第三章 金属的塑性加工
合集下载
第三章金属冷塑性变形解析ppt课件
ED cGb2
式中常数c-0.5 2、储存能与亚结构的关系
ED
s
R
或
ED
K
D
式中常数α-1.5，K是常数
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3、储存能与取向的关系 E110>E111>E112>E100
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3.2 金属组织结构的变化
• 金属塑性变形的物理实质基本上就是位错的运动， 位错运动的结果就产生了塑性变形。
• 在位错的运动过程中，位错、溶质原子、间隙位 置原子、空位、第二相质点都会发生相互作用， 引起位错的数量、分布和组态的变化。从微观角 度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中 或变形后的主要变化。
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
体心立方晶格金属最主要的择优取向是轧制平 面内的立方体平面{001}<110>，而且还有其它织 构类型，如{112}<110>和{111}<112>。
密排六方晶格金属通常会使底面平行于轧制平 面和密排方向<11-20>平行于轧制方向。
纯银在轧制期间形成一个{110}<112>简单织构， 这种织构称为“黄铜”织构。
织构的形成是与温度有关的。提高变形温度，促 进铜型织构而不利于黄铜型织构，以致于堆垛层错 能很低的金属或合金，仅当提高温度（如达到 0.5TM）时，才能保持黄铜织构。
式中常数c-0.5 2、储存能与亚结构的关系
ED
s
R
或
ED
K
D
式中常数α-1.5，K是常数
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3、储存能与取向的关系 E110>E111>E112>E100
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
3.2 金属组织结构的变化
• 金属塑性变形的物理实质基本上就是位错的运动， 位错运动的结果就产生了塑性变形。
• 在位错的运动过程中，位错、溶质原子、间隙位 置原子、空位、第二相质点都会发生相互作用， 引起位错的数量、分布和组态的变化。从微观角 度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中 或变形后的主要变化。
没有明确的价值取向和人生目标，实 现自我 人生价 值就无 从谈起 。人生 价值就 是人生 目标， 就是人 生责任 。每承 担一次 责任
体心立方晶格金属最主要的择优取向是轧制平 面内的立方体平面{001}<110>，而且还有其它织 构类型，如{112}<110>和{111}<112>。
密排六方晶格金属通常会使底面平行于轧制平 面和密排方向<11-20>平行于轧制方向。
纯银在轧制期间形成一个{110}<112>简单织构， 这种织构称为“黄铜”织构。
织构的形成是与温度有关的。提高变形温度，促 进铜型织构而不利于黄铜型织构，以致于堆垛层错 能很低的金属或合金，仅当提高温度（如达到 0.5TM）时，才能保持黄铜织构。
金属的塑性变形与再结晶(3)
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，晶体中存在的正刃位错逐步移动， 当这个位错移到晶体的右边缘时，移出晶体的上 半部就相对于下半部移动了一个原子间距，形成 一个原子间距的滑移量。
同一滑移面上若有大量的位错移出，则在晶体表 面形成一条滑移线。
位错在晶体中移动时所需切应力很小，因为当位错中心前 进一个原子间距时，一齐移动的只是位错中心少数原子， 而且其位移量都不大，形成逐步滑移，这就比一齐移动所 需的临界切应力要小得多，这称为“位错的易动性”。
研究表明，亚晶界的存在使晶体的变形抗力增加， 是引起加工硬化的重要因素之一。
3.形变织构
在塑性变形过程中，当金属按一定的方向变形量 很大时(变形量大于70%以上)，多晶体中原来任 意位向的各晶粒的取向会大致趋于一致，这种有 序化结构叫作“变形织构”，又称为“择优取 向”，
金属材料的加工方式不同形成不同类型的织构： 拉拔时形成的织构称为丝织构，其特征是各个晶 粒的某一晶向平行于拉拔方向；轧制时形成的织 构称为板织构，其特征是不仅某一晶面平行于轧 制平面，而且某一晶向也平行于轧制方向。
3.变形引起的内应力
在金属塑性变形过程中，大约有10％的能量转化为内应力而残留在金属中， 使其内能增加。
这些残留于金属内部且平衡于金属内部的应力称为残余内应力。它是由于金 属在外力作用下各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。
内应力一般可分为三种类型：Βιβλιοθήκη （1）宏观内应力(第一类内应力)
金属材料在塑性变形时，由于各部分变形不均匀，使整个工件或在较大的 宏观范围内(如表层与心部)产生的残余应力。
3.1.2多晶体金属塑性变形的特点
大多数金属材料是由多晶体组成的。 多晶体塑性变形的实质与单晶体一样。 要考虑到晶粒彼此之间在变形过程中的约束作用，以及晶界对塑性变形的影
同一滑移面上若有大量的位错移出，则在晶体表 面形成一条滑移线。
位错在晶体中移动时所需切应力很小，因为当位错中心前 进一个原子间距时，一齐移动的只是位错中心少数原子， 而且其位移量都不大，形成逐步滑移，这就比一齐移动所 需的临界切应力要小得多，这称为“位错的易动性”。
研究表明，亚晶界的存在使晶体的变形抗力增加， 是引起加工硬化的重要因素之一。
3.形变织构
在塑性变形过程中，当金属按一定的方向变形量 很大时(变形量大于70%以上)，多晶体中原来任 意位向的各晶粒的取向会大致趋于一致，这种有 序化结构叫作“变形织构”，又称为“择优取 向”，
金属材料的加工方式不同形成不同类型的织构： 拉拔时形成的织构称为丝织构，其特征是各个晶 粒的某一晶向平行于拉拔方向；轧制时形成的织 构称为板织构，其特征是不仅某一晶面平行于轧 制平面，而且某一晶向也平行于轧制方向。
3.变形引起的内应力
在金属塑性变形过程中，大约有10％的能量转化为内应力而残留在金属中， 使其内能增加。
这些残留于金属内部且平衡于金属内部的应力称为残余内应力。它是由于金 属在外力作用下各部分发生不均匀的塑性变形而产生的。
内应力一般可分为三种类型：Βιβλιοθήκη （1）宏观内应力(第一类内应力)
金属材料在塑性变形时，由于各部分变形不均匀，使整个工件或在较大的 宏观范围内(如表层与心部)产生的残余应力。
3.1.2多晶体金属塑性变形的特点
大多数金属材料是由多晶体组成的。 多晶体塑性变形的实质与单晶体一样。 要考虑到晶粒彼此之间在变形过程中的约束作用，以及晶界对塑性变形的影
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
《金属材料与热处理》第三章金属的塑性变形对组织性能
➢再结晶温度指的是最低再结晶温度(T再)：用经过严
重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的 最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=0.4T熔点 式中温度单位为绝对温度(K)。
8
