第3讲冷热加工组织变化
冷变形热变形中的组织性能演变PPT课件
对材料性能的影响： 沿纤维方向性能高， 垂直于纤维方向性 能低，产生各向异 性
工业用钢强烈冷变形后的显微组织
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2.冷变形的性能变化
（1）力学性能—加工硬化
原因：塑性变形引起位错增 值，位错密度增加，不同方 向的位错发生交割，位错运 动收到阻碍，要继续运动需 要增加应力，从而引起加工 硬化。
随着变形程度的增加，金属 的强度指标上升，塑性指标 下降。这就是加工硬化。
1.冷变形的组织变化 2.冷变形的性能变化
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1.冷变形的组织变化
（1）位错等缺陷密度增加
单晶体塑性变形时，随着变形量增加，位错增多，位错密度 增加。
退火状态的金属，典型的位错密度值是105～108 cm-2，而 大变形后的典型数值是1010～1012cm-2。通过实验得到的位
错密度（ρ）同流变应力（σ）之间的关系是：
式中：α—等干0．2～0．3范围的常数；
G—剪切弹性模量；
b—柏氏矢量。
除了位错，同时冷变形产生的缺陷还有空位、间隙原子、堆 垛层错、孪晶界、亚晶界等。
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1.冷变形的组织变 化
（2）形成位错胞状结构
多晶体塑性变形时，因为各个晶粒 取向不同，各晶粒的变形既相互阻 碍又相互促进，变形量稍大就形成 了位错胞状结构。
胞状结构：是变形的各种晶粒中， 被密集的位错缠结区分成许多个单 个的小区域。小区域的内部，位错 密集度较低，称为胞子。区域的边 界称为胞壁，位错密度最大。
（1）铁在室温下变形时胞的大小同变形量的关系
（2）铁在室温下变形的胞状结构
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1.冷变形的组织变化
（3）形成形变织构
形变织构：多晶体塑性变形时，伴随着晶粒的转动。当变形量 较大时，原为任意取向的各个晶粒会逐渐调整取向而趋于一致。 使得晶粒具有择优取向的组织。
冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响
目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要：工业上使用的大部分金属制品，是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。
由于压力加工中，可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸，而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。
因此，本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化，可改进金属加工工艺，提高质量，合理使用金属。
关键字：冷加工、热加工、组织、性能绪论：本文根据金属学及热处理，材料成型与控制技术，塑性变形与轧制原理等教材，综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。
主要通过三个方面：冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响，分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律，以及提高金属材料性能，充分发挥材料潜力的途径。
1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形（如冷轧、拉拔和冷冲等）后的金属，由于组织结构的特征表现为加工硬化，随着变形程度的增加，加工硬化现象也将更加显著，其性能也将相应的发生变化。
1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁，如图1-1所示。
图1-1 冷轧前后晶粒形状变化a-变形前的退火状态组织b-变形后的冷轧变形组织在晶粒被拉长的同时，京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。
钢在加热及冷却时的组织转变
共析碳钢 曲线与曲线的比较
1、同一成分的钢的曲线位 于C曲线右下方。要获得 同样的组织，连续冷却 转变比等温转变的温度 要低些，孕育期要长些 。
光镜形貌
电镜形貌
形成温度为650600℃,片层较薄， 800-1000倍光镜下可 辨，用符号S 表示。
（3）托 氏 体 形 貌 像
形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符 号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌
2）贝氏体型转变 -中温等温转变( 550～230℃ ):
（1）550～350℃: B上; 40～45;脆性大，几乎无价值。
3、奥氏体晶粒长大及其控制措施
钢加热时珠光体向奥氏体转变刚刚结束时，奥氏体晶 粒是比较细小的。如果继续加热或保温，奥氏体晶粒 会变粗大，影响热处理后钢的强度、塑性、韧性较低。 因此，加热时获得细小晶粒的奥氏体对提高热处理效 果和钢的性能有重要的意义。
控制奥氏体晶粒长大措施： 1）合理选择加热温度和保温时间 2）采用快速加热和短时间保温 3）加入一定量合金元素（除锰、磷外）
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时间(s)
1）、珠光体型转变—高温转变（A1～550 ℃
）
共析碳钢三种珠光体型组织
第一节 钢在加热和冷却时的组织转变
⑴ 珠光体形貌
形成温度为A1～650℃ ，片层较厚，500倍光 镜下可辨，用符号P表示 .
