第5讲-金属材料组织和性能控制-应变强化和凝固
金属材料组织和性能控制应变强化课件
锻造工艺
通过锻锤或压力机对金属 材料进行塑性变形，以提 高其力学性能和减少缺陷 。
挤压工艺
通过挤压机对金属材料进 行塑性变形，以获得更加 致密的金属结构。
表面处理工艺
喷涂技术
通过喷涂一层耐磨、耐腐 蚀的涂层，提高金属材料 的表面性能。
电镀技术
通过电化学方法在金属表 面沉积一层金属或合金， 以提高其耐腐蚀性和导电 性。
耐腐蚀性
金属抵抗腐蚀的能力。
抗氧化性
金属抵抗氧化的能力。
化学稳定性
金属在化学反应中保持其组成和 性质的能力。
热稳定性
金属在高温下保持其组成和性质 的能力。
03
应变强化机制
加工硬化
总结词
加工硬化是指金属材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，材料的屈服强度和硬度逐渐提高，塑性和韧性 逐渐降低的现象。
热喷涂技术
通过将熔融状态的金属或 合金喷射到金属表面，形 成一层具有特殊性能的涂 层。
05
应变强化材料的性能优化
材料成分优化
总结词
通过调整材料的化学成分，可以显著影 响其力学性能和加工性能。
VS
详细描述
通过添加合金元素或改变主元素的含量， 可以改变材料的强度、韧性、耐腐蚀性、 高温性能等。例如，在钢中添加铬可以提 高其耐腐蚀性，而添加镍则可以提高其强 度和韧性。
详细描述
汽车工业是一个高度竞争和不断发展的领域 ，对材料性能的要求非常严格。应变强化金 属材料，如高强度钢和铝合金，由于其优良 的力学性能和成形能力，被广泛应用于制造 汽车结构件、安全件和加强件。通过应变强 化工艺，这些材料的强度和刚性得到显著提
高，从而提高了汽车的安全性和耐久性。
航空航天工业
第2章 金属材料组织和性能的控制
第2章金属材料组织和性能的控制内容提要：本章介绍金属材料组织和性能的影响因素及其控制方法，包括纯金属的结晶、合金的结晶、金属的塑性加工、钢的热处理、钢的合金化、表面技术等内容。
纯金属的结晶部分主要介绍纯金属结晶的条件和结晶过程，同素异构转变，细化铸态金属晶粒的措施。
合金的结晶部分主要介绍发生匀晶反应的合金的结晶过程和发生共晶反应的合金的结晶过程。
铁碳合金的结晶部分主要介绍铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程。
并介绍铁碳合金的成分-组织-性能关系。
金属的塑性加工部分主要介绍金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响，以及再结晶对金属组织和性能的影响。
钢的热处理部分主要介绍热处理的原理和热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理），以及钢的热处理新技术。
钢的合金化部分主要介绍合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能、工艺性能的影响。
表面技术部分介绍电刷镀、热喷涂、气相沉积、激光表面改性等新技术。
学习目标：本章是工程材料课程的重点章。
着重掌握以下内容：铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程，杠杆定律，铁碳合金的成分-组织-性能关系。
过冷奥氏体的等温转变（C曲线）、过冷奥氏体的连续冷却转变，钢的淬透性、淬硬性。
退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理等热处理工艺。
合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能的影响。
熟悉纯金属、合金的结晶、金属的塑性加工、再结晶对金属组织和性能的影响规律。
表面技术部分作一般了解。
学习建议：1．本章阐述了金属材料组织与性能的影响因素和规律，是工程材料学的基本理论基础。
本章是课程的重点，需要扎扎实实地学习好，掌握金属材料组织与性能的主要影响因素和规律，为后面学习金属材料知识打好基础。