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
(3)再结晶温度影响因素：
1）变形程度 ➢2）金金属属再纯结度晶前：塑纯性度变越形高的, 最相低对再变结形晶量温称度为也预就先越变低形 度➢。3）预；加先热变速形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不 稳➢➢杂再定质结, 最和晶低合是再金一结元扩晶素散温（过度高程也熔, 需就点一越元定低素时；）间阻才碍能原完子成扩；散和晶 ➢界➢当提迁预高移先加, 可变热显形速著度度提达会高一使最定再低大结再小晶结后在晶,较最温高低度温再；度结下晶发温生度；趋于某 一➢高原稳纯始定度晶值铝粒。(越99粗.9大9,9再%结)最晶低温再度结越晶高温。度为80 ℃； ➢工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 ℃。
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、热加工晶粒大小控制措施
（1）.控制较低的加工终了温度 （2）.控制较大的变形程度 （3）.控制较快的冷却速度
0
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、产生残余内应力 ➢定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。
产生原因：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀， 位错、空位等晶体缺陷增多，会产生残余内应力。
➢1）宏观内应力 ➢2）微观残余应力 ➢3）晶格畸变应力
1
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1
第一节 金属的塑性变形
重冷塑性变形的金属,经1小时加热后能完全再结晶的 最低温度来表示。
最低再结晶温度：
T再=0.4T熔点 式中温度单位为绝对温度(K)。
8
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
(3)再结晶温度影响因素：
1）变形程度 ➢2）金金属属再纯结度晶前：塑纯性度变越形高的, 最相低对再变结形晶量温称度为也预就先越变低形 度➢。3）预；加先热变速形度越大, 金属的晶体缺陷就越多, 组织越不 稳➢➢杂再定质结, 最和晶低合是再金一结元扩晶素散温（过度高程也熔, 需就点一越元定低素时；）间阻才碍能原完子成扩；散和晶 ➢界➢当提迁预高移先加, 可变热显形速著度度提达会高一使最定再低大结再小晶结后在晶,较最温高低度温再；度结下晶发温生度；趋于某 一➢高原稳纯始定度晶值铝粒。(越99粗.9大9,9再%结)最晶低温再度结越晶高温。度为80 ℃； ➢工业纯铝(99.0%)最低再结晶温度提高到290 ℃。
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、热加工晶粒大小控制措施
（1）.控制较低的加工终了温度 （2）.控制较大的变形程度 （3）.控制较快的冷却速度
0
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3、产生残余内应力 ➢定义：外力去除后，金属内部残留下来的应力。
产生原因：金属发生塑性变形时，内部变形不均匀， 位错、空位等晶体缺陷增多，会产生残余内应力。
➢1）宏观内应力 ➢2）微观残余应力 ➢3）晶格畸变应力
1
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.2
3
学习情境三：金属的塑性变形对组织性能的影响 3.1
第一节 金属的塑性变形
金属材料成型_3.6超塑性成型
5）超塑性无模拉拔成形
利用超塑性材料在超塑性状态下对温度的敏感性，只在被加工 的棒料或管材外部加设感应加热圈，并在棒料或管材的两端施加载 荷，当感应圈移动时，就会形成横截面周期变化，甚至非周期变化 的棒形零件，或者是变壁厚的管形零件。
TWO
2
超塑性成型工艺特点
1)金属塑性大为提高,过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形 的镍基合金，也可进行超塑性模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。
图3-36 飞机上采用的部分SPF、SPF/DB构件
FOUR
4
超塑性成型重点企业
Luxfer 的集团公司 Superform USA 及其附属公司 Superform Aluminium 是全球最大的铝、镁和钛超塑成型零件供 应商，主要为航空航天、汽车、卡车、铁路、医疗系统和建筑行 业提供零件。Airstair 是一种内置于小型飞机门内的四级楼梯，需 要制造有23 个焊接部件的铝组件。但 Superform USA 使用 PA M - S TA M P 对 该 组 件 进 行 了 整 体 设 计 ， 实 现 了 更 轻 量 、 刚 性 和 低成本的解决方案。
图3-35 径向辅助压力拉深原理示意
4）超塑性挤压成形
将毛坯直接放入模具内一起加热到最佳的超塑性温度，保持恒 温，以恒定的慢速加载、保压，在封闭的模具中进行压缩成形的工 艺。它是利用超塑性合金在变形中的极低变形抗力进行挤压成形， 故所使用的模具简单，寿命高，对变形程度大的零件，可一次成形， 省去了中间退火程序，工序得到简化。它可成形零件和模具。
近年来，我国新机研制及改进机型中，前缘襟翼、鸭翼、整体壁板和 腹鳍等大尺寸钛合金构件采用SPF/DB技术。针对型号对金属防热结构的 需求，航天材料及工艺研究所开展了钛合金波纹板SPF 技术研究，成功 制备出TC4 钛合金防热瓦等热结构部件。
3-1 金属的塑性变形
18
四、纤维组织
材料在压力加工中产生塑性 材料在压力加工中产生塑性 压力加工 变形时， 变形时，基体金属的晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了 变形，它们都将沿着变形方向被 变形， 拉长，呈纤维形状。 拉长，呈纤维形状。这种结构叫 纤维组织。 纤维组织。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 是变形后所形成的带有方向性的晶粒
后 退
12
二、多晶体的塑性变形
多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 是多个位向不同变形总和 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。
特点： 特点：
变形过程复杂。 变形过程复杂。 变形抗力比单晶体大的多。 变形抗力比单晶体大的多。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。
5
3.挤压 3.挤压
金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形， 金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形，从 挤压模内被挤出模孔而变形 而获得所需制件的加工方法。 而获得所需制件的加工方法。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 方向相同 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反 方向相反。 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。