三维珠光体如同放在水中的包心菜
冷、热变形金属的组织与性能变化
苏铁健1. 冷变形金属的组织变化（1）点缺陷（空位）密度增加位错在外力作用下攀移的结果；（2）位错密度增加金属塑性变形时，位错源在外力作用下不断产生新的位错；（3）晶粒碎化塑性变形足够大时，出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构（中心位错密度低，胞壁处位错密度很高），使得晶粒分割成很多极小的碎块，称为晶粒碎化；剧烈冷变形金属中的位错胞（4）纤维组织随着变形量增加，晶粒沿着最大变形方向伸长，最后成为细条状，这种变形组织称为纤维组织；（5）变形织构塑性变形量足够大时，各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒，各晶粒的取向逐渐趋向一致，这种组织称为变形织构。
变形前变形后的纤维组织变形织构1）加工硬化金属随着变形量增加，其强度与硬度增加，塑性降低的现象。
原因：塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加，使得位错滑移更为困难；软取向晶粒朝着硬取向变化。
加工硬化是不能用热处理强化的金属材料（如奥氏体不锈钢制品）提高强度的主要途径。
2）产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性，造成卸载后仍在其内部留存应力，称为残余应力。
根据其作用范围大小分为：宏观残余应力（第一类残余应力）遍及整个材料微观残余应力（第二类残余应力）晶粒尺度点阵畸变（第三类残余应力）晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力，也是金属强化的主要原因。
而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3）出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织，即变形织构，导致其力学、物理等性能呈现方向性（不同方向性能不同）。
板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀，冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状，称为制耳现象。
板料冲压件的制耳现象4）物理、化学变化电阻率提高；密度下降；耐蚀性降低。
加热会增强原子的活动能力，使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。
1）回复组织变化——加热温度较低时，原子将获得一定扩散能力。
通过原子的扩散，点缺陷密度下降，位错形成亚晶界。
了解钢在加热和冷却时的组织转变讲课讲稿
了解钢在加热和冷却时的组织转变
江苏省技工院校
教案首页
课题：了解钢在加热和冷却时的组织转变
教学目的要求： 1.了解热处理的定义、目的、分类及作用；
2.掌握钢加热和保温的目的；
3.掌握钢在冷却转变时的产物及转变曲线。
教学重点、难点：1. 钢加热及保温的目的；2. 奥氏体晶粒度的概念及影响因素；3. 共析钢过冷奥氏体等温冷却曲线中各种温度区域内奥氏体的转变产物及组织形貌，性能特点。
4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响
授课方法：面授（课堂教学）
教学参考及教具（含电教设备）：《金属材料及热处理》
授课执行情况及分析：
板书设计或授课提纲。
第3讲 冷热加工组织变化【金属塑性变形理论】
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• 丝织构
丝织构系在拉拔和挤压 加工中形成。这种加工都 是在轴对称情况下变形， 其主变形图为两向压缩， 一向拉伸。变形后晶粒有 一共同晶向趋向与最大主 变形方向平行。以此晶向 来表示丝织构。
Lesson Three 11
Lesson Three
• 试验表明，对于面心立方金属如金、银、铜、铝、 镍等，经较大变形程度的拉拔后，所获得的丝织 构为<111>和<100>。对于面心立方金属，丝织构 与金属的堆垛层错能有关。层错能越高的金属， [111]丝织构越强烈。对于体心立方金属，不论成 分如何，其丝织构是相同的。如经过拉拔的α铁、 铜、钨等金属都具有[110]丝织构。
• 热加工变形量大且不需要像冷加工那样要辅以中间退火，因而 流程短，效率高。
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Lesson Three
• 热加工可使室温下不能进行塑性加工的金属(如钛、镁、钼及 镍基超合金等)进行加工；
• 热加工作为开坯，可以改善粗大的铸造组织，使疏松和微小裂 纹愈合；
• 热加工的金属组织与性能，可以通过不同热加工温度、变形程 度、变形速度、冷却速度和道次间隙时间等加以控制。
体取向相对于外力有规律的转动过程。尽管由于晶界的 联系，这种转动受到一定的约束，但当变形量较大时， 原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整，引起多晶体 中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种多晶体由原来 取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒取向大体趋于一致的 过程叫做“择优取向”。具有择优取向的晶体组织称为 “变形织构”。
