冷塑变形
《冷塑性变形》课件
详细描述
在冷塑性变形过程中，如何提高变形效率、 降低能耗和成本是亟待解决的问题。未来需 要深入研究提高冷塑性变形效率的方法和技 术，探索新的工艺路线和加工方法，以提高 生产效率和产品质量，降低生产成本，为企
业创造更大的经济效益。
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THANKS
03
冷塑性变形的工艺参数
应变速率
应变速率
是指单位时间内应变的变化量，通常用ε表示。在冷塑性变形中， 应变速率对变形抗力、加工硬化、流动应力等有显著影响。
高应变速率
高应变速率下，金属变形时间短，位错密度增加，加工硬化速率快 ，流动应力增大。
低应变速率
低应变速率下，金属变形时间长，位错有足够的时间进行攀移和回复 ，加工硬化速率减慢，流动应力减小。
《冷塑性变形》ppt课件
目录
• 冷塑性变形概述 • 冷塑性变形的物理机制 • 冷塑性变形的工艺参数 • 冷塑性变形对材料性能的影响 • 冷塑性变形在工业中的应用 • 未来研究方向与展望
01
冷塑性变形概述
定义与特性
定义
冷塑性变形是指在金属在再结晶温度 以下发生的塑性变形。
特性
冷塑性变形过程中，金属的晶体结构 、内部缺陷和显微组织发生变化，导 致金属的物理和机械性能发生改变。
动态回复和再结晶是冷塑性变形过程中的两个重要现象。动态回复是指在变形过 程中，材料内部组织结构和晶格结构的变化，这种变化可以降低内部应力，提高 材料的塑性和韧性。
再结晶是指在变形过程中，新晶粒的形成和长大过程。再结晶可以改变材料的晶 粒尺寸和分布，从而影响其力学性能和加工硬化行为。再结晶过程通常发生在变 形程度较大时，可以消除加工硬化现象，提高材料的可加工性。
速率增加，流动应力增大。
金属的塑性变形与再结晶
实验名称：金属的塑性变形与再结晶实验类型：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、实验步骤与实验结果（必填）五、讨论、心得（必填）一、实验目的1.了解冷塑性变形对金属材料的内部组织与性能的影响；2.了解变形度对金属再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。
在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。
(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。
冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。
金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。
当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。
同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。
金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。
(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。
但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。
若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。
1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。
此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。
但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。
2．再结晶当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过晶核与长大方式进行再结晶。
冷塑变形的名词解释
冷塑变形的名词解释冷塑变形是一种工艺过程，通过冷加工方式改变金属材料的形状和性能。
与热塑变形不同，冷塑变形在常温下进行，不需要高温加热，也不产生熔化和液态变化。
这种方式的应用广泛，可以用于生产各种金属制品，包括金属件、管材和线材等。
1. 冷塑变形的原理和优势冷塑变形利用机械力的作用，在金属表面施加压力，使其形态发生改变。
金属的变形过程涉及晶体结构的变化和原子间的位移。
通过压力作用，金属内部的晶体结构发生滑移、滚动和重构，从而实现形状的改变。
与热塑变形相比，冷塑变形具有以下优势：a. 保留金属的力学性能：由于冷塑变形在常温下进行，金属的晶体结构不会破坏，原子之间的结合力保持良好，因此制成的金属制品具有较高的强度和硬度。
b. 精度高：冷塑变形可以在更低的温度下进行，原材料热膨胀系数小，热变形引起的尺寸误差较小，可以制造出更精确的金属制品。
c. 节省能源和成本：冷塑变形不需要加热设备和高温条件，不仅节省了能源，还降低了生产成本。
同时，冷加工还可以降低生产过程中的杂质含量和氧化层的生成，减少了后续的处理工序。