22
2) 金属组织的影响
纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 可锻性好 金属化合物是硬脆的组成相， 金属化合物是硬脆的组成相，组织中的金属化合 是硬脆的组成相 物越多，可锻性越差。 物越多，可锻性越差。 比如纯铁、纯铜、纯铝、具有单相铁素 比如纯铁、纯铜、纯铝、 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性， 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性，但 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。
《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第03章 单晶体与多晶体的塑性变形等
拉拔时金属应力状态
第三章金属材料的塑性变形
本章小结
锻造、轧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、挤压、冲压等都是塑性变形。这些 塑性变形的目的不仅是为了得到零件的外形和尺寸， 更重要的是为了改善金属的组织和性能。
塑性变形的主要形式是滑移和孪生，是在切应力 的作用下进行的，塑性变形将产生形变强化，形成纤 维组织，具有各向异性。塑性变形后的 金属加热时会 产生回复或再结晶及晶粒长大，其形变强化现象消除。
滑移特点：①滑移是在切 应力作用下完成的；②滑 移时移动的距离是原子间 距的整数倍；③滑移的同 时由于正应力组成的力偶 作用，推动晶体转动，力 图使滑移面转向与外力一 致的方向。④滑移的实质 是位错运动的结果。因此 滑移的实际临界切应力远 远大于理论临界切应力。
第三章金属材料的塑性变形
单晶体滑移变形示意图
定义:经冷变形的金属当加热到T再时,会在变形最激 烈的区域自发形成新的细小等轴晶粒,叫做再结 晶这一过程实质上也是一个形核和长大的过程, 但晶格类型不变,只是改变了晶粒外形. T再T熔
※金属再结晶后,消除了残余应力和形变强化现象 晶粒长大 冷变形和热变形 金属纤维组织及其应用
第三章金属材料的塑性变形
第三章金属材料的塑性变形
单晶体和多晶体的塑性变形 金属的形变强化 塑性变形金属在加热时组织和性能的变化 塑性加工性能及影响因素 本章小结
第三章金属材料的塑性变形
单晶体的塑性变形 1.滑移 2.孪生 1.晶粒取向对塑性变形的影响 2.晶界对塑性变形的影响
第三章金属材料的塑性变形
锌单晶体的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
未变形 弹性变形 弹塑性变形 塑性变形
位错运动引起的滑移变形示意图
第三章金属材料的塑性变形
材料成型工艺学 金属塑性加工
二、模锻件的结构工艺性
1. 模锻件上必须具有一个合理的分模面 2. 零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工,
其它表面均应设计为非加工表面 (模锻斜度、圆角) 3. 模锻件外形应力求简单、平直和对称。避免截面间差别
过大, 薄壁、高筋、高台等结构 (充满模膛、减少工序) 4. 尽量避免深孔和多孔设计 5. 采用锻- 焊组合结构
自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
第3章 金属材料的塑性成形——压力加工
可锻性的优劣一般常用金属的塑性和变形抗力两个 指标来综合衡量。
其优劣主要取决于金属本身和变形时的外部条件。
影响可锻性的因素
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，fcc好于bcc好 于hcp，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于 高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏
(2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下 的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析或有 共晶莱氏体组织使可锻性变差
2、研究与开发塑性加工过程的计算机模拟技术与模具 CAD/CAE/CAM技术等。
3、研究与开发柔性成形技术、增量成形技术、净成形技 术、近净成形技术、复合成形技术等。
4、研究与开发使环境净化的加工技术，如低噪音、小/ 无震动、节省能源、资源或再利用的加工技术。
§3.2 金属的塑性加工成形性
金属的塑性加工成形性/可锻性(Forgeability) ： 用来衡量金属在外力作用下发生塑性变形而不易 产生裂纹的能力，是金属重要的工艺性能之一；
(3) 加工条件 1) 变形温度：一般变形温度的升高，可提高金 属的可锻性；但注意过热、过烧问题
不同合金系8种典型金属的可锻性
Ⅰ—纯金属及单相合金(铅合金、 钼合金、镁合金)；Ⅱ—纯金属及 单相合金(晶粒长大敏感者)(铍、镁 合金、钨合含、钛合金)；Ⅲ—具 有不溶解组分的合金(高硫钢，含 硒不锈钢)；Ⅳ—具有可溶组分的 合金(含氧化物的钼合金，含可溶 性碳化物和氮化物的不锈钢)； Ⅴ—加热时形成有塑性第2相的合 金(高铬不锈钢)；Ⅵ—加热时形成 低熔点第2相的合金(含硫的铁、含 锌的镁合金)；Ⅶ—冷却时形成有 塑性第2相的合金(碳钢和低合金钢 、-钛合金和钛合金)；Ⅷ—冷 却时形成脆性第2相的合金(高温合
可显著减小总变形力，用小设备加工大零件。
其优劣主要取决于金属本身和变形时的外部条件。
影响可锻性的因素
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，fcc好于bcc好 于hcp，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于 高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏
(2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下 的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析或有 共晶莱氏体组织使可锻性变差
2、研究与开发塑性加工过程的计算机模拟技术与模具 CAD/CAE/CAM技术等。
3、研究与开发柔性成形技术、增量成形技术、净成形技 术、近净成形技术、复合成形技术等。
4、研究与开发使环境净化的加工技术，如低噪音、小/ 无震动、节省能源、资源或再利用的加工技术。
§3.2 金属的塑性加工成形性
金属的塑性加工成形性/可锻性(Forgeability) ： 用来衡量金属在外力作用下发生塑性变形而不易 产生裂纹的能力，是金属重要的工艺性能之一；
(3) 加工条件 1) 变形温度：一般变形温度的升高，可提高金 属的可锻性；但注意过热、过烧问题
不同合金系8种典型金属的可锻性