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Lesson Three
• 板织构 板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦粗时
《冷热加工组织变化》课件
THANKS
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锻造可以改变金属的晶粒尺寸 、相组成和织构，从而影响材 料的物理和化学性能。
锻造过程中应控制变形量和温 度，以避免过度变形和开裂。
热处理对组织的影响
01
热处理是通过控制温度和时间来改变材料的组织结构和性能的 一种工艺方法。
02
通过不同的热处理工艺，可以改变金属的晶粒尺寸、相组成和
力学性能。
热处理过程中需要控制加热速度、保温时间和冷却速度，以获
精密仪器的冷热加工组织变化
总结词
精密仪器对尺寸精度和性能稳定性要求极高，因此其冷热加工过程中的组织变化对产品质量影响尤为关键。
详细描述
光学元件、精密轴承等精密仪器部件在加工过程中，由于受到热处理、表面处理等工艺的影响，其组织结构会发 生显著变化，导致尺寸精度降低、表面质量恶化等问题。为了确保精密仪器的性能和稳定性，需要深入研究冷热 加工过程中的组织变化规律，优化工艺参数，提高产品质量。
02
CATALOGUE
冷加工对组织的影响
切削加工对组织的影响
切削加工过程中，由于切削力的作用 ，金属材料会发生弹塑性变形，导致 组织内部晶粒破碎、晶格畸变，从而 影响材料的力学性能。
切削加工过程中产生的切削热也会对 材料组织产生影响，切削热会导致材 料局部温度升高，组织发生热损伤， 如晶粒长大、相变等。
其他领域的冷热加工组织变化
总结词
除了汽车、航空航天和精密仪器等领域，其他许多领 域如化工、能源、医疗器械等也涉及到冷热加工过程 ，其组织变化同样重要。
详细描述
在化工领域，反应釜、管道等设备的材料在加工过程中 会发生组织变化，影响其耐腐蚀性和机械性能。在能源 领域，核反应堆部件的材料在加工过程中需要严格控制 组织变化，以确保安全性能。在医疗器械领域，植入人 体的材料在加工过程中需要优化工艺参数，确保组织相 容性和长期稳定性。因此，在其他领域中也需要关注冷 热加工过程中的组织变化问题，以确保产品的质量和安 全性。
冷热变形对金属组织和性能的影响
冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形是金属加工过程中常用的一种方法，通过对金属样品进行冷热拉伸、压缩、扭曲等变形操作，可以改变金属的组织和性能，从而满足不同的工程需求。
本文将详细探讨冷热变形对金属组织和性能的影响。
首先，冷热变形可以改变金属的晶粒结构和布局。
金属的晶粒是由原子排列有序组成的，晶粒的大小和形状直接影响到金属的力学性能。
在冷热变形过程中，金属样品会经历塑性变形，使原有晶粒在局部区域发生滑移和重结晶的过程，从而产生新的晶粒。
冷热变形的变形温度和变形速度会对晶粒重结晶的细化和形状有所影响，高温下的快速变形能够促进晶粒生长，形成较大的晶粒，而低温下的慢速变形则容易形成较小的晶粒。
其次，冷热变形可以改变金属的晶界特征。
晶界是相邻晶粒之间的界面区域，晶界的性质与金属的力学、电学、热学等性能密切相关。
在冷热变形过程中，晶粒的形态和尺寸变化会导致晶界的面积和长度发生变化，进而影响晶界的性质。
此外，冷热变形还可以通过调控晶粒的取向和旋转，来改变晶界的导电性和热导性能，提高金属的导电和导热性能。
再次，冷热变形对金属的力学性能具有显著的影响。
金属的力学性能包括强度、延伸性和韧性等指标。
冷热变形可以通过改变晶粒的形态和尺寸，来调节金属的强度和延伸性能。
一般来说，较小尺寸的晶粒具有较高的强度和硬度，而较大尺寸的晶粒则具有较好的延伸性能。
因此，冷热变形可以根据具体的工程需求来调节金属的力学性能，使之达到最佳的工作状态。
此外，冷热变形还对金属的残余应力和晶体缺陷有所影响。
金属在冷热变形过程中，由于晶格变形和晶界运动等原因，会引起残余应力的积累。
这些残余应力会对金属的力学性能和耐腐蚀性能产生不利影响。
同时，冷热变形还会引起金属中的晶体缺陷，如位错和孔洞等，这些缺陷也会对金属的机械性能产生影响。
因此，冷热变形需要在合适的工艺参数下进行，以控制残余应力和晶体缺陷的生成和分布。
综上所述，冷热变形对金属组织和性能具有显著的影响。
(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。
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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
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Lesson Three
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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.