2. 冷拉伸和冷压缩冷塑变形的主要形式包括冷拉伸和冷压缩。
这两种方式都是通过施加外力使材料形状改变，但应用场景和特点有所不同。
冷拉伸是将金属材料拉伸至一定长度，从而使断面积变小而长度增加。
冷拉伸适用于制造丝材、钢丝绳和金属线等。
在冷拉伸过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，断面出现颈缩现象，形成较高的拉伸强度和延展性。
冷压缩是将金属材料压缩成特定形状，适用于制造金属板材、管材和型材等。
冷压缩过程中，金属材料的晶体结构发生滑移和重构，在特定模具的作用下，使金属原料形成所需的形状和尺寸。
压缩过程中，材料的宽度和厚度均发生变化，所以冷压缩可用于制造曲线形状和复杂几何结构的金属制品。
3. 冷塑变形的应用冷塑变形广泛应用于各个行业的生产制造过程中。
以下列举几个主要的应用领域：a. 汽车工业：冷塑变形被广泛应用于汽车行业，用于生产汽车车身结构件、底盘部件和发动机零部件。
第五章 金属的塑性变形及再结晶
四、金属的热加工
1．热变形加工与冷变形加工的区别
从金属学的观点来看，热加工和冷加工的区别是以再结晶温 度为界限。在再结晶温度之下进行的变形加工，在变形的同时没 有发生再结晶，这种变形加工称之为冷变形加工。而金属在再结 晶温度以上进行塑性变形就称为热加工。
2．热变形加工对金属组织与性能的影响
（1）改善铸态组织 热变形加工可以使金属铸锭中的组织缺陷显 著减少，如气孔、显微裂纹等，从而提高材料的致密度，使金属 的力学性能得到提高。
在工业上常利用回复现象将冷变形金属低温加热既消除应为去应力退火力稳定组织同时又保留了加工硬化性能这种热处理方法称1再结晶过程变形后的金属在较高温度加热时原子活动能力较强时会在变形随着原子的扩散移动新晶核的边界面不断向变形的原晶粒中推进使新晶核不断消耗原晶粒而长大
金属材料及热处理
第五章 金属的塑性变形及再结晶
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
2．冷塑性变形对组织结构的影响 1）产生“纤维组织”
塑性变形使金属的晶粒形状发生了变化，即随着金属外形的 压扁或拉长。当变形量较大时，各晶粒将被拉长成细条状或纤维 状，晶界变得模糊不清，形成所谓的“纤维组织”。
2）产生变形织构
由于在滑移过程中晶体的转动和旋转，当塑性变形量很大时， 各晶粒某一位向，大体上趋于一致了，这种现象称择优取向。 这种由于塑性变形引起的各个晶粒的晶格位向趋于一致的晶粒 结构称为变形织构。
二、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
3．产生残余内应力
经过塑性变形，外力对金属所做的功，约90%以上在使金属变 形的过程中变成了热，使金属的温度升高，随后散掉；部分功转 化为内应力残留于金属中，使金属的内能增加。残余的内应力就 是指平衡于金属内部的应力，它主要是金属在外力的作用下所产 生的内部变形不均匀而引起的。 第一类内应力，又称宏观内应力。它是由于金属材料各部分变形 不均匀而造成的宏观范围内的残余应力。 第二类内应力，又称微观残余应力。它是平衡于晶粒之间的内应 力或亚晶粒之间的内应力。 第三类内应力，又称晶格畸变内应力。其作用范围很小，只是在 晶界、滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡。
焊接材料的塑性变形与断裂机理
焊接材料的塑性变形与断裂机理焊接是一种常见的金属加工方法，通过高温加热和冷却过程将两个或多个金属材料连接在一起。
在焊接过程中，焊接材料的塑性变形和断裂机理是非常重要的因素，它们直接影响着焊接接头的质量和性能。
首先，我们来探讨焊接材料的塑性变形机理。
塑性变形是指金属材料在受到外力作用下发生的可逆形变过程。
在焊接过程中，焊接材料会受到焊接电弧或热源的加热，从而达到熔化温度。
一旦焊接材料熔化，它就会变得可塑性，可以通过外力进行塑性变形。
焊接材料的塑性变形主要是通过热塑性变形和冷塑性变形来实现的。
热塑性变形是指焊接材料在高温下受到外力作用时发生的塑性变形。
在焊接过程中，焊接材料受到焊接电弧或热源的加热，使其达到熔化温度，然后通过焊接工具施加的外力进行塑性变形。
热塑性变形的优点是能够使焊接接头的形状更加精确，缺点是容易产生热裂纹和变形。
冷塑性变形是指焊接材料在冷却过程中受到外力作用时发生的塑性变形。
在焊接过程中，焊接材料在熔化后会迅速冷却，形成焊缝。
在冷却过程中，焊接材料会受到外力的作用，使其发生塑性变形。
冷塑性变形的优点是能够增加焊接接头的强度和硬度，缺点是容易产生冷裂纹和变形。
除了塑性变形，焊接材料的断裂机理也是非常重要的。
断裂机理是指焊接材料在受到外力作用下发生破裂的过程。
在焊接过程中，焊接材料会受到焊接电弧或热源的加热和冷却过程的影响，从而产生内部应力。
如果这些内部应力超过了焊接材料的强度极限，就会导致焊接接头的断裂。
焊接材料的断裂机理主要有两种，一种是脆性断裂，另一种是韧性断裂。
脆性断裂是指焊接材料在受到外力作用下迅速破裂的过程。
脆性断裂的特点是断口平整，没有明显的塑性变形。
脆性断裂主要是由于焊接材料中存在的缺陷或内部应力引起的。
韧性断裂是指焊接材料在受到外力作用下发生延展性破裂的过程。
韧性断裂的特点是断口不平整，有明显的塑性变形。