2．本章内容多，按排学习学时应多一些。
本章中有一些难点和重点，要着重理解。
学习时可以安排几次讨论。
3．若有条件，参观机械厂、热处理厂，以便对金属材料的生产和加工过程有所了解。
第五章材料的强化理论
再结晶与回复的不同之处在于机械性能能完全 恢复到冷变形前的状态，加工硬化得以消除。生产 中利用这一点来消除加工硬化，使塑性加工能够顺 利进行下去，这种工艺称为再结晶退火。
(3)晶粒长大
冷变形金属在再结晶刚 完成时，一般得到细小的等 轴晶粒组织。如果继续提高 加热温度或延长保温时间， 将引起晶粒进一步长大，它 能减少晶界的总面积，从而 降低总的界面能，使组织变 得更稳定。晶粒长大的驱动 力来自界面能的降低。
(3) 塑变不均匀性
由多晶体中各个晶粒之间变形的不同时性可知， 每个晶粒的变形量各不相同，而且由于晶界的强度高 于晶内，使得每一个晶粒内部的变形也是不均匀的。
课堂思考讨论题： 1 单晶材料和多晶材料哪个强度高，为什么？
2 晶粒细化能使金属强度提高吗？
1 晶界对滑移有阻碍，各晶粒位向不同。
5.1.2塑性变形对金属组织与性能的影响 1.塑性变形对金属组织结构的影响 (1) 形成纤维组织
(2)再结晶 加热温度升至 1/2 T熔，变形组织的基体 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。金属的加工 硬化状态消除，性能基 本上恢复到冷变形之前 的状态。这一过程叫再 结晶。再结晶驱动力来 自储存能，再结晶完成 后，冷变形金属中的储 存能全部释放。
再结晶温度
加工硬化方法举例
3. 塑性变形对金属物理、化学性能的影响 经过冷塑性变形后，金属的物理性能和化学性 能也将发生明显的变化。通常使金属的导电性、 电阻温度系数和导热性下降。塑性变形还使导磁 率、磁饱和度下降，但矫顽力增加。塑性变形提 高金属的内能，使化学活性提高，耐腐蚀性下降。
5.1.3 变形金属在加热时组织与性能的变化 1. 回复和再结晶 冷变形后的金属内能升高，存在储存能，处于不 稳定状态，具有自发恢复到变形前状态的趋势。一旦 受热（加热到0.5T熔温度附近），冷变形金属的组织 和性能就会发生一系列的变化，可分为回复、再结晶 和晶粒长大三个阶段。
材料科学基础重点总结5材料的强化途径
材料科学基础重点总结5材料的强化途径材料的强化强韧化意义希望材料既有足够的强度，又有较好的韧性，通常的材料二者不可兼得。
提高材料的强度和韧性，节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命提高金属材料强度途径强度是指材料抵抗变形和断裂的能力，提高强度可通过以下两种途径： 1 完全消除内部的缺陷，使它的强度接近于理论强度 2 大量增加材料内部的缺陷，提高强度增加材料内部缺陷，提高强度，即在金属中引入大量缺陷，以阻碍位错的运动四种强化方式：固溶强化细晶强化形变强化（加工硬化) 第二相粒子强化实际上，金属材料的强化常常是多种强化方式共同作用的结果。
材料强度缺陷数量冷加工状态退火状态无缺陷的理论强度材料强度与缺陷数量的关系固溶强化：当溶质原子溶入溶剂原子形成固溶体时，使材料强度硬度提高，塑性韧性下降的现象。
强化本质：利用点缺陷（间隙原子和置换原子）对位错运动的阻力使金属基体获得强化强化机理：1溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，对在滑移面上的运动的位错有阻碍作用；2位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。
影响因素不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大差别，影响因素主要有：1 溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大。
2溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。