Ⅰ—纯金属及单相合金(铅合金、 钼合金、镁合金)；Ⅱ—纯金属及 单相合金(晶粒长大敏感者)(铍、镁 合金、钨合含、钛合金)；Ⅲ—具 有不溶解组分的合金(高硫钢，含 硒不锈钢)；Ⅳ—具有可溶组分的 合金(含氧化物的钼合金，含可溶 性碳化物和氮化物的不锈钢)； Ⅴ—加热时形成有塑性第2相的合 金(高铬不锈钢)；Ⅵ—加热时形成 低熔点第2相的合金(含硫的铁、含 锌的镁合金)；Ⅶ—冷却时形成有 塑性第2相的合金(碳钢和低合金钢 、-钛合金和钛合金)；Ⅷ—冷 却时形成脆性第2相的合金(高温合
可显著减小总变形力，用小设备加工大零件。
第三章 金属的塑性变形
发生再结晶的最低温度称再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
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
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 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 Sn 的再结晶温度为-71℃，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。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系: T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
金属熔点越高, T再也越高.
T再与ε的关系
T再℃ = (T熔℃+273)×0.4–273，如Fe的T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
影响再结晶退火后晶粒度的因素
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
二、单晶体的塑性变形 分析单晶体的塑性变形，实际上就是分析 晶内变形。 单晶体塑性变形的主要方式有滑移和孪晶。 根据晶体结构 理论，任何一块单 晶体都包含有若干 不同方向的晶面。
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
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
第四节
金属的热加工
• 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 Sn 的再结晶温度为-71℃，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。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种冷变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 再结晶也是一个晶核形成 和长大的过程，但不是相 变过程，再结晶前后新旧 晶粒的晶格类型和成分完 全相同。
金属的塑性变形与再结晶(1)
45
2021/4/9
本章总结
➢ 滑移及孪晶的概念，特点及异同； ➢ 三种典型的晶体结构滑移特点的比较； ➢ 多晶体的塑性变形特点； ➢ 冷塑性变形对金属性能的影响； ➢ 塑性变形金属在加热时组织性能变化； ➢ 再结晶温度与再结晶退火温度。
46
2021/4/9
一、填空
课堂练习
1．金属材料经压力加工变形后，不仅改变了
❖ 加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相 对于受力方向是不相同的，那些受最大或 接近最大分切应力位向的晶粒处于软位向。 ❖ 分批，逐步的进行，从软位向到硬位向， 从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到 均匀变形。
21
2021/4/9
22
2021/4/9
§3.2 塑性变形对金属组织性能的影响 1、晶粒内部组织发生变化，产生 加工硬化现象； 2、纤维组织； 3、织构——择优取向 ； 4、残余内应力 。
50
D较小，物理化学性能恢复，内应力显 著降低，强度和硬度略有降低——去应力 退火。
33
2021/4/9
2．再结晶
❖ 新核的形成、长大过程，无新相生成；
❖ 加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织 发生显著变化→等轴晶粒，强度大大下降；
❖ 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺
❖ 再结晶温度：纯金属 TR=(0.4-0.35)Tm(K) 合金：TR=(0.5-0.7)Tm(K)
27
2021/4/9
位错强化
塑性变形→位错开动→位错大量增殖→相互作用→运动阻力 加大→变形抗力↑→强度↑、硬度↑、塑性、韧性↓
位错强化：位错密度↑→强度、硬度↑
28
2021/4/9
2．纤维组织
29
2021/4/9
2021/4/9
本章总结
➢ 滑移及孪晶的概念，特点及异同； ➢ 三种典型的晶体结构滑移特点的比较； ➢ 多晶体的塑性变形特点； ➢ 冷塑性变形对金属性能的影响； ➢ 塑性变形金属在加热时组织性能变化； ➢ 再结晶温度与再结晶退火温度。
46
2021/4/9
一、填空
课堂练习
1．金属材料经压力加工变形后，不仅改变了
❖ 加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相 对于受力方向是不相同的，那些受最大或 接近最大分切应力位向的晶粒处于软位向。 ❖ 分批，逐步的进行，从软位向到硬位向， 从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到 均匀变形。
21
2021/4/9
22
2021/4/9
§3.2 塑性变形对金属组织性能的影响 1、晶粒内部组织发生变化，产生 加工硬化现象； 2、纤维组织； 3、织构——择优取向 ； 4、残余内应力 。
50
D较小，物理化学性能恢复，内应力显 著降低，强度和硬度略有降低——去应力 退火。
33
2021/4/9
2．再结晶
❖ 新核的形成、长大过程，无新相生成；
❖ 加工硬化消除，力学性能恢复，显微组织 发生显著变化→等轴晶粒，强度大大下降；
❖ 再结晶退火：消除加工硬化的热处理工艺
❖ 再结晶温度：纯金属 TR=(0.4-0.35)Tm(K) 合金：TR=(0.5-0.7)Tm(K)
27
2021/4/9
位错强化
塑性变形→位错开动→位错大量增殖→相互作用→运动阻力 加大→变形抗力↑→强度↑、硬度↑、塑性、韧性↓
位错强化：位错密度↑→强度、硬度↑
28
2021/4/9
2．纤维组织
29
2021/4/9
(金属塑性成形原理课件)第3讲冷热加工组织变化
加工硬化是金属材料的一项重要特性，可被 用作强化金属的途径。特别是对那些不能通 过热处理强化的材料如纯金属，以及某些合 金，如奥氏体不锈钢等，主要是借冷加工实 现强化的。
2020/10/4
20
Lesson Three
单晶体的切应力一应变曲线 显示塑性变形的三个阶段
2020/10/4
21
Lesson Three
2020/10/4
7
TEM and EBSDmicrographs of the 87% deformed sample.
