2-2 金属热态下的塑性变形

图2-25冷变形金属加热时组织和性能的变化
金属塑性成形原理
3．静态回复机理
原子只在晶内作短程扩散，使点缺陷和位错发生运动，改变了晶体缺陷的 数量和分布状态。
金属的强度、硬度有所下降，塑性、韧性有所提高；但显微组织没有发生 明显的变化。
低温回复（0.1～0.3Tm）时，回复的主要机理是点缺陷运动和互相结合，使 点缺陷的浓度下降。
金属塑性成形原理
一、热塑性变形时金属的软化过程
热塑性变形时金属的软化过程比较复杂，它与变形温度、应变速率、变形 程度和金属本身的性质有关，主要有静态回复、静态再结晶、动态回复、动态 再结晶和亚动态再结晶等。
动态回复与动态再结晶：一般将热变形过程中，在应力状态作用下所发生 的回复与再结晶过程称为动态回复与动态再结晶。
金属塑性成形原理
综合上述可知，在整个回复阶段： ✓点缺陷减少，位错密度有所下降，位错分布形态经过重新调整和组合而处 于低能态； ✓位错发团变薄、网络更清晰，亚晶增大；但晶粒形状没有发生变化； ✓整个金属的晶格畸变程度和内应力大为减小，其性能也发生相应的变化。 ✓金属的物理性能有较大恢复，如密度增加、电阻率下降，而力学性能没有 明显变化。
金属塑性成形原理
2）性能变化
回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略 有提高。内应力明显下降。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性 明显提高。内应力可完全消除。
晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑 性继续提高，粗化严重时下降。
电阻在回复阶段可明显下降， 密度在回复阶段可明显增加。
根本原因：缺陷密度降低
中温回复（0.3～0.5Tm）时，除了点缺陷的运动，还出现位错发团（晶体位 错的高密度区出现的位错线纷乱纠缠的现象）内部位错重新组合和调整、位错运 动和异号位错互毁，导致位错发团厚度变薄，位错网络清晰，晶界位错密度下降， 亚晶缓慢长大。
高温回复（T>0.变能降低。高温回复的主要机理是“多边形化”。
再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒 逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。
金属塑性成形原理
2、冷变形金属加热过程中显微组织和性能的变化
1）显微组织变化 回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化； 再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。 晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。
低层错能金属
变形率90% 图2-24 动、静态回复和再结晶示意图
金属塑性成形原理
（一）静态回复和再结晶
金属冷变形后，组织、结构和性能都发生了复杂的变化。变形引起加工硬 化，晶体缺陷增多，金属畸变内能增加，原子处于不稳定的高自由能状态，具 有向低自由能状态转变的趋势。当加热升温时，原子获得足够的扩散能力，变 形后的金属自发地向低自由能状态转变。这一转变过程称为回复和再结晶。
静态回复与静态再结晶：金属冷塑性变形后产生了加工硬化，如果将它加 热，则会发生相反的变化，也就是产生软化，即发生回复和再结晶。通常把这 种回复和再结晶称为静态回复和静态再结晶。
热变形间歇期间或热变形后，利用金属的高温余热产生的回复和再结晶也称 为静态回复和静态再结晶。
变形率50%
高层错能金属
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
2.2 金属热态下的塑性变形
金属塑性成形原理
内容提纲
一、热塑性变形时的软化过程 二、热塑性变形机理 三、双相合金热塑性变形的特点 四、热塑性变形对金属组织和性能的影响
金属塑性成形原理
第二节 金属热态下的塑性变形
热塑性变形（又称热加工）：是指变形金属在再结晶温度以上进行的塑 性变形。
去应力退火是回复在工业生产中的应用之一。回复后金属基本上保持加 工硬化状态。但内应力降低，从而避免了变形或开裂，并改善工件的耐蚀性。
从回复机制可以理解，回复过程中电阻率的下降主要是由于过量空位的 减少和位错应变能的降低；内应力的降低主要是由于晶体内弹性应变的基本 消除；硬度及强度下降不多是由于位错密度下降不多，亚晶还较细小之故。
热加工的不足之处： （1）对薄或细的轧件，由于散热较快，在生产中保持热加工的温度条件比较困难。因此， 目前对生产薄的或细的金属材料来讲，一般仍采用冷加工（如冷轧、冷拉）的方法。 （2）热加工后轧件的表面不如冷加工生产的尺寸精确和光洁。因为在加热时，由于轧件 表面生成氧化皮和冷却时收缩的不均匀。 （3）热加工后产品的组织及性能不如冷加工时均匀。因为热加工结束时，工件各处的温 度难于均匀一致。
热塑性变形目的： 一是成形；二是改善材料组织与性能。
金属塑性成形原理
热加工的优点： （1）金属在热加工变形时，变形抗力较低，消耗能量较少。 （2）金属在热加工变形时，其塑性升高，产生断裂的倾向性减小。 （3）与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。 （4）在生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产效 率提高。 （5）热加工变形可引起组织性能的变化，以满足对产品某些组织与性能的要求。
金属塑性成形原理
多边形化：位错通过滑移、攀移、交滑移等多种运动形式，使滑移面上的位错由 水平塞积逐渐变为垂直排列，形成所谓位错壁。于是晶体即被位错壁分隔成许多 位向差小、而原子排列基本规则的小晶块。这些小晶块的形状近似一个多边形， 故将此过程称为多边形化。
多边形化的结果是形成亚晶，金属应变能降低、处于更稳定状态
实际中的热塑性加工中，为了保证再结晶过程的顺利完成以及操作上的需要 等，其变形温度通常远比再结晶温度高。一般在热变形时金属所处温度范围是其 熔点绝对温度的0.75-0.95倍，热锻、热轧和热挤压等即属于这一类。在变形过程 中，回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复或再结晶软化所抵 消，而使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态。
回复往往是在较低的温度下或较早的阶段发生的过程，再结晶则是在较高 的温度下或较晚的阶段发生的转变。
转变过程中金属的组织和性能都会发生不同程度的变化，直至恢复到冷变形 前的原始状态。此转变过程也即变形金属的软化过程。
1. 回复与再结晶的定义
回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却 部分恢复到冷变形以前的过程。