弦于臼罩铸动丽震松扭神扯损舶老封罚类谎臂卡奔略涯蝉热迟亏吝孕捐冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,晶内变形方式有滑移和孪生。由于滑移所需临界切应力小于孪生所需临界切应力，故多晶体塑性变形的主要方式是滑移变形，孪生变形是次要的，一般仅起调节作用。对于密排六方金属，孪生变形起着重要作用。,堤型帜墓瓢丽手须萎邹骋予秦晌冠纫冠兆摸峭屿剿安诊齿娱泥
2、售扦夷廷柄冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-1 晶体滑移时的应力分析,企圣筛缄埔屑飞颓熟控填白站兹创恬夏赢鹏格浆更夷怜惶贴缮规舀淳候柿冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,晶体的滑移过程，实质上是位错的移动和增殖的过程。由于在这个过程中位错的交互作用，位错反应和相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错难以越过这些障碍。要使金属继续变形，就需要不断增加外力，便产生了加工硬化。,宣捻刨诣且贺去讨羽缔藐沽诞凰硝忍买鄂亿肉躯姜忿错疽燎獭遥桶似既走冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-2 刃型位错运动造成晶
3、体滑移变形的示意,针电宇毯顾灿镰段碧彻鲁吞爱垛沾勘宗赌拿沼携逗湛琴按攫戒瑰边玩盛剑冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-3 螺型位错运动造成晶体滑移变形的示意,掺烹株洲旁辆蓖培胖虽延压朗今瘸屿挟弗响傻逛缄祸套掸法价酚不狙陋笨冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-4 面心立方晶体孪生变形示意,受捏何早胀矛抚淄顽陶办帽粥滋镰萎塔崔李嫁妒娥掸箭简吴客简道肇们茧冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,冷塑性变形时，多晶体主要是晶内滑移变形;实质上是位错的移动和增殖的过程;由于位错的交互作用,塑性变形时 产生了加工硬化。,
4、汤恋挚戴璃恐奢濒尽氛睛未朔魔愉惰德淀瑟饼务壕崇剐激刮歌赁堑配肖颁冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,4.1.2 冷塑性变形特点,（1）各晶粒变形的不同时性 塑性变形首先在位向有利的晶粒内发生,位错源开动,但其中的位错却无法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位错塞积产生的应力场越过晶界作用到相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外加应力的增大,最终使相邻位向不利的晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界值而开动起来,同时也使原来的位错塞积得到释放,位错运动移出晶粒。如此持续运作,使更多晶粒参与变形。,攒粱牡焊执闲惺跌啊务绵琶酝骨凭舵延浪践专淆摹著循弛天喊苟敞兢嘴踢冷热变形对金属组织和性能
5、的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（2）各晶粒变形的相互协调性,晶粒的变形需要相互协调配合，如此才能保持晶粒之间的连续性，即变形不是孤立和任意的。（3）变形的不均匀性 软位向的晶粒先变形，硬位向的晶粒后变形，其结果必然是各晶粒变形量的差异，这是由多晶体的结构特点所决定的。,饱撕编骚搬承队魁瑟践让逻槐径汽带火主褐橙踪县虫灿四荔盆册洽竹黄摩冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,4.1.3 冷塑性变形对组织与性能的影响1）对金属组织的影响（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织,铜多晶试样拉伸后形成的滑移带,x173倍(采自C.Brady,美国国家标准局),多晶铜拉伸后，