3间隙溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。
4溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。
固溶强化效果与溶质原子的质量分数成正比关系。
大多数溶质原子在室温的溶解度比较小，为了提高固溶度从而提高固溶强化的效果，可以将其加热到较高温度，经过保温后快速冷却到室温，使溶质原子来不及析出而得到过饱和固溶体，这就是固溶处理。
经过固溶处理后还可以经过时效处理进一步提高其强度。
对过饱和固溶体在适当温度下进行加热保温，析出第二相，使强度硬度升高的热处理工艺称为时效。
时效硬化的本质是从过饱和固溶体中析出弥散第二相，属于第二相强化途径。
金属材料组织与性能的控制概述PPT(58张)
电磁搅拌 将正在结晶的金属放入交变电磁场中，由
于电磁感应，液态金属会翻滚，从而破坏正在 结晶的树枝状晶体的枝晶，增加形核数目，细 化晶粒。
第四讲 金属的结晶
重点
–结晶的必要充分条件——过冷度
• 过冷度与冷却速度有关
–结晶的过程
• 形核、核长大
–晶粒的控制
1394℃
912℃
-Fe
-Fe
-Fe
金 属 的 同 素 异 构 转 变
纯金属的结晶－同素异构转变
纯金属的结晶－同素异构转变
固态相变的晶界形核
纯金属的结晶－同素异构转变
同素异构转变的特点 l 有过冷现象，有固定的转变温度 l 新晶体的形成也包括形核和长大两个过程； l 要较大的过冷度； l 转变时引起体积发生变化，产生较大的内应力相之间关系的一来自简明示图，又称平衡图或状态 图；
相图表示合金在缓慢冷却条件下平衡相与成 分、温度之间关系的图形，它是研制新材料，制 定合金的熔炼、铸造、压力加工和热处理工艺以 及进行金相分析的重要依据。
二元合金的结晶
平衡相、平衡组织
如果合金在某一温度停留任意长的时间，合 金中各相的成分是均匀的和不变的，各相的相 对质量也不变，该合金处于相平衡状态，此时 合金中的各相称为平衡相，由这些平衡相所构 成的组织称为平衡组织。
改变熔体的过冷度即可改变相变驱动力，控制结晶过程的进行。
结晶过程：
形核、长大
纯金属的结晶－同素异构转变
同素异构转变（重结晶） 金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转
变为另一种晶格的现象； 如：铁、钴、钛
同素异构晶体 同属于一种金属，但具有不同晶体结构的晶
第二篇 金属材料组织和性能的控制
第二篇金属材料组织和性能的控制第一章金属的结晶（crystallize）1.1.本章内容（1）（1）金属结晶的基本概念；（2）（2）金属的结晶过程；（3）（3）晶粒度；（4）（4）铸锭的结构。
2.2.本章重点（1）（1）过冷度的概念，过冷度对结晶过程的影响规律；（2）（2）结晶的基本过程；（3）（3）获得细晶粒的方法。
3.3.本章学时安排计划2学时。
4.4.本章作业P8，（五）3、4、5§1-1金属结晶的概念一、一、结晶的概念：钢材经过冶炼、注锭、轧制、锻造、机加工和热处理等工艺过程。
1．1．结晶：生产上将金属的凝固(solidify，solidification)叫做结晶。
2．2．近程有序：在液体金属内部，在短距离的小范围内，原子做近似于固态结构的规则排列，即存在近程有序的原子集团。
3．3．长程有序：金属由液态转变为固态的凝固过程，实质是就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。
4．4．结晶过程：金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。
5．5．一次结晶：金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶。
6．6．二次结晶：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称之为二次结晶。
二、结晶的条件：金属必须达到一定的过冷度。
①交点对应温度T处，液态和固态自由能相等，液态和固态长期共存，处于动平衡状态。
