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1、第4章 金属的塑性变形与再结晶,铸态组织不均匀，缺陷多，大多数随后都进行压力加工，如：轧制、锻造、挤压、拉拔、冲压等。,塑性变形可使材料成型，并改善金属材料的组织和性能。,第一节 金属的塑性变形,1、弹性变形：2、塑性变形：3、断裂：,外力去处后能够恢复的变形，弹性极限e,外力去处后不能恢复的变形，伸长率和断面收缩率,应力继续增大，发生颈缩后断裂，抗拉强度b，断口形貌,韧性断口,脆性断口,主要通过滑移和孪生两种方式,一、单晶体的塑性变形,在切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分沿着一定晶面和晶向发生相对移动的过程。外力除去后不能恢复原状。,2、滑移系,滑移所依赖的晶面称为滑移面，沿着某个滑移面
2、上的某个方向进行滑移称为滑移方向。滑移面+滑移方向=滑移系,1、滑移,工业纯铁轻微变形后的表面,电子显微镜下的滑移带,滑移观察,滑移面和滑移方向通常是晶体中原子密度最大的面和方向。,原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大，结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。,为何?,滑移系数目，材料塑性；滑移方向，材料塑性。如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性：如Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）,110X6,为何面心立方晶格（Cu）的塑性比体心立方晶格（Fe）好？,3、滑移的实现：,借助于位错运动,位错的易动性,晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中
3、心的少数原子发生移动，它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小。,二、多晶体的塑性变形,回忆：何为多晶体？,观察：晶界对位错运动的影响,微观与宏观结合组织与性能结合,结论：,1、晶界对位错运动产生阻碍，金属进一步变形困难，需要施加更大的外力，体现在强度硬度的提高。,Cu-4.5Al合金晶界的位错塞积,2、各晶粒位向不同，滑移时收到周围晶粒的约束和阻碍，需克服较大的外力才能滑移，也体现在强度的提高。,3、细晶强化,细晶粒强度硬度高，且各晶粒变形较均匀，断裂时需消耗更大的功，韧性也好。,竹节现象,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,金属发生塑性变形时，晶粒沿着变形方向被拉长或压扁
4、。当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状条纹，材料的性能具有明显的方向性，纵向的强度和硬度远大于横向。,一、晶粒形状变化,轧制过程,工业纯铁在塑性变形前后的组织变化,二、产生加工硬化,随变形量增加，由于位错数目急剧增加，晶体的变形抗力明显升高，使金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。,优点：提高强度、硬度，如：自行车链板，冲压多次；钢丝拉拔,缺点：后续变形困难，需要加热软化（退火）,（视频）,三、择优取向,随变形度增大，大多数晶粒的位向沿变形方向转动并趋于一致，产生择优取向，称为织构。,轧制铝板的“制耳”现象,形变织构使金属呈现各向异性，深冲产品的杯口部出现的波浪形的突起，它象人的耳朵，故
5、称“制耳”earing。,四、残余内应力,由于材料在塑性变形时各部分之间变形不均匀导致的，会引起零件加工过程中的变形和开裂，并使金属耐蚀性下降。,如:黄铜弹壳的季裂；拉拔钢丝表面车削后易变形,第三节 变形金属在加热时的变化,金属经冷变形后，组织处于不稳定状态；但在常温下，原子扩散能力小，不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。,是指在加热温度较低时，由于原子运动促使材料回到稳定状态，内应力下降、力学性能无变化。,一、回复,1、利用回复现象将冷变形金属低温加热，既稳定组织又保留加工硬化，这种热处理方法称去应力退火。,避免黄铜弹壳发生“季裂”，冲压后
6、于260去应力退火；,2、回复的应用：,冷拉的钢丝卷制弹簧后，加热到250300低温退火、定形;,视频,1、继续加热到较高温度时，变形晶粒重新形核和长大，形成等轴晶粒的过程。,二、再结晶,（1）新旧晶粒晶体结构相同，材料性质得到完全恢复。,（2）再结晶温度,纯金属的再结晶温度和熔点有关,“再结晶退火”消除加工硬化,（3）影响再结晶晶粒大小的因素,加热温度越高，保温时间越长，金属的晶粒越粗大，加热温度的影响尤为显著。,再结晶温度对晶粒度的影响,预先变形度对再结晶晶粒度的影响,实际生产采用比最低再结晶温度高100200，控制晶粒大小。表4-3,三、晶粒长大,再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保
7、温时间，将发生晶粒长大，力学性能变差。,变形80%,变形80%400再结晶退火8小时,变形80%400再结晶退火2小时,变形35%后的晶粒 580加热3秒后出现细小晶粒,580加热4秒后再结晶晶粒增多 580加热8秒后全部再结晶晶粒,580加热15分钟后晶粒长大 700加热10分钟后晶粒粗大,再结晶刚刚完成后的晶粒是无畸变的等轴晶粒，如果继续升高温度或延长保温时间，晶粒之间就会通过晶界的迁移、大晶粒吞并小晶粒而长大。,第四节 金属的热加工,1、在金属学中，冷热变形的界限是以再结晶温度来划分的。,一、冷加工与热加工的区别,2、Fe 的再结晶温度为450，其在400 以下的加工仍为冷加工。,3、热
8、加工时产生的加工硬化很快被再结晶产生的软化所抵消，因而热加工不会带来加工硬化效果。,低于再结晶温度的加工称为冷加工，高于再结晶温度的加工称为热加工。,W的再结晶温度为1200，则其在1000的加工为冷加工。Sn 的再结晶温度为0，则其在室温下的加工为热加工。,金属的冷热加工,二、热加工的优缺点（视频）,优点：形成等轴晶粒，机械性能改善；减少缺陷，使组织致密；,形成流线，它使钢产生各向异性，在制定加工工艺时，应使流线分布合理，尽量与外形轮廓方向一致。,（a）锻造曲轴（b）切削加工曲轴,缺点：,带状组织,1、高温脆性；2、表面氧化；3、尺寸控制；4、带状组织；,避免在两相区变形，减少杂质含量，可通过多次扩散退火消除。,正常组织,、名词解释,二、简答题,1、单晶体金属塑性变形的主要方式和实质?,回复,再结晶,加工硬化,热加工,冷加工,2、为何面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性好？,3、回复和再结晶对塑性变形后金属性能带来什么影响？,4、钢经冷轧等冷加工后是否产生加工硬化？加工硬化产生的原因？,5、钢热锻和热轧后是否产生加工硬化？为什么？,6、用冷拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧，最后要进行何种退火处理?为什么?,7、把铅锭在室温下经过多次轧制成薄板，是否需要中间退火？为何？,思 考 题,细晶强化,再结晶退火,去应力退火,
