第五章金属材料的塑性变形

晶粒的异常长大
再结晶后的晶粒尺寸
• 1、预先变形量一般随
着变形量的增加，再结晶后 的晶粒尺寸不断减小
• 2、退火温度和时间：
• 其他条件相同时，退火 温度高、保温时间长， 所得到的晶粒尺寸愈大。 再结晶退火一般均采用 保温பைடு நூலகம்2小时
三、金属热加工的作用
1。热加工的概念 ●在再结晶温度（T再）以下的加工变形称为冷加工，冷
第四节 强化金属的基本原理和方法 一、基本原理
阻碍位错运动，使滑移困难，金属得到强化。 二、主要方法 1。细晶强化：晶界阻碍位错运动。同时提高塑性、韧性。 2。固溶强化：溶质原子使晶格畸变，阻碍位错运动。 3。弥散强化：在基体中形成弥散分布的第二相质点，阻碍位
错运动。有时称为沉淀强化。 4。加工硬化：冷加工变形增大位错密度，位错阻碍位错运动。
多晶体的塑性变形过程 1、不均匀的塑性变形过程
首先“开动”的是“软取向”， 同时这些晶粒发生转动，而变成 “硬取向”。 2、晶粒间位向差阻碍滑移进行
3、晶界阻碍位错运动
二、细晶粒钢具有优良的综合力学性能
• 细晶强化
• 1。晶粒越细，则晶界越多，位错运动更困难，强度就 越高。 Hall-Petch公式： σs =σ0 + Kd –1/2 2。晶粒越细，变形分散，应力集中小，裂纹不易产生 和发 展，塑性和韧性就越好。
（a）
(b)
(c)
铝合金板材经过85%的冷加工并加热后的组织，(a) 85% 冷加工的组织；(b)在302℃1小时的组织，此时可见组织中 开始再结晶；(c)316℃加热1小时的组织，可见再结晶的晶粒 及未发生再结晶的晶粒。
1。的回温复度阶。段：在再结晶温度（T再一般大于0.4Tm ）以下
只发生晶格内部的变化，变形晶粒外形不变，加工硬化保 留，但内应力下降。
一、塑性变形后金属的状态 塑性变形后金属加工硬化且有内应力残留，处于不稳定状态。加 热促使原子运动，使以下转变得以进行。
二、塑性变形后金属加热时的组织性能变化 按加热温度的不同，可分为三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大
再结晶过程中显微组织的变化
1、再结晶温度： T = 0.4Tm
再结晶过程中显微组织的变化
临界分切应力是真正表示 晶体屈服实质的一个物理量， 它不随试样的取向而变化， 只决定于晶体内部的实际状 况。
二、滑移的本质
1。实际金属滑移所需的切应力比理论值低几个数量级，如：
金属 滑移理论切应力 滑移实测切应力
Cu
6272 MPa
0.98 MPa
Ag
4410 MPa
0.588 Mpa
Zn
4704 Mpa
1、作用在滑移面上的剪切应 力为：


F cos A0 / cos
cos cos
F cos cos cos cos
A0
其中：
m

cos cos(90 )