(a), (b)TEMmicrographs with
different magnification; (c)EBSD-micrographs
ห้องสมุดไป่ตู้
Lesson Three
Huang Y C, Liu Y, Li Q, et al. Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA83104 aluminum alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 673: 383-389.
2020/10/4
14
轧辊
Lesson Three
轧面
(a)
(b)
(c)
轧制过程中择优取向的形成
各晶粒中的“→”表示某晶向
(a)、(b)、(c)分别表示轧制前、轧制时与轧制后的晶粒取向
2020/10/4
15
Lesson Three
板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
2020/10/4
16
2020/10/4
第三章 金属塑性变形和加工硬化
第二阶段特征： 1）加工硬化率（ Ⅱ ）很高，且和应变量呈线 性关系； 2）加工硬化率对金属的种类或合金的成分（只 要为面心立方晶体）不敏感，对晶体的位向也不 敏感； 3）滑移线长度随应变量有如下规律：
2 l2
4）每根滑移线上位错数大致不变； 5）其位错结构缠结，形成胞状结构。
应力一应变曲线的另一特点是，体心立方金属的明显 屈服效应、动态形变时效现象。 原因是晶界附近最容易偏析杂质原子，由于溶质原子 特别是间隙原子与位错的相互作用强烈，柯垂尔气团 对位错的钉扎很牢，应力一应变曲线出现屈服效应现 象。当温度从室温上升时，出现动态形变时效，上下 屈服点反复出现，这种现象称为波特纹一李一沙特里 效应。
一、晶界在塑性变形中的作用
为了显示晶界对变形的影响，可将由几个晶粒 组成的大晶体承受变形并观察和测量它的变形 分布情况。如下图：
图3.6 总变形量相同时多晶铝的几个晶粒各处的实际变形量
由图可知： 1）总变形量相同时，在多晶体内，不仅各晶 粒所承受的实际变形量不同，而且每个晶粒内 部各处的实际变形程度也不一致。 2）在晶粒边界处变形程度都比晶粒内部小， 这既表明晶界处较难变形；也显示出晶界在促 进变形的不均匀分布上起很大作用。
3） 温度的影响 温度升高时，0略有降低， Ⅲ而则显著降低，
Ⅱ ， Ⅲ 变短， Ⅰ 和 Ⅱ 与温度关系不大，而 Ⅲ
则随温度升高而减小。
3、FCC金属形变单晶体的表面现象
面心立方晶体研究发现，无论层错能高低，只要是 处于同一个阶段形变，都具有相同特征的表面现象。 各阶段观测研究的结果简述如下： 第1阶段；用光学显微镜一般看不到滑移线。 第Ⅱ阶段：光学显微镜在暗场下可以看到滑移线， 线长随应变的增加而递减。电镜观察到的单个滑移 线比第1阶段的粗而短。 第Ⅲ阶段：出现滑移带，带中包括靠得很近的滑移 线。应变增加时，带间不再增加新线，形变集中在 原来的带中，带端出现了碎化现象。所谓碎化现象， 系指相互连接着的滑移带的侧向移动现象。
工程材料及成型技术基础第3章 金属的塑性变形
42
吊钩内部的纤 维组织 （左：合理； 右：不合理， 应使纤维流线 方向与零件工 作时所受的最 大拉应力的方 向一致）
43
3）热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形 方向交替地呈带状分布，称为带状组织。 带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特 别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过 正火来消除。
滑移面 +
滑移方向
=
滑移系
原子排列 密度最大的 晶面
滑移面和 该面上的一 个滑移方向
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110}
体心立方晶格 {111} {110}
面心立方晶格
密排六方晶格
{111}
滑移 方向
滑移系
6个滑移面
×
2个滑移方向
=
12个滑移系
BCC
4个滑移面
×
3个滑移方向
=
12个滑移系
35
这是因为此时的变形量较小，形 成的再结晶核心较少。当变形度 大于临界变形度后,则随着变形度 的增大晶粒逐渐细化。当变形度 和退火保温时间一定时，再结晶 退火温度越高，再结晶后的晶粒 越粗大。
36
再结晶晶粒大小随加热温 度增加而增加。
临界变形度处的再结晶 晶粒特别粗大
变形度大于临界变形 度后,随着变形度的增 大晶粒逐渐细化
41
(2) 出现纤维组织 在热加工过程中铸态金属的偏析、 夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变 形方向延展，在宏观工件上勾画出 一个个线条，这种组织也称为纤维 组织。纤维组织的出现使金属呈现 各向异性，顺着纤维方向强度高， 而在垂直于纤维的方向上强度较低。 在制订热加工工艺时，要尽可能使 纤维流线方向与零件工作时所受的 最大拉应力的方向一致。
吊钩内部的纤 维组织 （左：合理； 右：不合理， 应使纤维流线 方向与零件工 作时所受的最 大拉应力的方 向一致）
43
3）热加工常会使复相合金中的各个相沿着加工变形 方向交替地呈带状分布，称为带状组织。 带状组织会使金属材料的力学性能产生方向性，特 别是横向塑性和韧性明显降低。一般带状组织可以通过 正火来消除。
滑移面 +
滑移方向
=
滑移系
原子排列 密度最大的 晶面
滑移面和 该面上的一 个滑移方向
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110}
体心立方晶格 {111} {110}
面心立方晶格
密排六方晶格
{111}
滑移 方向
滑移系
6个滑移面
×
2个滑移方向
=
12个滑移系
BCC
4个滑移面
×
3个滑移方向
=
12个滑移系
35
这是因为此时的变形量较小，形 成的再结晶核心较少。当变形度 大于临界变形度后,则随着变形度 的增大晶粒逐渐细化。当变形度 和退火保温时间一定时，再结晶 退火温度越高，再结晶后的晶粒 越粗大。
36
再结晶晶粒大小随加热温 度增加而增加。
临界变形度处的再结晶 晶粒特别粗大
变形度大于临界变形 度后,随着变形度的增 大晶粒逐渐细化
41