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轧辊
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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
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Lesson Three
板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
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钢在加热与冷却时的组织转变
图3-1 热处理工艺曲线示意图钢在加热与冷却时的组织转变热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，获得所需组织结构与性能的一种工艺方法。
热处理是强化金属材料、提高产品质量和寿命主要途径之一，在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。
如机床工业中60％～70％的零件要进行热处理，汽车、拖拉机工业中70％～80％的零件要经过热处理，各种量具、刃具。
模具和滚动轴承几乎100％要进行热处理。
因此热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
热处理按照加热和冷却方式的不同，可分为以下三类：（1）整体热处理：指对工件整体进行穿透加热的热处理，常用的方法有退火、正火、淬火和回火。
（2）表面热处理：指对工件表层进行热处理，以改变表层组织和性能的热处理，常用的方法有火焰淬火、感应淬火。
（3）化学热处理：指改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理，常用的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金属等。
热处理的种类和方法很多，但其基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段组成，通常用“温度—时间”为坐标的热处理工艺曲线来表示（如图3-1所示）。
改变加热温度、保温时间和冷却速度等参数，都会在一定程度上发生相应的组织转变，进而影响材料的性能。
所以，要了解各种热处理工艺方法，必须首先研究钢在加热（包括保温）和冷却过程中组织变化的规律。
由Fe —Fe3C 相图可知，A1、A3、Acm 线是碳钢在极其缓慢加热和冷却时的相变温度线。
因而这些线上的点都是平衡条件下的相变点。
但在实际生产中，加热或冷却速度都比较快，实际发生组织转变的温度与A1、A3、Acm 都有不同程度的过热度或过冷度（如图3-2）。
通常将加热时的各相变点用Ac1、Ac3、Accm 表示，冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据，可通过查热处理手册或有关手册得到。
图3-2 钢的相变点在Fe-Fe 3C相图上的位置一、钢在加热时的组织转变将钢加热到Ac3或Ac1温度以上，以获得全部或部分奥氏体组织为目的的操作，称为奥氏体化。
第2章热加工和冷加工中的组织性能变化
２.金属组织(zǔzhī)结构和性能 的变化
改造铸态组织：致密(zhìmì)（焊合气孔、 疏松），偏析↓，粗晶细化等，使性能↑↑。
细化晶粒和破碎夹杂物：有效的再结晶 控制可变为细小均匀的等轴晶粒；
精品资料
热变形中形成的纤维组织：生产实践中应充分利用纤维组 织造成变形金属具有方向性这一特点，使纤维组织形成的 流线在工件内有更适宜的分布。（晶界上非溶物质拉长所 致，其不会由于再结晶而消除。）
变形量%
图2-14开始结晶温度与预先冷变 形量的关系
图2-15 再结晶综合动力曲线 1. 大变形程度 2. 小变形程度
精品资料
思考(sīkǎo)
• 热加工有加工硬化现象吗？ • 热加工有加工硬化现象，但由于处于再结晶温度以上，硬化的同时发生了
再结晶而使材料软化，即消除了加工硬化现象，故热加工最终结果，材料并 不存在加工硬化。 • 钨（W）在1100℃加工，锡（Sn）在室温下加工变形，各为何种加工？ （钨的熔点为3410℃，锡的熔点为232℃） • 经计算：T钨再＝1200℃，T锡再＝－71℃，所以，钨为冷加工，锡为热 加工。 • 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又向 最初(zuìchū)一样柔软，这是什么原因？（铅的熔点为327.5℃） • 经计算：T铅再＝－33℃ • 所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。
精品资料
图2-9 热加工时的动态(dòngtài)再结晶示意图
精品资料
思考(sīkǎo)：法可以消除？
• 金属在热变形过程(guòchéng)中和热 变形之后晶粒发生了哪些变化？