②T0为理论结晶温度或熔点，液态金属要结晶，就必须处于T温度以下，即金属必须过冷（over-cooling，supercooling；指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象）③过冷度（degree of supercooling；理论结晶温度T与实际结晶温度Tn的差）对应的自由能差ΔF是使液体结晶的动力。
④只F大于建立晶体界面所需的表面能A 时，结晶过程才能进行。
三、1.过冷度可以由冷却曲线测定，平台处放出结晶潜热，平衡向外界散热。
《凝固和组织控制原理》课程教学大纲
凝固和组织控制原理一、课程介绍《凝固和组织控制原理》是材料科学与工程专业（金属材料工程模块）的主要学科基础课，是研究金属凝固过程相关现象及其物理本质的专业性课程。
本课程按照理论分析-研究手段-工程控制这一主线，以金属凝固过程的物理本质及影响凝固组织的主要因素作为核心内容，开展相关教学。
本课程旨在加深学生对金属材料凝固相关现象和知识的理解和掌握，为学习后续的课程做必要的知识储备；使学生进一步认识到金属材料的重要性，激发学生开展金属材料凝固相关前沿科学研究、推进凝固相关新技术应用的兴趣和热情。
本课程所涵盖的内容包括液态金属的结构与性质、凝固热力学与动力学、凝固过程中的传热与传质、单相合金，多相合金及金属基复合材料的凝固、凝固组织的控制、凝固缺陷、凝固新技术等内容，共10章，共32学时，全部为理论教学，以期末闭卷考试形式结课。
Introduction‘The principles of solidification and microstructure control’ is a specialized course concerning phenomenon and physical essence of solidification and is as well a required course for university students whose major is materials science and engineering. The course is focusing on the physical essence of solidification and main factors that affect the solidification microstructure, and the teaching activities is organized as theoretical analysis, research techniques and engineering control. The purpose of this course is threefold: Firstly, to deepen the understandings of the students about fundamentals of solidification of metallic materials, making them ready for the subsequent other courses. Secondly, to make students recognize the importance of metallic materials and thirdly, to stimulate their interests in frontier researches and development of novel techniques in solidification of metallic materials.The content of this course includes: structures and properties ofliquid metals, thermodynamics and kinetics of solidification, heat and mass transformation