(2) 出现纤维组织 在热加工过程中铸态金属的偏析、 夹杂物、第二相、晶界等逐渐沿变 形方向延展，在宏观工件上勾画出 一个个线条，这种组织也称为纤维 组织。纤维组织的出现使金属呈现 各向异性，顺着纤维方向强度高， 而在垂直于纤维的方向上强度较低。 在制订热加工工艺时，要尽可能使 纤维流线方向与零件工作时所受的 最大拉应力的方向一致。
第三章 金属材料的塑性变形
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
3.3 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的 变化 金属经塑性变形后，组织结构和性能发生 很大的变化。如果对变形后的金属进行加热， 金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大过程。
一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复 过程。 产生回复的温度T回复为： T回复=(0.25～0.3)T熔点 式中T熔点表示该金属的熔点, 单位为绝对温度 (K)。 由于加热温度不高, 原子扩散能力不很大, 只是 晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复 合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态， 变 形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强 度和硬度只略有降低，塑性有增高，但残余应力则大 大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应 力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。
金属材料的塑性变形
⑵滑移只能在切应力的作用下发生。 ⑶滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离 为原子间距的整数倍。滑移是通过位错的运动来实现的。
整理课件
3
2.孪生
在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪晶面）和晶 向（挛晶方向）相对于另一部分所发生的切变称为孪生。
孪生与滑移的区别是： 1）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快。 2）发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶带或孪晶。 3）孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离是原子间距的分数。
⑶形变织构的产生 当变形量很大（70%以上）时，会使绝大部分 晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取
向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
整理课件
9
3.2.3 塑性变形产生的残余应力
残余应力: 金属表层与心部的变形量不同会形成表层与心部之间的
宏观内应力； 晶粒彼此之间或晶内不同区域之间的变形不均匀会形成
⑴纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形 量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。
当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被 拉长，形成所谓纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图
整理课件
8
⑵亚结构形成 金属经大量的塑性变形后，大量的位错聚集在 局部地区，将原晶粒分割成许多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。
整理课件
4
3.1.2 多晶体的塑性变形
1.晶粒取向对塑性变形的影响
在多晶体中，各个晶粒内原 子排列的位向不一致，这样 不同晶粒的滑移系的取向就 会不同。
作用在不同晶粒滑移系 上的分切应力会有差别，分 切应力最大的那些晶粒最先 开始滑移。多晶体金属的塑 性变形将会在不同晶粒中逐 批发生.
整理课件
3
2.孪生
在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪晶面）和晶 向（挛晶方向）相对于另一部分所发生的切变称为孪生。
孪生与滑移的区别是： 1）孪生所需要的临界切应力比滑移大得多，变形速度极快。 2）发生切变、位向改变的这一部分晶体称为孪晶带或孪晶。 3）孪晶中每层原子沿孪生方向的相对位移距离是原子间距的分数。
⑶形变织构的产生 当变形量很大（70%以上）时，会使绝大部分 晶粒的某一位向与外力方向趋于一致，形成特殊的择优取向。择优取
向的结果形成了具有明显方向性的组织，称为织构。
整理课件
9
3.2.3 塑性变形产生的残余应力
残余应力: 金属表层与心部的变形量不同会形成表层与心部之间的
宏观内应力； 晶粒彼此之间或晶内不同区域之间的变形不均匀会形成
⑴纤维组织形成 金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形 量的增加晶粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。
当拉伸变形量很大时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被 拉长，形成所谓纤维组织。
变形前后晶粒形状变化示意图
整理课件
8
⑵亚结构形成 金属经大量的塑性变形后，大量的位错聚集在 局部地区，将原晶粒分割成许多位向略有差异的小晶块，即亚晶粒。
整理课件
4
3.1.2 多晶体的塑性变形
1.晶粒取向对塑性变形的影响
在多晶体中，各个晶粒内原 子排列的位向不一致，这样 不同晶粒的滑移系的取向就 会不同。
作用在不同晶粒滑移系 上的分切应力会有差别，分 切应力最大的那些晶粒最先 开始滑移。多晶体金属的塑 性变形将会在不同晶粒中逐 批发生.
