金属材料的塑性变形与再结晶

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? 72、021把/4/9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？ 34
3、断裂：
应力继续增大，发生颈缩后断裂， 抗拉强度b，断口形貌
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韧性断口
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脆性断口
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一、单晶体的塑性变形
主要通过滑移和孪生两种方式
切 应 力 作 用 下 的 变 形
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单晶体
多晶体
锌 单
1、滑移
晶
在切应力作用下晶体的一部分相对于另
拉
伸
一部分沿着一定晶面和晶向发生相对移
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。 2、Fe 的再结晶温度为450℃，其在400℃ 以下的加工仍为冷加工。
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。
3、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。
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉 、心、肺、肾等多脏器严重损害 的，全身性疾病，而且不少患者 同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表 现如下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
700℃加热10分钟后晶粒粗大
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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。
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第四节 金属的热加工
一、冷加工与热加工的区别
1、在金属学中，冷热变形的界限是以再结晶温度来划分的。
205218/40/9ºC保温8秒后的组织 580ºC保温15分后的组织 700ºC保温10分后的组22织
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100~200℃，控制晶粒大小。表4-3
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三、晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温 度或延长保温时间，将发生晶粒长 大，力学性能变差。
变形80% 400℃再结晶退火2小时
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变形80%
变形80% 400℃再结晶退火8小2时4
变形35%后的晶粒
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580℃加热3秒后出现细小晶粒
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582002℃1/4/加9 热4秒后再结晶晶粒增多 580℃加热8秒后全部再结晶晶粒26
580℃加热15分钟后晶粒长大
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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。
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一、回复
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。
照 片
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
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工业纯铁轻微变形后的表面
滑移观察
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电子显微镜下的滑移带 5
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。为何?
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。
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。
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第一节 金属的塑性变形

1、弹性变形：
外力去处后能够恢复的变形， 弹性极限e
2、塑性变形：
外力去处后不能恢复的变形， 伸长率和断面收缩率
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金属的冷热加工
镦粗
模锻
轧制
2021/4/9 正挤压
反挤压
拉拔
冲压 31
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。
2021/4/9 （a）锻造曲轴
多脚 虫 的 爬 行
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位错的易动性
晶体通过位错运动产生滑移时，只在位错中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。
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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。
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为何面心立方晶格（Cu）的塑性比体心立方晶格（Fe）好？
{110} X6
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2021：/4/9 如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）
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3、滑移的实现： ——借助于位错运动
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
2缺021/点4/9 ：后续变形困难，需要加热软化（退火）
（视频）
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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 。
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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。
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
竹 节 现 象
3、细晶强化
细晶202粒1/4/强9 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11好。
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
（b）切削加工曲轴
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缺点：
1、高温脆性； 2、表面氧化； 3、尺寸控制； 4、带状组织；
带状组织
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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
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思考题
—、名词解释
细晶强化 回复 去应力退火 加工硬化 再结晶 再结晶退火
二、简答题
冷加工 热加工
1、单晶体金属塑性变形的主要方式和实质? 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？
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。
2、回复的应用： 视频
避免黄铜弹壳发生“季裂”，冲压 后于260℃去应力退火；
冷拉的钢丝卷制弹簧后，加热到
250～300℃低温退火、定形;
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二、再结晶
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。
一、晶粒形状变化
金属发生塑性变形时，晶粒沿着变形方向被拉长或压扁。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。
轧制过程
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工业纯铁在塑性变形前后的组织变化
(a) 常态
(b) 变形40%
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(c) 变形80%
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二、产生加工硬化
铁素体变形80%
（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
650℃加热
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
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670℃加热
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（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
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，故称“制耳”earing。
轧制铝板的“制耳”现象
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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