during solidification, solidifications of single-phase alloys, multi-phase alloys and metallic composites, control of solidification microstructures, solidification defects and new technologies of solidification. It will take 32 theoretical lessons. The examination adopts close-book mode.课程基本信息二、教学大纲1、教学目的《凝固和组织控制原理》是面向材料科学与工程专业（金属材料工程模块）本科生的一门学科基础课程。
第5章 金属材料强化的途径
的设计和使用中，流变应力的重要性更为突出；
5、流变应力
流变应力的组成 对流变应力有贡献的阻力主要是两类： 1）抑制位错源开动的应力，称之源硬化。 2）前面谈到的阻力是位错开始运动之后才起作用的，对位
错的运动起着妨碍的作用，称为摩擦阻力。
提高流变应力的方法 为了提高含有位错的晶体的流变应力所做的种种努力不 外就是通过各种手段来增加这两类阻力。
第二节 形变强化
举例2：下图为冷变形对工业纯铜性能的影响，随变形量增 大，铜的屈服强度与抗拉强度提高，而塑性下降。
σs
工 程 应 力
σs
工 程 力 学
强度提高 Δ σs
纯铜材料（Cu)
工程应变
工程应变
第二节 形变强化
上述的现象说明形变可以强化金属。 金属经塑性变形时，沿着变形方向晶粒被拉长。当变形量 很大时，晶粒难以分辨。
第三节 固溶强化
（5）结构因素：无论是短程有序的还是偏聚状态的固溶体， 在塑性变形的同时，其有序区域或偏聚区域将遭到破坏。 引起这种稳定状态破坏的塑性变形是要付出更多的能量作 为代价的。
5、流变应力
(2) 其二是因应变硬化产生的附加强度，它由塑性变形过程中 d 应变硬化速率 d 和塑性变形量 f l 来决定。所以，在断 裂前的最大强度大致可按下式计算：
max l
f
l
d ( )d d
工程结构材料主要是在弹性范围内使用的，因此，在构件
第二节 形变强化
形变强化是金属材料强化常用的方法。
适用对象是不再经受热处理并且使用温度远低于再结 晶温度的金属材料；
塑性变形对金属物理、化学性能的影响： 经过冷塑性变形后，金属的物理性能和化学性能也将发生明显 的变化。通常使金属的导电性、电阻温度系数和导热性下降。 塑性变形还使导磁率、磁饱和度下降，但矫顽力增加。塑性变 形提高金属的内能，使化学活性提高，耐腐蚀性下降。
第5讲-金属材料组织和性能控制-应变强化和凝固
因此，通过对金属材料施加超过屈服强 度的应力我们就能够使其发生应变硬化；或 者说，在对金属材料进行冷作加工时，在材 料变形的同时，也使材料发生了加工硬化。 这就是许多制造技术如线材拉拔技术的基础。
图8-2图示说明了几种冷作加工（也可进 行热作加工）的材料制造技术。后面我们会 谈及热作加工和冷作加工的区别。许多制造 技术实质上就是变形和加工硬化同时进行的 冷作加工过程，如图8-2。
• 在材料的退火过程中，可能存在三个组织转变阶段。图8-14就是黄铜 退火时的三个阶段对黄铜材料性能的影响情况。
• 回复阶段 材料的冷作加工原始组织是由变形晶粒组成，晶粒中包括大量纠缠 的
位错。当对金属开始加热，附加的热能会让位错运动并形成多边化亚晶 粒结构的边界。此时，材料中的位错密度实际上并没有改变，这种低温 退火处理能够消除冷作加工产生的残余应力，但没有使位错密度发生变 化。因此，叫做回复阶段。