1 2
si
n2
m称为Schmit因子
5 临界分切应力定律（Schmit定律）
实验证明
晶体的取向不同，虽然试 样开始屈服时（即开始滑移 时）的屈服强度变化很大， 但是计算出的分切应力总是 一个定值，这个值称为临界 分切应力，这个规律叫临界 分切应力定律。
度、硬度上升，塑性、韧性下降 的现象。 原因：塑性变形使位错密度增大， 晶粒碎化，晶格严重畸变，位错 运动越来越困难。加工硬化也称 位错强化。 应用：●提高金属强度。
●使冷变形产品得到均匀 的变形。
⑵ 因变形不均匀，残留内应力，易变形开裂，且 耐蚀性下降。
塑性变形对性能的影响：
第三节 塑性变形后金属在加热时的变化
第五章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体的塑性变形 一、滑移
• 其特征是： • 滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍， • 滑移后滑移面两侧的晶体位向保持不变，
• 滑移的结果使晶体产生台阶。
1、单晶体的滑移
铜单晶塑性变形后表面的 滑移带
单晶体塑性变形时滑移带的形成过程
2、晶体中的孪生：
2、孪生
三、塑性变形对金属组织性能的影响
1。对组织结构的影响 ⑴产生纤维组织 晶粒及夹杂物沿变形方向伸长及分布，使纵向力学性 能大于横向。 ⑵亚结构细化 因塑性变形时的位错运动、增殖和其间复杂的交互作 用，位错密度增加，产生位错缠结，使晶粒碎化成更 小的亚晶粒。
•］ • （３）产生形变织构
2。对力学性能的影响 ⑴加工硬化：塑性变形使金属的强
加工会产生加工硬化和内应力。 ●在再结晶温度（T再）以上的加工变形称为热加工，热
加工时再结晶同时发生，形成等轴晶粒，加工硬化和 内应力会同时消除。
2。金属热加工（锻造）的作用 ●消除铸态金属的组织缺陷（晶粒粗大、不致密等）。 ●形成合理的纤维组织，即热加工流线。当流线与零件
承受的主要应力方向一致时，可提高零件的寿命。
第五章 金属材料的塑性变形
第一节 单晶体的塑性变形 塑性变形的基本方式方式:滑移和孪生
一、滑移
1。在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部 分发生滑动位移的现象。 ●此晶面称滑移面，此晶向称滑移方向，通常是晶体中原子排列最 紧密的晶面和晶向。 ●在滑移面及滑移方向上的切应力达到一定大小（临界值），滑移 就开始进行。
应用：去应力退火，用于去除冷塑性变形后的残留应力。
2。再结晶阶段：在再结晶温度（T再）以上的温度。
逐渐形成与原始变形晶粒晶格相同的等轴晶粒，加工硬化、 内应力完全消除。
应用：再结晶退火，用于冷压力加工中的中间退火。
3。晶粒长大阶段：再结晶完成后继续加热。 晶粒不均匀异常长大，使力学性能恶化，应当避免。
晶体孪生示意图
滑移与孪生后表 面形貌的差别
３。滑移系 晶体中的一个滑移面加上此面上的一个滑移方向合称一 个滑移系。 滑移系的数目越多，一个滑移面上的滑移方向越多，则 晶体的塑性越好。故金属材料中 fcc 的塑性最好，bcc次 之，hcp最差。
4 滑移的临界分切应力
故当φ=45°时m有最大值1/2。
0.921 Mpa
2。研究证明： ●滑移是通过位错运动进行的。
●滑移时又会产生大量新的位错， 即位错增殖。
3。任何阻碍位错运动的因素都 使滑移的阻力增大，增加塑 性变形的难度，就可以提高 金属材料的强度。
这就是强化金属的基本原理。
30年代，英国 物理学家Tayler
滑移的实质是位错的运动
大量的理论研究证明，滑移原来是由于滑移面上的 位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在 切应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一 根位错从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个 原子间距的滑移。
也称位错强化。 5。相变强化：如P转变成M。
金属材料的合金化与热处理综合运用了上述强化手段，有 效地强化金属。
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在这张照片 中,“菱型”为 位错在样品中 的位置. 放大倍 数为750. 材料 为LiF
第二节 多晶体金属的塑性变形
一、多晶体塑性变形的特点
多晶体受外力作用时，各晶粒的滑移系上均受到分 切应力的作用，但 1。各晶粒的滑移系所受分切应力的大小不一，达到 临界值的先后不一，故变形不均匀。 2。因晶界及晶粒取向的影响，变形更困难。
冷加工(35%变形)后晶粒
580C加热3秒钟后出现非常细小的 晶粒
再结晶过程中显微组织的变化
580C加热4秒后,部分变形区域的 580C加热8秒后,再结晶晶粒全部
晶体被再结晶晶粒取代
取代了变形晶粒
再结晶过程中显微组织的变化
580C加热15分后,晶粒长大
700C加热10分后,晶粒变的粗大
再结晶过程中显微组织的变化