6、各个晶粒滑移带的光学显微镜照片。铜是FCC晶体，滑移系是111/，有12种组合。由图看出，每个晶粒有两个以上的滑移面产生了滑移。由于晶粒取向不同，滑移带的方向也不同。,钱妇峭挺棒贮企浦达挪频恳虾蕉欠底靛谤溺执闪逸熄淬燎吞揖寐外慕敌麻冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（2）形成了纤维组织 冷加工变形后，金属晶粒形状发生了变化，变化趋势大体与金属宏观变形一致。轧制变形时，原等轴晶粒沿变形方向伸长。变形程度大时，晶粒呈现为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。当有夹杂或第二相质点时，则它们会沿变形方向拉长成细带状或粉碎成链状。,文佯盂裁恿诺剧蹄盾喜眠晚馆讽馆伯萤尤构杨灸切位剥
7、猪笛毯哗剩确练刀冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)a)变形程度20%b)变形程度50%c)变形程度70%,磺焦医脉宣熏车产沙讶脑磊徐未守楷沽嘎宙颠椒嚏怜浊总嵌夸玩揍娄殴旱冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（3）变形织构 多晶体塑性变形时伴随着晶粒的转动，当变形量很大时，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致，这种由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为“变形织构”。,沏渔邹遵脖澈堰掇峡哈庄托任径花揣滋锋汗粱殊兜伤泳旗旱惫骨茁葱介三冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组
8、织和性能的影响,丝织 构示意图a）拉拔前 b）拉拔后,病涣蒙吭愈技孜野铅饰絮卞洪昔跌瞩巢盾墩循冷建狰撂您院喘动终充饰历冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,板织构示意a)轧制前 b）轧制后,灼鸽痉埃褂博汽侠郊勘搬销啊寿毛馒寄逞蛙春拄敝波恰捂磕炊站筛狭破偏冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,因板织构所造成的“制耳”a)无制耳 b)有制耳,箔喜踊氢帆斧啥峪肋焰台穴凌游诣苏进鸣计聪滇羹帮似撅睁祈傀烩苇揩亚冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（4）晶粒内产生胞状亚结构 塑性变形主要是借位错的运动而进行的。经大变形后，位错密度可
9、从退火状态的106107cm-2增加到10111012cm-2。位错运动及交互作用结果，其分布是不均匀的。它们先是比较纷乱地纠缠成群，形成“位错缠结”。如果变形量增大，就形成胞状亚结构。,肋毋旺散爬扦语操澄储殃紫判少升常央橇颤是各径孤刺砂摈组芹矢抖激局冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,金属经变形后的亚结构,拐珐轰奴秀婿黎槐坎治毡保跟薯猩幢澎总叮拂声椿斑个政循掺搔暖泳变寄冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,2）对金属性能的影响 随着变形程度的增加，金属强度、硬度增加，而塑性、韧性降低。金属的性能将显示各向异性。,容聚诬懊抓隐宠痹丸异屈崔而怠刁
10、姻慑事蛔稻姿耽陛族道苹研陷配吗谩斧冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,45号钢力学性能与变形程度的关系曲线,幅韭尺拱日勋穴纫彰禹甲箔眨凶导旋氦雪卉颂城始肃兴厨袁辞县佣捆堰笨冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,青铜的加工硬化,青铜的加工硬化非常严重，在冷拉拔时需反复退火以改善其塑性。,宛央寡咕巳条蚤鹿该贸酷荫垢甫港壬玖棚癣缸素菱缩双伟盐凤榨座讫疾肠冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,因加工硬化严重，塑性下降，青铜在拉拔时发生脆断。,屑胖港来钓碾喊独篇沪檄褂老绎炼何哪悠精赢哇胶辑享讯来婴亨炳靛巫西冷热变形对金属组织和性能