3、退火 • 冷作加工是一种非常有用的强化手段，它通过拉拔、扎制和挤压等方 法为材料成型提供了良好的实现途径。但是，冷作加工也会带来不期望 的问题，如材料塑性变差、存在残余应力等。由于冷作加工硬化产生的 根源是材料中的位错密度增加而形成的，那么我们就可以认定，任何能 够使冷作材料中位错排列改变或者消除的方法度应该能够消除冷作加工 带来的影响。 • 退火处理就是用来消除或部分去除冷作加工带来的影响的一种热处理 工艺。低温退火可以去除冷作加工产生的残余应力，而且对材料的机械 性能不会产生影响。而高温退火则可以用来完全消除冷作加工材料中的 加工硬化现象，退火后的工件硬度低，塑性好，而且表面质量和尺寸精 度都很好。而工件在退火处理后，还可以进行再次冷作加工。材料经过 多次反复的冷作加工和退火处理后，就可以实现材料的大程度变形。
工程材料——金属材料组织和性能控制课件
通过添加合金元素，可以形成具有不 同性能的合金相。合金相的组成和结 构决定了其物理、化学和机械性能。
金属的显微组织与织构
显微组织
金属的显微组织决定了其宏观性能。通过控制显微组织的形 貌、分布和相对含量，可以优化金属材料的性能。常见的显 微组织包括固溶体、金属化合物和机械混合物。
织构
金属的织构是指其晶体取向与外力方向之间的关系。织构对 金属材料的力学性能、电磁性能和加工性能具有重要影响。 织构的控制方法包括塑性变形、热处理和合金化等。
所需形状的工艺。
铸造工艺分类
根据铸造过程中金属的熔炼和浇注 方式的不同，铸造工艺可分为砂型 铸造、金属型铸造、压力铸造等。
铸造工艺的应用
铸造工艺广泛应用于机械、汽车、 航空航天、船舶等行业的零件制造。
金属材料的塑性加工工 艺
塑性加工工艺简介
塑性加工是一种通过施加外力使金属材料发生塑性变形，从而获 得所需形状和性能的工艺。
导热性能良好的金属可以 快速传递热量。
金属材料的化学特性
耐腐蚀性
化学稳定性
金属材料的耐腐蚀性取决于其抵抗氧 化和酸碱腐蚀的能力，一些金属材料 如不锈钢具有较好的耐腐蚀性。
金属材料在化学反应中的稳定性，决 定了其在特定环境下的化学行为和反 应。
抗氧化性
金属材料在高温下与氧气反应的能力， 抗氧化性能决定了金属在高温环境下 的使用寿命。
03
金属材料的性能控制
金属材料的力学性能
强度
金属材料在受到外力作用时抵抗变形和断 裂的能力，包括抗拉强度、抗压强度等。
塑性
金属材料在受到外力作用时发生屈服而不 发生断裂的能力。
韧性
金属材料在受到外力作用时吸收能量、抵 抗冲击的能力。
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金属材料的加工硬化： 1、冷作加工和应力-应变曲线的关系
图8-1a为塑性金属材料的应力-应变曲线。 如材料的外加应力1大于屈服强度y，材料 发生永久变形或应变。当外载荷卸除，就会 产生1的应变。如对已预加了1应力的金属 重新进行拉力试验，就会得到图8-1b的应力 -应变曲线。此时，材料开始变形或屈服的应 力变为1。由此，把流动应力（屈服应力） 定义为预变形材料开始塑性变形时的应力。 1此时就是材料的流动应力。
3、退火 • 冷作加工是一种非常有用的强化手段，它通过拉拔、扎制和挤压等方 法为材料成型提供了良好的实现途径。但是，冷作加工也会带来不期望 的问题，如材料塑性变差、存在残余应力等。由于冷作加工硬化产生的 根源是材料中的位错密度增加而形成的，那么我们就可以认定，任何能 够使冷作材料中位错排列改变或者消除的方法度应该能够消除冷作加工 带来的影响。 • 退火处理就是用来消除或部分去除冷作加工带来的影响的一种热处理 工艺。低温退火可以去除冷作加工产生的残余应力，而且对材料的机械 性能不会产生影响。而高温退火则可以用来完全消除冷作加工材料中的 加工硬化现象，退火后的工件硬度低，塑性好，而且表面质量和尺寸精 度都很好。而工件在退火处理后，还可以进行再次冷作加工。材料经过 多次反复的冷作加工和退火处理后，就可以实现材料的大程度变形。
因此，通过对金属材料施加超过屈服强 度的应力我们就能够使其发生应变硬化；或 者说，在对金属材料进行冷作加工时，在材 料变形的同时，也使材料发生了加工硬化。 这就是许多制造技术如线材拉拔技术的基础。
图8-2图示说明了几种冷作加工（也可进 行热作加工）的材料制造技术。后面我们会 谈及热作加工和冷作加工的区别。许多制造 技术实质上就是变形和加工硬化同时进行的 冷作加工过程，如图8-2。
• 应变硬化指数n
金属材料对冷作加工的响应