韧性断裂主要是由于焊接材料中的晶粒细化和断口韧化等因素引起的。
综上所述，焊接材料的塑性变形和断裂机理是影响焊接接头质量和性能的重要因素。
实验一-- 金属冷塑性变形强化与再结晶
实验一：金属冷塑性变形强化与再结晶一、实验目的1、掌握冷变形后金属的显微组织特点和硬度变化规律，理解变形量对金属硬度的影响。
2、掌握再结晶退火温度对再结晶组织形貌及晶粒大小的影响。
二、实验原理金属在外力作用下，当应力超过其弹性极限时将发生不可恢复的永久变形称为塑性变形。
金属发生塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生明显的变化。
经塑性变形后，随着变形量的增加，金属内部晶粒沿变形方向被拉长为偏平晶粒。
变形量越大，晶粒伸长的程度越明显。
变形量很大时，各晶粒将呈现出“纤维状”组织。
同时内部组织结构的变化也将导致机械性能的变化。
即随着变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化或应变硬化。
在本实验中，首先以工业纯铁为研究对象，了解不同变形量对硬度和显微组织的影响。
冷变形后的金属是不稳定的，在重新加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。
其中再结晶阶段金属内部的晶粒将会由冷变形后的纤维状组织转变为新的无畸变的等轴晶粒，这是一个晶粒形核与长大的过程。
此过程完成后金属的加工硬化现象消失。
金属的力学性能将取决于再结晶后的晶粒大小。
对于给定材料，再结晶退火后的晶粒大小主要取决于塑性变形时的变形量及退火温度等因素。
本实验以变形量为50%的工业纯铁为试样，在不同温度下进行再结晶退火，研究退火温度对再结晶组织的影响，并测定再结晶晶粒大小。
三、实验设备和材料1、实验设备液压机，实验轧机，金相显微镜，布氏硬度计2、实验材料（1）变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，一套经表面磨平后用于硬度的测定，一套经磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；（2）工业纯铁经50%塑形变形后，分别在450℃、600℃、750℃保温30分钟，缓冷至室温，经镶嵌、磨制、抛光处理后，用4%HNO3硝酸酒精溶液腐蚀；四、实验内容及步骤1、变形量对工业纯铁冷变形显微组织和硬度的影响。
学习情境三金属材料塑性变形对组织性能的影响
2. 晶粒位向的影响
由于各相邻晶粒位向不同，当一处利于滑移方向晶粒发生滑 移时，必然受到周围位向不同的其他晶粒的约束，使滑移受 到阻碍，从而提高金属塑性变形抗力。
（二） 晶粒大小的影响 晶粒越细，其强度和硬度越高。
细晶强化
晶粒越细晶界越 ，不同位向的晶粒也越 滑 移抗力 强度
晶粒越细晶粒数目越 变形均匀性 应力集 中，裂纹过早产生、扩展 塑性、韧性
一、金属材料变形特性
材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：弹性 变形、塑性变形和断裂。其中对组织和性能影响最大的是 塑性变形阶段。
单晶体的滑移
多晶体
二、单晶体的塑性变形
单晶体塑性变形基本形式：滑移和孪生。
（一）滑移
1、滑移定义
滑移：指晶体在切应力的作用下， 晶体的一部分沿一定的晶面 (滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。 滑移带：当试样经过塑性变形后，在显微镜下观察，可在表面 看到许多相互平行的线条，称之为滑移带。 若干条滑移线组成一个滑移带。
三、 多晶体的塑性变形
单个晶粒变形与单晶体相似。
而多晶体变形是一个不均匀的塑性变 形过程。
（一）晶界及晶粒位向差的影响
1. 晶界的影响
当位错运动到晶界附近时，由于 晶界处的原子排列紊乱，缺陷和 杂质多，能量高，对位错的滑移
起阻碍作用，位错受到晶界的阻
碍而堆积起来,称位错的塞积。使 位错运动阻力增大，从而使金属 的变形抗力提高。
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，这一过程称多边形化。
回复带来的组织性能变化 （1） 宏观应力基本去除，微观应
力仍然残存；
（2）力学性能，如硬度和强度稍 有降低，塑性稍有提高；
05 金属材料热处理 实验五 冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响
实验冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
二、实验说明1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。
金属在发生塑性变形时，外观和尺寸发生了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向伸长，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。
相应的，金属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而塑性、韧性和抗腐蚀性降低。
