塑性变形时组织性能与变化

7.温加工的目的 ?
5. 形成带状组织
—— 不同结构的晶粒呈层状排列
低碳钢经热轧后，珠光体和铁素
体有时沿轧向呈带状分布，构成带状 组织。这种组织是由于枝晶偏析或夹
杂物在压力加工过程中被拉长所造成。
带状组织
ຫໍສະໝຸດ Baidu
带状组织也会产生各向异性，但若不存在
较多的拉长非金属夹杂物时，对钢的横向
机械性能影响并不显著，反之，则会使钢
横向的塑性和冲击韧性明显下降。 消除带状组织的方法： 正火处理 高温扩散退火（磷偏析引起）
6.4 温加工变形时组织性能的变化
冷加工：强度↑、塑性↓、表面质量↑、
尺寸精度↑
热加工：强度↓、塑性↑、表面质量↓、
尺寸精度↓
温加工：介于二者之间 T回 ＜T ＜T再 属于不完全硬化变形
一．温加工的目的
１．改善材料的加工性能
高速钢：
冷加工—— 产生严重断裂 150℃加工 —— 只有不严重的裂边 300 ℃加工 —— 无裂纹，可进行拉拔
２．过程
① 形核
三种形核方式
(a)亚晶粒合并形核 (b)亚晶粒长大形核 (c)凸出形核
② 晶核长大 当各个再结晶核心长大到互相接触时，就 形成了完全由大角度晶界所分界的无应变
的新晶粒组织。
３．再结晶温度和再结晶时间
① 再结晶温度：开始再结晶的最低温度TZ
测量TZ的方法常用的有：
金相法：显微镜中观察到第一个新晶粒 或晶界因凸出形核而出现锯齿
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小角度晶界模型
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３．变形织构 原来紊乱的位向出现了有序化，具有严格的 位向性。这个过程叫做“择优取向”。 具有择优取向的晶体组织称为 “变形织构”。
变形织构分为二类：
① 丝织构
各晶粒的某一晶向都平行
于拉伸轴方向。 以此晶向表示丝织构 面心立方：<111>丝织构 体心立方：<110>丝织构
3.不易形成变形织构
4.性能均匀性较差
5.表面质量、尺寸精度较差
二．金属组织性能的变化 1. 使组织致密
2. 使晶粒细化
3. 使夹杂物、第二相破碎 4. 形成纤维组织
金属中未溶夹杂在热加工后沿流向分布，
形成金属流线。
金属流线
这种纤维组织不能因再结晶而改变，仍处
于拉长状态。须经反向压缩变形或采用高
又如六方晶体 —— Zn板
使 (0001)晶面平行轧面，此方向不易变形
—— 织构强化 多做压力容器
二．金属性能的变化
１．机械性能的变化
① 强度↑ （亚晶界↑，晶格畸变）
② 塑性↓
（晶内和晶间受到破坏，附加应力） ③ 各向异性 顺纤维方向的机械性能优于 垂直于纤维方向
２．物理－化学性质的变化
① 密度↓
冷变形金属的组织与所观察的试样截面
有关：
冷轧钢板：
纵向截面 晶粒变形伸长最显著
横向截面
板面
晶粒变形伸长不及前者
晶粒伸长变形不明显，不能 反映板材的实际变形程度
２．亚结构
随ε↑，ρ↑，位错缠结→形成胞状组织
→亚结构，使一个晶粒分割成许多位向差
很小的亚晶粒。 1
亚晶界 = 位错墙
ε↑，胞的数量↑，晶块的尺寸↓， 位向差 ↑
③ 长大过程中，三个晶粒的交角趋于120°
稳定的二维晶粒呈六边形。
④ 晶粒长大速度比再结晶速度要小得多 ⑤ 晶粒长大均匀 ，平均
尺寸连续增大
２．反常长大（二次再结晶）
二次再结晶产生的条件如下： ① 微粒（杂质或第二相粒子）
阻碍晶界移动
② 再结晶织构 只在一定取向上易长大 晶界迁移率小
③ 晶粒间的位向差小
99%Al，TZ =290 ℃
合金元素↑， TZ↑ ，d↓ 低碳钢， TZ ≈ 670 ℃ 18-8不锈钢， TZ ＞800 ℃
② 变形程度
ε↑ ，TZ ↓
ε－d 关系，如图示
③ 保温时间
ε 一定，保温时间越长， TZ ↓
④ 原始晶粒度
在其他条件相同的情况下，原始晶粒
越细小，则变形抗力越大，贮存能越高，
消失途径：与间隙原子复合
跑到晶界或表面 与位错起作用
② 中温回复 一部分异号位错发生复合、对消
③ 高温回复
形成多边化亚晶
多边化实质：冷变形后，由于同号位
错在滑移面塞积所引起点阵弯曲的晶
体，在加热时，通过刃型位错的攀移 和滑移，使同号位错沿滑移面法向排
列成小角度亚晶界的过程。
位错为什么要从横向排 列变成竖直排列？？
④ 表面有热蚀沟（板材高温长期加热形成）