度（灵敏度）可以用应变硬化指
数n来表征。如图8-3，在对数坐
标系中，n是真实应力- ln t ln K n ln t (1)
式中，K叫做强度系数，它是常数，它是t=1时的应力。
对于HCP金属来说，n值较
低，而BCC金属则较高，FCC
• 在材料的退火过程中，可能存在三个组织转变阶段。图8-14就是黄铜 退火时的三个阶段对黄铜材料性能的影响情况。
例如，我们在拉拔线材或者挤压管材时，就会发生应变硬化，此时我 们就必须保证材料具有可接受的塑性。
而在轿车和卡车制造中，要使用钢板冲压出外形美观的汽车框架，此 时使用的钢板就必须能够在冲压时容易延展并易于弯曲，而冲压后的汽车 框架则必须具有足够的强度，能够承受轻微颠簸和大的冲击载荷。此时应 变硬化就能够使产品强度提高。
此外，为了保证了汽车框架的抗撞击性能，还必须使钢板在发生碰撞 时具有迅速的应变硬化能力。
• 另外，大家关心聚合物、玻璃和陶瓷材料是否具备加工硬 化的能力。
研究表明，热塑性聚合物在变形时具有应变硬化的能 力。但其应变硬化的机理和金属完全不同。
大多的脆性材料如玻璃和陶瓷材料的强度则取决于其中 的裂纹和裂纹-尺寸分布，因此，玻璃和陶瓷加工硬化能力 很差。
如继续对施加2的应力，然后卸载，再对 该材料进行拉伸，则此时材料的流动应力会 变为2。只要每次施加一个更高的应力，材 料的流动应力和拉伸强度就会增加，塑性下降。 最终材料被强化到流动应力、拉伸强度和断裂强度相等，而塑性为零，如图8-1c。
此 时，金属材料不再发生塑性变形。图8-1d和e展示了材料的回弹（弹性后效现象）。
人们可以通过材料加工工艺和热处理工艺的结合使用，不仅能够把 材料加工成有用形状的构件，而且还能够控制和改善其力学性能。
本节讨论的问题尤其适于金属及其合金材料。
• 应变硬化（通过位错增殖实现）首先需要材料具有可延展性。如果把应 变硬化作为强化材料的手段，那么也必须同时克服加工过程中因应变硬化 而带来的一些问题。
金属则更高。如表8-1所示。应
变硬化指数低的金属，则其冷
作加工性能就差
2、冷作变形程度和性能的关系 通过控制材料的塑性变形总量，我们就能控制应变硬化。通常，定
义冷作加工变形程度来衡量材料的变形总量，
冷作变形程度
A0
Af A0
100%
（2）
式中，A0是金属的原始截面积，Af是金属变形后的最终截面积。
冷作加工对于纯铜力
学性能的影响见图8-5。
随着冷作加工程度的增
加，材料的屈服和拉伸
强度增加，但塑性下降
直至接近零。如果冷作
加工程度太大，则金属会发生断裂。因此，每种金属都有一个最高冷作
加工总变形量，超过则会发生脆断。
• 冷作加工组织 在冷作加工或者热作
加工中，通常会得到沿 着外加应力方向被拉长 的晶粒。其常见显微组 织见图8-7。
• 可以看到，轧制是生产金属板材、箔材的冷作技术。锻造则是使金属 材料在模腔中变形，从而生产出形状比较复杂的承力构件如汽车曲轴、 连杆等。拉拔技术则是将金属棒坯从一个模腔中拉出使其形成线材和丝 材等。挤压技术则是使材料被推进模腔使其变形为截面均匀的产品如棒 材、管材和铝合金门窗用的型材等。此外，深冲压技术则可以用来生产 铝合金饮料罐等。总而言之，冷作加工技术是金属材料强化成型技术的 有效途径手段，但该技术也存在材料塑性变差的问题。 • 如果一根线材如电线铝芯，反复弯折，就会使其越来越硬，最终会硬 化断裂，这就是加工硬化现象。加工硬化原理被用于制造许多产品，尤 其是那些不在非常高的温度下使用的产品。如铝合金饮料罐，它在加工 过程中，可以使其强度增加70%。
金属材料组织和性能 控制原理和方法
• 加工（应变）硬化和退火处理 • 凝固原理及其应用
一、加工（应变）硬化和退火处理 强化金属和合金的技术较多，如增加位错密度、减小晶粒尺寸、合
金化等等。本节将了解以下内容：如何使用冷作加工工艺来提高金属和 合金的性能，冷作加工实质上是把金属材料变形和强化同步进行的一种 工艺方法。而热作加工则没有强化作用。通过退火热处理工艺可以改善 冷作加工工艺引起的塑性降低和硬度增加问题。冷作加工导致的加工硬 化机理，是由于位错密度增加而引起的。