这一现象称为加工硬化。
为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的塑性变形后再进行显微组织观察。
注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一般磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带出现在晶粒内部，并且一般不穿过晶界。
2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化金属经冷塑性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生回复、再结晶、和晶粒长大。
（1）回复当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维组织的特征。
但晶格畸变已减轻，残余应力显著下降。
但加工硬化还在，固其机械性能变化不大。
（2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。
首先在形变大的部位（晶界、滑移带、孪晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原来伸长的晶粒而长大，最后原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。
由于金属通过再结晶获得新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形以前的状态。
金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成95％所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越高，其关系大致。
为：T＝0.4T熔（3）晶粒长大再结晶完成后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大，温度越高，晶粒越大。
塑性变形对金属组织性能的影响
塑性变形对金属组织性能的影响塑性变形是指金属在外力作用发生不可恢复的变形。
因为金属在变形过程中承受很大的外力，所以金属的组织和性能一定会发生变化。
由于金属发生塑性变形时的温度不同，所以金属塑性变形可以根据变形温度分为冷变形，温变形，热变形。
在不同的温度下，金属发生塑性变形时其组织和性能会发生不同的变化。
1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响金属发生塑性变形时其变形机制主要有位错的滑移，孪生，扭折，高温下还有晶界滑动和扩散蠕变等方式。
在这些变形方式下，金属的组织会在晶粒形状尺寸，亚结构等方面产生变化，还会产生变形织构等。
在位错的运动过程中，位错之间，位错与溶质原子，间隙原子，空位之间，位错与第二相质点之间都会发生相互作用，引起位错数量，分布的变化。
从微观角度来看，这就是金属组织结构在塑性变形过程中发生的主要变化。
随着金属变形的进行及程度的增加，金属内部的位错密度开始增加，这是因为位错在运动到各种阻碍处如晶界，第二相质点等会受到阻碍，位错就会不断塞积和增值，直到可以使得相邻晶粒内的位错发动才能继续运动。
同时位错运动时所消耗的能量中会有一小部分没有转换成热能散发出去，反而会以弹性畸变能的形式存储在金属内部，使金属内部的点阵缺陷增加。
金属冷塑性变形后还会造成金属内部的亚结构发生细化，如原来在铸态金属中的亚结构直径约为0.01cm，经冷塑性变形后，亚结构的直径将细化至0.001-0.00001cm。
同样金属晶体在塑性变形过程中，随着变形程度的增大，各个晶粒的滑移面和滑移方向会逐渐向外力方向转动。
当变形量很大时，各晶粒的取向会大致趋向于一致，从而破坏了多晶体中各晶粒取向的无序性，也称为晶粒的择优取向，变形金属中这种组织状态则称为变形织构。
在塑性变形过程中随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化。
随着变形程度的增大，金属的硬度，强度显著升高，而塑性韧性则显著下降，这一变化称为加工硬化。
加工硬化认为是与位错的运动和交互作用有关。
金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形冷塑
3.1.2 冷塑性变形对金属性能与组织的影响
1.冷塑性变形对金属显微组织的影响 2.亚结构的变化 3.形变织构的产生 形变织构有两种类型: ①拔丝时形成的形变织构称为丝织构，其主要特 征为各晶粒的某一晶向趋于平行于拉 拔方向。 ②轧板时形成的形变织构称为板织构，其主要特 征为各晶粒的某一晶面和晶向分别趋 于平行于 轧制面和轧制方向。
3.2 高分子材料的变形特点
3.2.1 高聚物的弹性变形 图3-7是橡胶的拉伸曲线。
图3-7 橡胶的拉伸曲线
3.2.2 高聚物的黏弹性变形 3.2.3 线型高聚物的变形特点 如图3-8(a)所示。
图3-8 线型高聚物的应力-应变曲线
3.2.4 体型高聚物的变形特点
图3-9 环氧树脂在室温下 单向拉伸和压缩时的应力-应变曲线
思考题
3-1 什么是滑移?