精品资料
§2.3 回复(huífù)和再 结晶
精品资料
1. 回复(huífù)
3.3冷变形加工金属在加热时组织和性能变化
在工业生产中，广泛使用的是再结晶退火温度
提高加热速度会使再结晶推迟到较高温度发生，延长加热时间，使原子 扩散充分，再结晶温度降低。 生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火.再结晶退火温度比再 结晶温度高100~200℃，即
TZ=TR+(100~200)℃。
空位的移出；多边形化
4. 生产中的应用 ：去应力退火
3.3.2 回复
1. 回复的含义 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。
2. 回复的机制
（1）空位的逸出 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;
（2）多边形化 由于位错运动使其由冷塑性变形时的无序状态
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,再结晶后晶粒特别粗大，这个变形度
称临界变形度。
图3.18 预先变形度对再结晶
当超过临界变形度后，随变形程度增加，变
晶粒度的影响
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
黄铜580ºC保温8秒后的组织
黄铜580ºC保温15分后的组织
5. 影响再结晶退火后晶粒度的因素
(1)加热温度和保温时间
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.
工业纯金属的最低再结晶温度与其熔点之
间的近似关系: TR≈0.4Tm（K）
冷加工时组织性能变化和特征
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பைடு நூலகம்
热加工与冷加工的主要区别
• 金属在热加工时，硬化(加工硬化)和软化(回 复与再结晶)两种对抗过程同时出现。在热加 工中，由于软化作用可以抵消和超过硬化作 用，故无加工硬化效应，而冷加工则与此相 反，有明显的加工硬化效应。
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热加工变形时的软化—回复与再结晶
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• 4.亚结构
在变形量大而且层错能较高的金属中，
位错的分布是很不均匀的。纷乱的位错 纠结起来，形成位错缠结的高位错密度 区(约比平均位错密度高五倍)，将位错 密度低的部分分隔开来，好像在一个晶 粒的内部又出现许多“小晶粒”似的， 只是它们的取向差不大(几度到几分)， 这种结构称为胞状亚结构。
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纤维组织的形成过程
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冷轧前后晶粒形状变化
(a)变形前的退火状态组织 (b)变形后的冷轧变形组织
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• 3.变形织构
多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，
也伴随有晶体取向相对于外力有规律的转动 过程。尽管由于晶界的联系，这种转动受到 一定的约束，但当变形量较大时，原来为任 意取向的各个晶粒也会逐渐调整，引起多晶 体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种 多晶体由原来取向杂乱排列的晶粒，变成各 晶粒取向大体趋于一致的过程叫做“择优取 向”。具有择优取向的晶体组织称为“变形 织构”。
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（四）、导电性的变化
• 一般来说，金属随着冷变形程度的增加位错密度增 加，点阵发生畸变会使电阻增高。例如，冷变形量 达到82％的铜丝，比电阻增加2％；冷变形99％的钨 丝，比电阻增加50％
3.3冷变形加工金属在加热时组织和性能变化
铜的最低再结晶温度为TZ =0.4×(1083+273) –273=269.4℃ ； 铁的再结晶退火温度为450+（100～200）=550℃～650℃ ， 铜的再结晶退火温度为269.4+（100～200）=369.4℃～469.4℃ 。
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
i主要取决于变形度。金属预变形程度ε越
大，晶体缺陷越多，组织就越不稳定，因此 其再结晶温度便越低如右图3.17所示。
工业纯金属的最低再结晶温度与其熔点之
间的近似关系: TR≈0.4Tm（K） 其中TR、Tm为绝对温度。 金属熔点越高, TR也越高.