四．再结晶织构
冷变形后的金属在再结晶过程中所形成
的织构
金属在变形过程中所形成的变形织构，
再结晶后可出现三种情况：
１．保持或加强原有织构 ２．形成新的织构
３．晶粒取向混乱
五．再结晶图
—— 以图解的形式表示再结晶结束后
的平均晶粒尺寸与变形程度、再
结晶温度的关系。
TZ ↓，d↓
５．再结晶特点
① 内应力全部消除
② 恢复了机械性能
③ 修复了显微裂纹 ④ 使化学成分均匀
强度↓、塑性↑
⑤ 消除了各向异性
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三．晶粒长大
１．正常长大（均匀长大）
晶界能是晶粒长大的推动力。
它有如下特点：
① 晶粒长大是依靠晶界的移动，使大晶粒
吞并小晶粒，并不是晶粒的合并。
② 晶粒界面的曲率是晶界移动的驱动力。
② 板织构
各晶粒的某一晶面平行于板面，某一晶向平行于
轧制方向 。 板织构用晶面和晶向共同表示
如 (100)[011]板织构 表示： (100)平行轧面 [011]平行轧向
材料产生织构时，出现各向 异性。 不利方面： 冲压时易出现“制耳效应”
有利方面：
对于变压器用的硅钢片，为了提高磁
性，特地在最易磁化方向 <100>形成织构。
② 电阻↑ 导电性↓
③ 导热性↓
④ 引起磁性变化
⑤ 化学活性↑ 溶解性↑ 耐蚀性 ↓
6.2 回复与再结晶
变形以后的金属在加热过程中可分为
回复、再结晶、晶粒长大三阶段。
回复：新晶粒产生以前 再结晶：产生新晶粒的过程
晶粒长大：新晶粒的长大过程
一．回复
１．定义 原子回到稳定的平衡位置的过程
２．机理 ① 低温回复 晶内变化主要是空位消失
6．塑性变形时组织性能的变化
6.1 冷加工变形时组织性能的变化 冷加工：T＜ T回 一．金属组织的变化 属于完全硬化的变形过程
１．晶粒被拉长
随ε↑，各晶粒沿最大主变形方向被拉长
（或压扁），形成纤维状。
晶粒拉长的程度取决于： ① 变形程度 ε↑，纤维组织越明显，拉长↑
② 主变形图示 两向压缩一向拉伸最有利于晶粒 的拉长
第一类再结晶图：冷加工工艺
退火 T℃－ε－d 第二类再结晶图：热加工工艺 静态
热加工 T℃－ε－d 动态
１．温度一定，
ε－d 的关系 ２．变形程度一定， T℃－d的关系
6.3 热加工变形时组织性能的变化 热加工：在再结晶温度以上进行的加工，属 于完全软化过程 一．热加工的特点 1.变形抗力小 2.塑性升高 能耗少 产生断裂的倾向性减小
２．改善产品的使用性能
① 提高力学性能
在塑性降低不多的情况下提高强度。
见表3-3
② 减小松驰现象
③ 提高疲劳强度 亚晶界↑↑，不利于疲劳裂纹的传播
思考题
1.冷加工变形后,金属的组织和性能有何变化? 2.什么叫变形织构?它分几种?织构对材料性能有何影响 3.什么叫回复(再结晶)? 回复(再结晶)的特点? 4.什么叫二次再结晶?它发生的原因有哪些? 5.什么叫再结晶图?它有何作用?学会看懂再结晶图. 6.热加工有哪些特点?它与冷加工相比有什么区别?
状边缘的退火温度。
硬度法：硬度－退火温度曲线上硬度开始
显著降低的温度。
工业生产中通常以经过大变形量（～70%
以上）的冷变形金属，经一小时退火能完 全再结晶的最低退火温度定为TZ 。
② 再结晶时间：一定温度下，完成一定量 （95%）再结晶所需要的时间。
４．影响再结晶的主要因素
① 金属本性
杂质↑， TZ↑ ，d↓ 如纯Al ，TZ =90℃
３．回复特点
① 消除大部分内应力，弹性应变基本消除
② 恢复部分物理－化学性能 电阻率↓，耐蚀性↑
③ 机械性能变化不大
④ 晶粒外形、位向不变 ⑤ 晶间、晶内微裂纹未得以修复 去应力退火 1
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二．再结晶
重结晶?
１．定义
随加热温度升高，在形变金属的基体上出现 无应变的新晶粒，直至全部基体都被这些新 晶粒所取代的过程。
温长时间退火才能消除。
纤维组织的存在，使金属产生各向异性。 顺纤维方向较垂直于纤维方向具有较高的
机械性能，尤其是塑性和韧性。见表3-2
用热加工方法制造零件时：
尽量使流线与零件工作时所受到的最
大拉应力方向相一致，与外加的剪切
应力或冲击力的方向相垂直。 减弱纤维组织的方法：
提高材料的洁净度
减少第二相的体积百分数