3-2 单晶体塑性变的最基本方式是什么?在实际晶体中，它是通过 什么来实现的?
3-3 多晶体的塑性变形比单晶体复杂，它的不同点主要表现在哪几个 方面?
3-4 塑性变形对金属性能的影响有哪些?
3-5 什么是加工硬化?它在生产中有何利弊?如何消除加工硬化?
3-6 简述加热温度对冷塑性变形金属的组织和性能的影响。
3-7 实际生产中，金属的再结晶温度是如何确定的?
3-8 热加工与冷加工的本质区别是什么?它对金属的组织和性能有何 影响?
3-9 简述高聚物的变形特点。
3-10简述陶瓷的变形特点。
目录
3.晶粒长大
3.1.4 金属的热塑性变形
1.热加工与冷加工的本质区别 金属的冷塑性变形加工和热塑性变形加工是以再结 晶温度来划分的。 凡在金属的再结晶温度以上进行的加工，称为热加 工，如锻造热轧等; 在再结晶温度以下进行的加工称为冷加工，如冷轧 冷拉等。 2.热加工对金属组织和性能的影响 (1)消除铸态金属的组织缺陷 (2)细化晶粒 (3)形成纤维组织 (4)形成带状组织
2-1 金属冷态下的塑性变形
塑性成形的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的复杂得 多，这主要是与多晶体的结构特点有关。 多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒之间存在晶 界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调性是其变形的主要特点。
单晶体与多晶体
金属塑性成形原理
大角晶界
亚晶界
小角晶界
滑移系越多材料的塑性愈好，尤其是滑移方向的作用更明显！ 滑移面对温度具有敏感性,高温下可能出现新的滑移系,塑性增加.
金属塑性成形原理
滑移是金属的一部分相对于另一部分沿滑移面和滑移方向的剪切变形，需要一定的驱 动力来克服滑移运动的阻力，这个驱动力即是外力在滑移面、滑移方向作用的切应力 分量。当此分切应力的数值达到一定大小时，晶体在这个滑移系统上进行滑移。 临界切应力：能引起滑移的这个切应力分量，以τk表示。
最容易发生交滑移的是体心立方金属，因其可以在{110}{112}{123}晶面上 滑移，而滑移方向总是[111]
单滑移
多滑移
交滑移
2．孪生
孪生变形：在切应力作用下晶 体的一部分相对于另一部分沿 一定晶面(孪生面)和晶向(孪生 方向)发生切变的变形过程。
发生切变、位向改变的这一 部分晶体称为孪晶。孪晶与未 变形部分晶体原子分布形成对 称。
cos cos
取向因子
软取向：=0.5或接近于0.5的取向（==45） 硬取向：=0或接近于0的取向（ φ=90,λ=0或φ=0,λ=90 ）
注：单晶体的临界切应力，跟取向无关，不随取向因子的变化而变化
金属塑性成形原理
练习题：P56 第2题 设有一简单立方结构的双晶体，该金属的滑移系是{100}<100>， 在应力作用下，哪个晶体首先滑移？为什么？
第三章_金属冷塑性变形
图3.7 再结晶综合动力曲线
3、微量溶质原子
微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很
大的影响。微量溶质元素会阻碍再结晶，提
高再结晶温度。不 同的溶质元素其提高再结 晶温度的程度也不相同。 微量溶质元素阻碍再结晶，其原因为何？
4、弥散相颗粒
弥散相质点对再结晶的影响主要取决于基体上弥
散相颗粒的大小及其分布。金属发生冷塑性变形时，
二、冷变形与亚结构的形成 金属晶体经充分塑性变形后，在晶粒内部出现了 许多取向不同的小区域，取向差不大，这些小区域 称为亚晶粒，这种组织称为亚结构。
图3.4 冷变形引起的亚晶模型
亚结构是如何形成的？
亚晶的大小、完整的程度和亚晶间的取向差随 材料的纯度、变形量和变形温度而异。 亚晶的特点和规律都可以从位错理论得到满意 的解释。
三储存能与微观组织结构的关系1储存能与位错密度的关系式中常数c052储存能与亚结构的关系式中常数15k是常数3储存能与取向的关系e110e111e112e100图31variationcellsize图32storedenergiescellboundarymisorientationdifferentorientationsrolledironcoldrolledironsteellocalorientation32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