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第二节应变分析-无动画版
2 3 2 3 2 ( 1 ) ( 1 ) 1 3 2 2
四、点的应变状态与应力状态的比较
6.主应变图
主应变图是定性判断塑性变形类型的图示方法。主应变图只 可能有三种形式
广义拉伸：挤压和拉拔 广义剪切：宽板弯曲、无限长板镦粗、纯剪切和轧制板带 广义压缩：展宽的轧制和自由镦粗；
一、位移和应变
对应的各阶段的相对应变为
l1 l0 01 l0
显然
l2 l1 12 l1
l3 l2 23 l2
03 01 12 23
一、位移和应变
③对数应变为可比应变，工程应变为不可比应变。
假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则物体的变形程 L 度相同。 拉长一倍时 压缩一半时
因此，工程应变为不可比应变。
二、应变状态和应变张量
现设变形体内任一点 a（x，y，z）应变分量为
ε 。由a引一任意方向
ij
线元ab，长度为r， 方向余弦为l，m，n。 小变形前，b可视为a点无 限接近的一点，其坐标为 （x+dx，y+dy，z+dz）
四、点的应变状态与应力状态的比较
一、位移和应变
=
+
单元体变形
=
纯切应变
+
刚体转动
切应变及刚性转动 设实际偏转角为αxy,αyx,
xy yx xy xy yx xy
1 2
xy xy z yx yz z 1 z ( yx xy ) 2
四、点的应变状态与应力状态的比较
将八面体剪应变γ8 乘以系数 ，可得等效应变（广 2 义应变、应变强度）
四、点的应变状态与应力状态的比较
6.主应变图
主应变图是定性判断塑性变形类型的图示方法。主应变图只 可能有三种形式
广义拉伸：挤压和拉拔 广义剪切：宽板弯曲、无限长板镦粗、纯剪切和轧制板带 广义压缩：展宽的轧制和自由镦粗；
一、位移和应变
对应的各阶段的相对应变为
l1 l0 01 l0
显然
l2 l1 12 l1
l3 l2 23 l2
03 01 12 23
一、位移和应变
③对数应变为可比应变，工程应变为不可比应变。
假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则物体的变形程 L 度相同。 拉长一倍时 压缩一半时
因此，工程应变为不可比应变。
二、应变状态和应变张量
现设变形体内任一点 a（x，y，z）应变分量为
ε 。由a引一任意方向
ij
线元ab，长度为r， 方向余弦为l，m，n。 小变形前，b可视为a点无 限接近的一点，其坐标为 （x+dx，y+dy，z+dz）
四、点的应变状态与应力状态的比较
一、位移和应变
=
+
单元体变形
=
纯切应变
+
刚体转动
切应变及刚性转动 设实际偏转角为αxy,αyx,
xy yx xy xy yx xy
1 2
xy xy z yx yz z 1 z ( yx xy ) 2
四、点的应变状态与应力状态的比较
将八面体剪应变γ8 乘以系数 ，可得等效应变（广 2 义应变、应变强度）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
晶粒尺寸的影响
变形83%
变形88%
变形93%
第四节 金属材料的热加工与冷加工
• 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
• ⑶滑移时，晶体两部分的相对 位移量是原子间距的整数倍.
• 滑移的结果在晶体表面形成台
阶，称滑移线，若干条滑移线 组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
• ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动
• 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面 上滑移方向向最大切应力方向转动。
• ㈡ 孪生
• 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对
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
• 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
第五节 塑性成形基本原理
• 1 最小阻力定律
• 2 体积不变规则 • 3 材料的塑性成型性
580º C保温8秒后的组织
一个自发的过程。
黄 铜 再 结 晶 后 晶 粒 的 长 大
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
• 晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞 并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤 其是塑性和韧性降低 。
原子穿过 晶界扩散
晶界迁 移方向
黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片
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
吊 钩 中 的 纤 维 组 织
工工艺时，应使流线分
第三章 金属的塑性加工
• 塑性变形及随后的加热
对金属材料组织和性能
有显著影响。了解塑性 变形本质，塑性变形及 加热时组织的变化，有 助于发挥金属的性能潜 力，正确确定加工工艺。
5万吨水压机
第一节 金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形 • 单晶体受力后，外力在 任何晶面上都可分解为
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
于另一部分所发生的切变。
• 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的
晶面称孪生面。 • 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
• 与滑移相比：
• 孪生使晶格位向发生改变； • 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; • 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。
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
自由锻
模锻
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
1
最小阻力定律：
最小阻力定律
• 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移
系。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110} {110} 滑移 方向 滑移系 体心立方晶格 {111} {111} 面心立方晶格 密排六方晶格
• 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也
越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 • 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
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。
韧性断口
脆性解理断口
塑性变形的形式：滑移和孪生。
金属常以滑移方式发生塑性变形。
• ㈠ 滑移 • 滑移是指晶体的一部分沿 一定的晶面和晶向相对于 另一部分发生滑动位移的 现象。
• 滑移的机理 • 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值 比实际测量临界切应力值大3-4个数量级。滑移是通过
黄 铜
加热温度 ℃
• ㈠ 回复
• 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷 及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位 与其他缺陷合并、同一滑 移面上的异号位错相遇合
并而使缺陷数量减少等。
由于位错运动使其由冷塑
T回复=(0.25～0.3)T熔点
性变形时的无序状态变为
垂直分布，形成亚晶界， 这一过程称多边形化。
580º C保温3秒后的组织
580º C保温4秒后的组织
580º C保温8秒后的组织
冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶
• 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）
冷变形量为38％的组织
580º C保温3秒后的组织
580º C保温4秒后的组织
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
二、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。
• 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。
80%冷变形Al合金回 复后的TEM明场像
• ㈡ 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
工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
(a) 正火态
(b) 变形40%
(c) 变形80%
5%冷变形纯铝中的位错网
• 由于晶粒的转动，当塑性变
形达到一定程度时，会使绝 大部分晶粒的某一位向与变 形方向趋于一致，这种现象 称织构或择优取向。
有 无 各向异性导致的铜板 “制耳” 丝织构 板织构
形变织构使金属呈 现各向异性，在深
粗大，这个变形度
称临界变形度。
• 当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越
来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶
后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度
基本不变。
对于某些金属，当变
形量相当大时(90%), 再结晶后晶粒又出现 粗化现象，一般认为 这与形成织构有关。
预先变形程度对奥
氏体不锈钢再结晶
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
• 由于再结晶后组织的复
原，因而金属的强度、
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
硬度下降，塑性、韧性
提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为38%)黄铜580º C 保温15分后的的再结晶组织
• ㈢ 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
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。 • 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
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
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。
第二节 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。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 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。
Al合金再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核
TEM-再结晶晶粒形核于 高密度位错基体上
再结晶退火温度对晶粒度的影响
2、预先变形度 • 预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.