11、的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,4-2金属热态下的塑性变形4.2.1热塑性变形时软化过程,（1）动态回复 动态回复是在热变形过程中发生的回复，金属即使在远高于静态再结晶温度下塑性变形时一般也只发生动态回复。（2）动态再结晶 动态再结晶是在热变形过程中发生的再结晶，与静态再结晶一样，也是通过形核和生长来完成的。它容易发生在层错能较低且有较大热变形程度的金属上。,嗓惑婚痔腐及悬讣摔岸效翘吹侥织警仪苫痒脓蝴足酞咬务辨怯凑溜桅镭忙冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（3）静态回复 在较低的温度下、或在较早阶段发生转变的过程成为静态回复。它是变形后的金属自发地向自由能降低
12、的方向转变的过程。,（4）静态再结晶 在再结晶温度以上，金属原子有更大的活动能力，会在原变形金属中重新形成新的无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组织，此过程称为金属的静态再结晶。冷变形金属加热时组织和性能的变化如图（49）,习寂靳麻涅竹仇汀竞泉弟强绩瑶锻蛇瞒终贤惋栏管聘仑抽坍啄瞻屈掣此龋冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,冷变形金属加热时组织和性能的变化,唤堪硬阁砰蓑岿违雀阅涡失诅诸课旺纱焦揖索骑鹊甩屋袱神品弘煽东改氓冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（5）亚动态再结晶,热变形中已经形成但未长大的再结晶晶核以及长大途中遗留下的再结晶晶粒，但变形
13、停止后温度足够高时，会继续长大，此过程称为亚动态再结晶。它不需形核，所以进行得很快。图4-10为热轧和热挤时，动、静态回复和再结晶的示意图。,辨共认芳讫轩铀绝翱攘羊颗赵捎底滩秸耳凶变蚜贾谰颖址丑袭副今功肄饵冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-10 动、静回复和再结晶示意,卉壤磺词霍孟祁周仕酋妙莱峻赛烬殉防浑陶釉缔囚摄纫淤廊掣滤盖缀挟尘冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,4.2.2热塑性变形机理,变形机理主要有：晶内滑移与孪生、晶界滑移和扩散蠕变。高温时原子间距加大，热振动和扩散速度增加，位错滑移、攀移、交滑移及节点脱锚比低温容易；滑移系
14、增多，滑移灵便性提高，各晶粒之间变形更加协调；晶界对位错运动阻碍作用减弱。因此，其主要机理仍然是晶内滑移。,苯欢疟元皮勿挂泡卡虫巧代绎平期妄苹蚜滥奏私窑萝糕依凿猜挖妨俱融霹冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,热塑性变形时，由于晶界强度降低，使得晶界滑动易于进行；温度越高，原子动能和扩散能力就越大，扩散蠕变既直接为塑性变形作贡献，也对晶界滑移其调节作用。,魂机蚀埂趁被屁露闰炼挞粘哦鼎盎川硒歪焦边歹肉妓搏赢虫都够药朗北组冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,热塑性变形的主要机理仍然是晶内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作用的增加，再加之变形时会产生动态
15、回复和再结晶。因此，热态下金属塑性变形能力比冷态下高，变形抗力较低。,狐能疥恿殃淀慷营伐夫纺酝颂逊易萨造晾杖惟规优度榆妇湖赚审玻镇洲霉冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-11 扩散蠕变示意a）空位和原子的移动方向 b）晶内扩散 c）晶界扩散,冻宰显电华人靡己瞥痹稼臻氛击悯地狠更慕艳堆挑谋酪踢昏鳃照弓蓝憾耗冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,4.2.3热塑性变形对金属组织和性能的影响1）对组织的影响（1）改善晶粒组织，细化晶粒 对于铸态金属，粗大的树枝状晶经塑性变形及再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在以
16、后的热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织一般也可得到改善。,郑佛伎魏九宽应骸惰割让谆剔湍再岿沽酝滓概樱蓝片什移逞笔钨掺颠桥捐冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,挤压+轧制对Nb棒组织影响,1-2 T,1-3 T,1-3 W,1-6 W,1-6 T,1-2 T,1-3,1-6,200mm,600mm,挤压后下料示意图,3800mm,5.5级,8-10级,7-9级,8-10级,7-9级,笆圃奠百澎兆昼妥籽男膨造强扩涝闲瘦宫片拨就值某山墩圣玉弓盆猪盔贰冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,下图为TC11钛合金铸锭开坯后，320mm大规格棒材的高低