• 塑性变形对位错的数量、分布和组态的影响是和 金属材料本身的性质以及变形温度、变形速度等 外在条件有关的。
一、冷变形与晶粒外形的改变 金属材料外形的改变必然反映在内部晶粒形状的 改变。 晶粒形状的变化与变形方式、变形程度有关； 严重变形后，金属内部组织形貌是纤维组织； 当金属内部有第二相的聚集，或杂质的偏析时， 变形会引起这些区域的伸长而呈带状组织特征。 一般由晶粒伸长而形成的纤维组织可通过退火来 消除，但由杂质或夹杂物伸长而形成的带状组织， 虽经高温退火也难完全消除。
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
图1-12 面心立方晶格金属形变织构示意图
织构的形成使多晶体金属出现各向异性，在冲压复杂形 状零件(如汽车覆盖件等)时，产生不均匀塑性变形则可能导致 工件报废。但是，也可利用织构现象来提高硅钢板的某一方向 的磁导率。
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
二、 冷塑性变形对金属性能的影响 1. 产生加工硬化
金属材料随着冷塑性变形程度的增大，强度 和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称 为加工硬化或冷作硬化，这也是冷塑性变形后的 金属在力学性能方面最为突出的变化。
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
显然，加工硬化是金属内部组织结构发生变化的宏观表 现。经冷变形后，晶界总面积增大，位错密度也增大，位错 线间的距离减小，彼此干扰作用明显增强，使得能够产生滑 移变形的潜在部位减少，从而导致滑移阻力增加，塑性变形 能力降低。再则，金属冷变形后，原来的晶粒破碎了，形成 许多亚结构，在亚晶粒边界上聚集着大量位错，产生严重的 晶格畸变，也对滑移过程产生巨大阻碍。所有这些都使金属 变形抗力升高，塑性和韧性降低。图1-13是ωC=0.3%碳钢冷 轧后力学性能的变化。
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
图1-14 制耳现象
但是织构现象在有些方面是 可以利用的。例如，生产变压器 硅钢片时，其晶格为体心立方， 沿［100］晶向最易磁化，如采 用具有织构取向的硅钢片制作铁 芯，使其［100］晶向平行于磁 场方向，则其磁导率显著增大， 从而提高变压器效率金属组织和性能的影响
图1-13 ωC=0.3%碳钢冷轧后力学性能的变化
冷塑性变形对金属组织和性能的影响
加工硬化使金属强化是以牺牲金属的塑性、韧性为 代价的，而且在冷变形加工过程中随着加工硬化现象的 产生要不断增加机械功率，故对设备和工具的强度提出 了较高要求，随着材料塑韧性的下降，也可能发生脆性 破坏。此外，加工硬化也使冷轧、冷拔、冲压等成形工 艺增加能耗，为恢复塑性继续进行冷变形往往要进行中 间退火，这就使生产周期延长，成本增加。
冷塑性变形金属在加热时的变化
冷塑性变形金属在加热时的变化
图1-17 金属再结晶后的晶粒大 小与其预先变形程度间的关系
图1-18 纯铝片经不同变形度的拉伸 ，再结晶后的显微组织(200×)
冷塑性变形金属在加热时的变化
三、 晶粒长大
再结晶完成后的晶粒是细小的，如再延长加热 时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，成为粗 晶组织，导致金属的强度、硬度、塑性、韧性等力 学性能都显著降低。一般情况下晶粒长大是应当避 免发生的现象。
冷塑性变形金属在加热时的变化