性能（σ、HBW↘↘,Ψ、αK↗↗）； 再结晶与结晶、重结晶的根本区别----无晶格类型的变再结晶温度（TR）与再结晶退火温度（TZ）
（1）何谓TR？（2）确定TR的经验公式：TR=0.4 Tm ( 适用条件：K; 工 业纯金属 ) （3）影响TR的因素: 预变形度 ；金属纯度 （4）结晶退火温度TZ= TR +(100℃～200℃)
3.3.2 回复 1. 回复的含义 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。
2.
回复的机制
（1）空位的逸出 （2）多边形化
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性变形时的无序状态 变为垂直分布，形成亚晶界. 下图示
图3.17 T再与ε的关系
3.3冷变形加工金属在加热时组织和性能变化
回复
加热温度 （<0.2～0.35Tm） 显微组织仍为纤维状， 无可见变化； 力学性能 基本保持加工硬化， 仅强度和硬度稍有下降， 塑性略有提高。 内应力↓↓ 耐蚀性↑↑ 电阻↓↓
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
工，它们各为何种塑性加工类型？（已知钨 的熔点为3410℃ ，锡的熔点为232℃）
加热时间和加热速度 再结晶过程需要一定时间才能完成，延长加热时间或降低加热速 度，原子扩散移动能充分进行，有利于新的再结晶晶粒充分形核 和成长，可降低再结晶温度。 原始晶粒尺寸 原始晶粒越细， TR降低。
5. 再结晶温度（TR）与再结晶退火温度（TZ）
TR经验公式 工业纯金属的最低再结晶温度与其熔点之间的近似关系: TR≈0.4Tm（K） 其中TR、Tm为绝对温度。金属熔点越高, TR也越高.
热处理做组织准备。
3.3.2 再结晶
1.再结晶：
（Recrystallization）
冷变形加工的金属被加热至较高温度（高于回复温度） 时，在变形组织（拉长、压扁及破碎晶粒）的基体上 产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒， 逐渐取代全部变形组织，也是形核长大过程。
3.3.2 再结晶
（Recrystallization）
再结晶退火温度对晶粒度的影 响
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，在高
温下原子活动能力更强，有利于晶界迁移，
促使晶粒长大。
6. 再结晶退火后的晶粒度
（1）加热温度与保温时间 （2）预变形度 (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. 2-10%
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板织构 板织构是在轧制或者宽展很小的矩形件镦
粗时形成。其特征是各个晶粒的某一晶向 趋向于与轧向平行，某一晶面趋向于与轧 制平面平行。因此板织构用其晶面和晶向 共同表示。
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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
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多晶体Fe冷轧后的胞状亚结构，x 6850 (a)变形量16％； (b)变形量70％
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铜中的形变亚结构
图中白色部分为低位错密度的亚晶， 黑色区域为高位错密度的亚晶界
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3.1.1 显微组织的变化
变形织构 多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴
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热加工可使室温下不能进行塑性加工的金属(如钛、镁 、钼及镍基超合金等)进行加工；
热加工作为开坯，可以改善粗大的铸造组织，使疏松和 微小裂纹愈合；
热加工的金属组织与性能，可以通过不同热加工温度、 变形程度、变形速度、冷却速度和道次间隙时间等加以 控制。
与冷加工相比较，热加工变形一般不易产生织构。这是 由于在高温下发生滑移的系统较多，使滑移面和滑移方 向不断发生变化。因此，在热加工工件中的择优取向或 方向性小。
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单晶与多晶的应力一应变曲线比较（室温） （a）Al （b）Cu
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多晶体的塑性变形由于晶界的阻碍作用和 晶粒之间的协调配合要求，各晶粒不可能 以单一滑移系动作而必然有多组滑移系同 时作用，因此多晶体的应力一应变曲线不 会出现单晶曲线的第I阶段，而且其硬化曲 线通常更陡，细晶粒多晶体在变形开始阶 段尤为明显
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。