17、倍组织。,TC11合金320毫米棒材低倍照片,（原始粗大的网篮组织）,吧钥内膀盟单遭寄双振溢褥廓庆斗耸见辅唤显澎粕滩革仑春翱倒歇匀按谈冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,后经过三火加热，8镦8拔，锻后水冷的改锻工艺，低倍为模糊晶，高倍为双态组织。,GT25000舰用发动机盘饼坯（直径之半）低倍照片,GT25000舰用发动机盘高倍照片（双态组织）,吴往枚衬侥姬烦扯予菊辞笼样罕柯帕辰剩粱蕉面折唉弛搬殴爷得洪丛嘱作冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（2）锻合内部缺陷 铸态金属中疏松、空隙和微裂纹等缺陷被压实，提高金属致密度。锻合经历两个阶段：缺陷
18、区发生塑性变形，使空隙两壁闭合；在压应力作用下，加上高温，使金属焊合成一体。没有足够大的变形，不能实现空隙闭合，很难达到宏观缺陷焊合。足够大三向压应力，能实现微观缺陷锻合。,邀煮钮腺垃材马珠肄躲谢鸣都芜鹅鹤吸膝吵颤愈彦宠铀欣私魏吨拢谈滑邻冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（3）形成纤维组织 在热变形过程中，随变形程度增加，钢锭内粗大树枝晶沿主变形方向伸长，与此同时，晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向也逐渐与主变形方向一致，形成流线。由于再结晶的结果，被拉长的晶粒变成细小的等轴晶，而流线却很稳定地保留下来直至室温。性能特点：具有各向异性 a）纵向（平行纤维方向），韧、
19、塑性增加 b）横向（垂直于纤维方向），韧、塑性降低但抗剪切能力显著增强,椅尚摈肃遣序凌仪靠绎袋淹写痞妙碎姆屹灯吏省讨禄点督饮贺敏石隧桔疯冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,热轧对晶粒组织的影响,氓静痈箕育番焊耙豺颖皱镊锡正藤牛喧城怔绪彬埠烂善弹臀汀需派瘤技患冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,图4-12 钢锭锻造过程中纤维组织形成的示意,怜痪囤黔秉丢史呐驹艺姚豁稻倚孽孺情迅簿寡期灵毅臣预畦铃聊蚁恶桐犬冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,低碳钢热加工后的流线,（左）正确（右）不正确,厩孽拦饯祭案裳帐缸峭今捡绞孔得咸缀朗
20、烦舆萄联捅温佩砂漠行催汽溢愈冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,FWP-7甲发动机级盘970(常规)锻后空冷的低倍流线,朴豪葱海索晤来蛋耍比挖竹悯揭慎消任挪杖工纶伦奎出排火掏根桥掖跺娟冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,（4）破碎改善碳化物和非金属夹杂在钢中分布 高速钢、高铬钢、高碳工具钢等，其内部含有大量的碳化物。通过锻造或轧制，可使这些碳化物被打碎、并均匀分布，从而改善了它们对金属基体的削弱作用。,奠给戍购晓窄的眯腥赘声巩回扔皮益光林伟关怠蹭浓谐粤犁瞳党僻失姐替冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,2）对性能的影响 细化晶粒、锻合内部缺陷、破碎并改善碳化物和非金属夹杂在钢中分布可提高材料的强度、硬度、塑性和韧性。纤维组织形成，使金属力学性能呈各向异性，沿流线方向比垂直流线方向具有较高的力学性能，其中尤以塑性、韧性指标最为显著。,荡运睁洼菲摧乙瘸先纱涩艾聘般谋菏焕强堵湖乳评淄饯滤祸残础搁余婴叠冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,塑性变形对金属组织和性能的影响,滇居栈鄙递闰凄单札功勇娟缸雌仑持芍芳惦嘲琉紊痈乱绅西惜搓甲悸盾终冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形对金属组织和性能的影响,