冷变形金属再结晶后晶粒大小与加热温度、保温时间有 关外，还与金属的预先变形程度有关。图1-17表示金属再结 晶后的晶粒大小与其预先变形程度间的关系。由图可见，当变 形程度很小时，金属不发生再结晶，因而晶粒大小不变。变形 度达到2%~10%时，再结晶后其晶粒会出现异常的大晶粒， 这个变形度称为临界变形度，不同的金属，其具体的临界变形 度数值有所不同。随着变形程度的不断增加，由于各晶粒变形 愈趋均匀，再结晶时形核率愈大，因而使再结晶后的晶粒逐渐 变细。当变形量很大(≥90%)时，某些金属再结晶后又会出现 晶粒异常长大现象。图1-18是纯铝片经不同变形度的拉伸， 再结晶后的显微组织。
冷塑性变形金属在加热时的变化
变形后的金属发生再结晶的温度是一个温度范围，并 非某一恒定温度。一般将金属开始再结晶的最低温度称为 再结晶温度(T再)，通常用能够使经大变形量(70%以上)的冷 塑性变形的金属，经1 h加热后能完全再结晶的最低温度来 表示。最低再结晶温度与该金属的熔点有如下关系。
T再=(0.35~0.4)T熔点 式中的温度单位为热力学温度,K。
冷塑性变形金属在加热时的变化
图1-16 工业纯铁再结晶过程的显微组织(200×)
冷塑性变形金属在加热时的变化
什么叫冷塑性变形时的钢的临界变形程度？
什么叫冷塑性变形时的钢的临界变形程度？
金属进行冷加工变形时的变形程度与再结晶后的晶粒大小有一定关系，这在冷加工生产中有重要意义，．因为金属的晶粒不仅影响金属的强度和塑性，而且还影响金属的冲击韧性。
金属在某一变形程度下，再结晶后的晶粒会长得很大；而在变形小于或超过此变形程度时，微信公众号：hcsteel再结晶后的晶粒反而减小。
再结晶后的晶粒尺寸与事先的冷塑性变形程度之间的关系，如图2-20所示。
再结晶后能形成最大晶粒的冷塑性变形程度称为临界变形程度。
各种金属的临界变形程度一般都很小，碳钢大都在2～10%。
因为粗晶粒会使金属的力学性能降低，所以在实际冷轧或冷拔生产时，要避开临界变形程度，采取大于l0%的变形量，以兔造成再结晶后的粗晶粒。
热轧，首先能消除铸造金属中的某些缺陷，如焊合气孔，破碎粗大晶粒以及改变夹杂物的分布等，使金属的致密性和力学性能得到改善。
其次，原料（钢锭或钢坯）鳋讨加热塑性提高，变形抗力降低，因此轧制时可增大变形量，有利于提高生产率。
另外，由于金属变形抗力减小，对轧制设备的要求可以相应低些，所以能降低设备造价，并使电动机能耗大大降低。
热轧的缺点是，高温轧制产生氧化铁皮，使金属表面质量不够光洁；产品的尺寸不够精确，力学性能也不如冷加工好。
冷轧与热轧相比它的优点是，产品表面质量好、尺寸精确、厚度均匀、
力学性能好，并且能生产薄而小的轧件。
冷轧的缺点是轧制压力大，旨强度和精度高、电机功率大，能耗大拿因．此一般冷轧材的生产先用热轧开坯而后进行冷轧。
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1.塑性变形
金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形， 去除外力后，永远残留的那部分变形叫塑性变形
2.弹性变形
金属或合金在外力作用下，都能或多或少地发生变形， 去除外力后，能恢复到原来状态的变形叫塑性变形
3.单晶体塑性变形的主要形式：
滑移 孪生
即在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和 形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移 等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大， 而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。
再结晶 晶粒长大
三、变形后金属中的残余应力 ----- 2 ．第二类内应力 属微观内应力 作用尺度与晶粒尺寸为同一数量级，往往在晶粒内或 晶粒之间保持平衡，是由于晶粒或亚晶粒之间变形 不均匀而引起的。
第二类内应力使金属更容易腐蚀，以黄铜最为 典型，加工以后由于内应力存在，于春季或潮湿环 境下发生应力腐蚀开裂。
6.3 冷变形金属在加热时的变化
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
一.冷塑性变形对金属组织和性能的影响
(二）加工硬化在工程技术中的意义
可以利用加工硬化来强化金属，提高金属强度、硬度和耐磨性；
加工硬化是利用塑性成形技术来加工工件的主要因素