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单晶体的切应力一应变曲线 显示塑性变形的三个阶段
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Ⅰ阶段——易滑移阶段：当t达到晶体的c后，应力 增加不多，便能产生相当大的变形。此段接近于直线 ，其斜率 ，即加工硬化率低，一般 为～10-4G数量 级（G为材料的切变模量）。
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（a）
（ b）
由于纤维组织的出现，使变形金属在纵向和横向具有 不同的力学性能。在生产实际中为利用纤维组织使金属具 有方向性这一特点，可设法使纤维组织所形成的流线在工 件内有更为适宜的分布。如图（a）所示。
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(4)金属在热变形过程中产生带状组织。 复相合金中的各个相，在热加工时沿着
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导热性和磁性的改变
冷变形还会使金属的导热性降低。如铜冷 变形后，其导热性降低到78%。
冷变形还可以改变磁性。如锌和铜，冷变 形后可减少其抗磁性。高度冷加工后，铜 可以变为顺磁性的金属。对顺磁性金属冷 变形会降低磁化敏感性等等。
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3.2 热加工变形中组织性能的变化
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从改善金属材料性能的角度来看，加工硬 化是主要的手段之一。特别是对那些用一 般热处理手段无法使其强化的无相变的金 属材料，形变硬化是更加重要的强化手段 。
加工硬化也有其不利的一面，如在冷轧、 冷拔等冷加工过程中由于变形抗力的升高 和塑性的下降，往往使继续加工发生困难 ，需在工艺过程中增加退火工序。
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丝织构 丝织构系在拉拔和
挤压加工中形成。这种 加工都是在轴对称情况 下变形，其主变形图为 两向压缩，一向拉伸。 变形后晶粒有一共同晶 向趋向与最大主变形方 向平行。以此晶向来表 示丝织构。
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试验表明，对于面心立方金属如金、银、 铜、铝、镍等，经较大变形程度的拉拔后 ，所获得的丝织构为<111>和<100>。对于 面心立方金属，丝织构与金属的堆垛层错 能有关。层错能越高的金属，[111]丝织构 越强烈。对于体心立方金属，不论成分如 何，其丝织构是相同的。如经过拉拔的α铁 、铜、钨等金属都具有[110]丝织构。
变形方向交替地呈带状分布，这种组织称 为带状组织。
带状组织不仅降低金属的强度，而且还降 低塑性和冲击韧性，对性能极为不利。轻 微的带状组织可以通过正火来消除。
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3.1.1 显微组织的变化
纤维组织
多晶体金属经冷变形后，用光学显微镜观察抛 光与浸蚀后的试样，会发现原来等轴的晶粒沿 着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的 越显著。当变形且很大时，各个晶粒已不能很 清楚地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织 。
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冷轧前后晶粒形状变化
从提高钢材的强度来看，热加工不及冷加 工。因为热加工时由于温度的作用使金属 软化。
有些金属不宜进行热加工。例如，在一般 的钢中含有较多的FeS，或在铜中含有Bi时 ，在热加工中由于晶界上由这些杂质所组 成的低熔点共晶体发生熔化，使晶间的结 合遭到破坏，而引起金属断裂。
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热加工与冷加工的主要区别
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耐蚀性能的变化
冷变形后，金属的残余应力和内能增加， 从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能降低 。
例如，冷变形的纯铁在酸中的溶解速度要 比退火状态快；冷变形所产生的内应力是 造成的金属腐蚀(“应力腐蚀”)的一个重要原 因，在实际应用中是相当普遍而又严重的 问题。
例如，冷加工后的黄铜，由于存在内应力 ，在氨气、铵盐、汞蒸气以及海水中会发 生严重的腐蚀破裂(又称“季节病”)；高压锅 炉、铆钉发生的腐蚀破裂等等。应力腐蚀 的主要防止方法就是退火，消除内应力。
冲压后制品如产生制耳，必须切除。这样 不仅增加了金属的损耗和切边工序，而且 还会因各向异性使冲压件产生壁厚不均， 影响生产效率与产品质量。因此，在生产 上，必须设法避免“制耳效应”的发生