• 当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.
• 当变形达到2~10%时，只有部分晶粒变形，变形极 不均匀，再结晶晶 粒大小相差悬殊， 易互相吞并和长大, 再结晶后晶粒特别
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
冷塑性变形量，%
• 产生加工硬化的原因是:
• 1、随变形量增加, 位错密度增加，由于位
变形83%
变形88%
变形93%
第四节 金属材料的热加工与冷加工
• 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
• ⑶滑移时，晶体两部分的相对 位移量是原子间距的整数倍.
• 滑移的结果在晶体表面形成台
阶，称滑移线，若干条滑移线 组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
• ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动
• 转动有两种：滑移面向外力轴方向转动和滑移面 上滑移方向向最大切应力方向转动。
• ㈡ 孪生
• 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对
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
• 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
第五节 塑性成形基本原理
• 1 最小阻力定律
• 2 体积不变规则 • 3 材料的塑性成型性
580º C保温8秒后的组织
一个自发的过程。
黄 铜 再 结 晶 后 晶 粒 的 长 大
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
• 晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞 并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤 其是塑性和韧性降低 。
原子穿过 晶界扩散
晶界迁 移方向
黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片
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
吊 钩 中 的 纤 维 组 织
工工艺时，应使流线分
第三章 金属的塑性加工
• 塑性变形及随后的加热
对金属材料组织和性能
有显著影响。了解塑性 变形本质，塑性变形及 加热时组织的变化，有 助于发挥金属的性能潜 力，正确确定加工工艺。
5万吨水压机
第一节 金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形 • 单晶体受力后，外力在 任何晶面上都可分解为
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
于另一部分所发生的切变。
• 发生切变的部分称孪生带或孪晶，沿其发生孪生的
晶面称孪生面。 • 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
钛合金六方相中的形变孪晶
奥氏体不锈钢中退火孪晶
• 与滑移相比：
• 孪生使晶格位向发生改变； • 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; • 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距。
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
自由锻
模锻
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
1
最小阻力定律：
最小阻力定律
• 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移
系。
三种典型金属晶格的滑移系
晶格 滑移面 {110} {110} 滑移 方向 滑移系 体心立方晶格 {111} {111} 面心立方晶格 密排六方晶格
• 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也
越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。 • 因而金属的塑性，面心立方晶格好于体心立方晶格, 体心立方晶格好于密排六方晶格。
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。
韧性断口
脆性解理断口
塑性变形的形式：滑移和孪生。
金属常以滑移方式发生塑性变形。
• ㈠ 滑移 • 滑移是指晶体的一部分沿 一定的晶面和晶向相对于 另一部分发生滑动位移的 现象。
• 滑移的机理 • 把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界切应力值 比实际测量临界切应力值大3-4个数量级。滑移是通过
黄 铜
加热温度 ℃
• ㈠ 回复
• 回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷 及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空位 与其他缺陷合并、同一滑 移面上的异号位错相遇合
并而使缺陷数量减少等。
由于位错运动使其由冷塑
T回复=(0.25～0.3)T熔点
性变形时的无序状态变为
垂直分布，形成亚晶界， 这一过程称多边形化。
580º C保温3秒后的组织
580º C保温4秒后的组织
580º C保温8秒后的组织
冷变形(变形量为38%)黄铜的再结晶
• 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）
冷变形量为38％的组织
580º C保温3秒后的组织
580º C保温4秒后的组织
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织 700º C保温10分后的组织
二、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。
• 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。
80%冷变形Al合金回 复后的TEM明场像
• ㈡ 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
工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
(a) 正火态
(b) 变形40%
(c) 变形80%
5%冷变形纯铝中的位错网
• 由于晶粒的转动，当塑性变
形达到一定程度时，会使绝 大部分晶粒的某一位向与变 形方向趋于一致，这种现象 称织构或择优取向。
有 无 各向异性导致的铜板 “制耳” 丝织构 板织构
形变织构使金属呈 现各向异性，在深
粗大，这个变形度
称临界变形度。
• 当超过临界变形度后，随变形程度增加，变形越
来越均匀，再结晶时形核量大而均匀，使再结晶
后晶粒细而均匀，达到一定变形量之后，晶粒度
基本不变。
对于某些金属，当变
形量相当大时(90%), 再结晶后晶粒又出现 粗化现象，一般认为 这与形成织构有关。
预先变形程度对奥
氏体不锈钢再结晶
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
• 由于再结晶后组织的复
原，因而金属的强度、
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
硬度下降，塑性、韧性
提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为38%)黄铜580º C 保温15分后的的再结晶组织
• ㈢ 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
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。 • 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
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
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。
第二节 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。
铁素体变形80%
碎拉长的晶粒变为完整
的等轴晶粒。
650℃加热
• 这种ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变形组织在加热
时重新彻底改组的过程
称再结晶。
670℃加热
• 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。
Al合金再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核
TEM-再结晶晶粒形核于 高密度位错基体上
再结晶退火温度对晶粒度的影响
2、预先变形度 • 预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响.
• 当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶.
• 当变形达到2~10%时，只有部分晶粒变形，变形极 不均匀，再结晶晶 粒大小相差悬殊， 易互相吞并和长大, 再结晶后晶粒特别
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
冷塑性变形量，%
• 产生加工硬化的原因是:
• 1、随变形量增加, 位错密度增加，由于位