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
一.意义
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
二.冷塑性变形对金属组织 （一）形成纤维组织 （二）亚组织的细化
（三）晶粒位向改变（变形织构）
定义：
F F
当变形量很大， 原来位向不相同 的晶粒会取得接 近于一致的方向
三、变形织构
1．定义：多晶体中位向不同的晶粒取向变成大体一致， 这个过程称为“择优取向”。择优取向后的晶体结 构称为“织构”，由变形引起的织构称为变形织构。 2．丝织构 在拉丝时形成，使各个晶粒的某一晶向转 向与拉伸方向平行，以与线轴平行的晶向 <uvw> 表 示。
在冷变形金属中，由于晶粒破碎拉长及位错等晶 格缺陷大量增加，使其内能升高，处于不稳定的状态， 故一旦对其进行加热造成一定的原子活动能力的条件， 就必然会发生一系列的组织和性能的变化。 通常将冷变形金属在加热时组织和性能的变化分为三 个阶段： 回复 再结晶 晶粒长大
6.3 冷变形金属在加热时的变化
回复
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
三.产生残余应力
在冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀 或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会 形成残余的内应力。
F F
三、变形后金属中的残余应力
金属塑性变形时，外力所作的功除了转化为热 量之外，还有一小部分被保留在金属内部，表 现为残余应力。 按照残余应力平衡范围的不同，通常将其分为 三类：
1．第一类内应力，又称宏观残余应力
2．第二类内应力， 属微观内应力
3．第三类内应力，即晶格畸变应力
三、变形后金属中的残余应力-----1．第一类内应力
又称宏观残余应力，作用范围为整个工件，它是由金属材料 （或零件）各个部分（如表面和心部）的宏观形变不均匀而 引起的。 第一类内应力使工件尺寸不稳定，严重时甚至使工件 在受力之下变形产生断裂。
优 点：
可以利用加工硬化来强化金属，提高金属强度、硬度和耐磨性；
加工硬化是利用塑性成形技术来加工工件的主要因素
加工硬化还可以在一定程度上提高构件在使用过程中的安全性。
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
一.冷塑性变形对金属组织和性能的影响
(二）加工硬化在工程技术中的意义
优 点：
可以利用加工硬化来强化金属，提高金属强度、硬度和耐磨性；
等轴晶粒
受拉伸力
纤维状
性能的变化：有明显的方向性，其纵向的力学性能高于横向的性能
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
二.冷塑性变形对金属组织 金属内部组织的变化，是冷塑性变形引起金属性能变化的 主要原因 （一）形成纤维组织 （二）亚组织的细化
晶粒破碎，亚晶界和位错密度增加，晶粒破碎的程度愈大，亚晶界的量便愈多
加工硬化是利用塑性成形技术来加工工件的主要因素
加工硬化还可以在一定程度上提高构件在使用过程中的安全性。
缺 点：
加工硬化使金属塑性降低，给进一步冷塑性变形带来困难， 耗能大，要想进一步变形，必须进行中间热处理
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
二.冷塑性变形对金属组织 金属内部组织的变化，是冷塑性变形引起金属性能变化的 主要原因 （一）形成纤维组织
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
一.冷塑性变形对金属性能的影响
45号钢力学性能与变形程度的关系曲线
6.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响
一.冷塑性变形对金属组织和性能的影响
(一）加工硬化
随着变形量的增加，金属 的塑性变形抗力将迅速增大， 即强度和硬度显著提高，而塑 性和韧性下降产生所谓“加工 硬化”现象