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深冲件上的制耳
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金属密度的变化
冷变形后，在晶内或
晶间出现了显微裂纹、裂 口和空洞等缺陷，使金属 的密度降低，如图所示， 青铜退火后密度为8.915 克／厘米3，经80%冷变 形后其密度降至8.886克 ／厘米3。相应的铜的密 度由8.905克／厘米3降 至8.89克／厘米3。
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板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
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织构不是描述晶粒的形状，而是描述多晶 体中的晶体取向的特征。应当指出，若使 变形金属中的每个晶粒都转到上述所给出 织构的晶向和晶面，这只是一种理想情况 。实际上变形金属的晶粒取向只能是趋向 于这种织构，一般是随着变形程度的增加 ，趋向于这种取向的晶粒越多，这种织构 就越完整。织构可用x射线衍射的方法来测 定。
Ⅱ阶段——线性硬化阶段：随着应变量增加，应力 线性增长，此段也呈直线，且斜率较大，加工硬化十 分显著， Ⅱ≈G/300，近乎常数。
Ⅲ阶段——抛物线型硬化阶段：随应变增加，应力上 升缓慢，呈抛物线型， Ⅲ逐渐下降。
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三种典型晶体结构金属单晶体的硬化曲线
其中面心立方和体心立方晶体显示出典型的三阶段，至于密排六方金属单晶 体的第Ⅰ阶段通常很长，远远超过其他结构的晶体，以致于第Ⅱ阶段还未充分发 展时试样就已经断裂了。
(a)变形前的退火状态组织 (b)变形后的冷轧变形组织
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3.1.1 显微组织的变化
亚结构 在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的
分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位 错缠结的高位错密度区(约比平均位错密度高五倍) ，将位错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒 的内部又出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向 差不大(几度到几分)，这种结构称为胞状亚结构。
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(1)铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气 泡等缺陷得到压密或焊合。金属在变形中 由于加工硬化所造成的不致密现象，也随 着再结晶的进行而恢复。
(2)在热加工变形中可使晶粒细化和夹杂物破 碎。
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(3)形成纤维组织也是热加工变形的一个重要 特征。铸态金属在热加工变形中所形成的 纤维组织与金属在冷加工变形中由于晶粒 被拉长所形成的纤维组织不同。前者是由 于铸态组织中晶界上的非溶物质的拉长所 造成。
热加工时，变形抗力低，塑性高，变形达到需要尺寸时 ，所消耗的能量少。因为在高温时，原子的运动及热振 动增强，扩散过程和溶解过程加速，使金属的临界切应 力降低；许多金属的滑移系统数目增多，使变形更为协 调；加工硬化现象因再结晶完全而被消除。
热加工变形量大且不需要像冷加工那样要辅以中间退火 ，因而流程短，效率高。
第3讲冷热加工组织变化
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第三章 塑性加工时组织性能的变化
主要内容
Main Content
冷加工时组织性能的变化 热加工时组织性能的变化
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3.1 冷加工变形中组织性能的变化
显微组织的变化
纤维组织 亚结构 变形织构
金属性能的变化
机械性能变化 物理化学性能变化
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热加工在实际生产上，尚有如下不足：
热加工需要加热，不如冷加工简单易行； 热加工制品的组织与性能不如冷加工均匀
和易于控制；温度的均匀性控制差。 热加工制品不如冷加工制品尺寸精确、表
面光洁；有氧化铁皮和冷却收缩。 薄或细的加工制品，由于温降快，尺寸精
度差，不易采用热加工。
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3.1.2 金属性能的变化
机械性能的变化
1）加工硬化 2）各向异性
物理化学性能的变化
1）金属密度的变化 2）导电性的变化 3）耐蚀性能的变化 4）导热性降低 5）改变磁性