4第四章-金属的塑性变形和再结晶.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械工程材料,-教材配套PPT课件,第四章 金属的塑性变形 和再结晶,第四章 金属的塑性变形 与再结晶,第一节 金属的塑性变形,第二节 冷塑性变形对金属组织和性能的影响,第三节 塑性变形金属加热时组织和性能的变化,第四节 金属的热变形加工,第一节 金属的塑性变形,1,弹性变形,：,当外力消除后，金属能恢复原来形状的变形，称为弹性变形。,2,塑性变形,：,当金属因受外力作用而发生变形，外力撤消后不能消失的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形。,单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为,正应力,和,切应力,。正应力只能引起弹性变形及解理断裂。,只有在切应力的作用下金属晶体才能产生塑性变形。,一、单晶体金属的塑性变形,外力在晶面上的分解,切应力作用下的变形,锌单晶的拉伸照片,（,a）未变形 （b）弹性变形,（c）弹、塑性变形 （d）塑性变形,在切应力作用下晶体产生滑移的变形过程：,二、,多晶体金属的塑性变形,单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。,晶界及晶粒位向差的影响,1、晶界的影响,当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起来,称位错的塞积。要使变形继续进行,则必须增加外力,从而使金属的变形抗力提高。,2、晶粒位向的影响,由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。,这种弹,性变形便成为塑性变形晶粒的变形阻力。,由于晶粒间的这种相互约束，使得多晶体金属的塑性变形抗力提高,。,晶粒大小对金属力学性能的影响,金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。,因为,金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多,；,需要协调的具有不同位向的晶粒越多,，使金属塑性变形的抗力越高。,晶粒大小与金属强度关系,Cu-Zn合金,金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越高。,因为,晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多,，,参与变,形的晶粒数目也越多，变形越均匀,，,使在断裂前发生较大的塑性变形。,强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大,，因而其韧性也比较好。,应变,应力,塑性材料,脆性,材料,第二节 冷塑性变形对组织和性能的影响,一、塑性变形对组织结构的影响,金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其,内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。,当变形量很大时，晶粒将被拉长为纤维状，晶界变得模糊不清.,塑性变形还使晶粒破碎为亚晶粒,.,变形前,变形后,轧制铝板的“制耳”现象,二、,加工硬化,随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。,冷塑性变形量，%,屈服强度，MPa,1040钢(0.4%C),黄铜,铜,冷塑性变形量，%,伸长率，%,1040钢,(0.4%C),黄铜,铜,三、,残余内应力,内应力是指平衡于金属内部的应力。,是由于金属受力时,内部变形不均匀而引起的。,金属发生塑性变形时，外力所做的功只有,10%,转化为内应力残留于金属中,。,内应力分为三类：,第一类内应力,平衡于表面与心部之间,(,宏观内应力,),.,第二类内应力,平衡于晶粒之间或晶粒内不同区域之间,(,微观内应力,),。,第三类内应力,是由晶格缺陷引起的畸变应力。,曲轴中内应力的模拟,第三节 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化,金属经冷变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。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。,加热温度 ,黄铜,回复,回复,加热温度较低时，晶格畸变程度减轻，从而使内应力有所降低，塑性略有恢复，强度和硬度稍有下降，这个阶段称为回复。,在回复阶段,，组织变化不明显，其强度、硬度略有下降，塑性略有提高，但,内应力、电阻率等显著下降,。,工业上常利用回复现象,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。,再结晶,当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，,由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒,。,这种,冷变形组织在加热时重新彻底改组的过程称再结晶。,铁素体变形80%,670加热,650加热,再结晶温度：,再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，,发生再结晶的最低温度称再结晶温度。,580C保温8秒后的组织,580C保温3秒后的组织,580C保温4秒后的组织,冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶,T,再,与的关系,影响再结晶温度的因素为：,1、金属的预先变形程度：金属预先变形程度越大,再结晶温度越低。当变形度达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低再结晶温度。,纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系,:,T,再,（,K,）,0.4T,熔,（,K,）,其中,T,再,、,T,熔,为绝对温度,.,金属熔点越高,T,再,也越高,.,再结晶也是晶核形成和长大的过程，,但,不是相变过程,，再结晶前后晶粒的晶格类型和成分完全相同。,由于再结晶后组织的复原，因而,金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高，加工硬化消失。,冷变形黄铜组织性能随温度的变化,再结晶后的晶粒长大,再结晶完成后，若继续,升温或延长保温时间，将发生晶粒长大，,这是一个自发的过程。,黄铜再结晶后晶粒的长大,580C保温8秒后的组织,580C保温15分后的组织,700C保温10分后的组织,第四节 金属的热变形加工,一、冷加工与热加工的区别,在金属学中，冷热加工的界限是以再结晶温度来划分的。,低于再结晶温度的加工称为,冷加工，,而高于再结晶温度的加工称为,热加工,。,轧制,模锻,拉拔,如,Fe,的再结晶温度为,451,，其在,400,以下的加工仍为冷加工。而,Pb,(熔点为327),的再结晶温度为,-33,，则其在室温下的加工为热加工。,热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。,巨型自由锻件,自由锻,金属的冷热加工,模锻,自由锻,轧制,正挤压,反挤压,拉拔,冲压,二、热加工对金属组织和性能的影响,热加工可使铸态金属与合金中的,气孔焊合，,使,粗大的树枝晶或拄状晶破碎,，从而使,组织致密,、,成分均匀,、,晶粒细化,，,力学性能提高,。,锻压,热轧,粗晶粒材料,变形拉长,的晶粒,再结晶晶,粒形核,再结晶晶,粒长大,再结晶完成,晶粒细而,均匀材料,热加工动态再结晶示意图,热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏观条纹，称作,流线,，,由这种流线体现的组织称,纤维组织,。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，尽量与拉应力方向一致。,滚压成型后螺纹内部的纤维分布,吊钩中的纤维组织,在加工亚共析钢时,发现钢中的,F 与 P呈带状分布，这种组织称带状组织,。,带状组织与枝晶偏析被沿加工方向拉长有关。,可通过多次正火或扩散退火消除。,正火组织,带状组织,热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大,、,变形量大、在室温下加工困难的工件。,而冷加工一般用于截面尺寸小、塑性好、尺寸精度及表面光洁度要求高的工件。,蒸汽-空气锤,Thank You!,