第三章_金属材料的塑性变形
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
位错密度与强度关系
31
2）随变形量增加，亚结构细化； 3）随变形量增加，空位密度增加； 4）几何硬化：由晶粒转动引起。
• 加工硬化使已变形部分发生硬化而停止变形，而未
变形部分开始变形。没有加工硬化，金属就不会发 生均匀塑性变形。
• 加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热
处理强化的金属和合金尤为重要。
21
晶粒大小对塑性变形的影响
晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要 协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形 的抗力越高，另外，一定的变形量由更多晶粒分散 承担，不会造成局部的应力集中，使在断裂前发生 较大的塑性变形，强度和塑性同时增加，金属在断 裂前消耗的功也大，因而其韧性也较好。
22
第三章 金属材料的塑性变形
❖ 3.1 单晶体和多晶体的塑性变形 ❖ 3.2 金属的形变强化 ❖ 3.3 塑性变形金属在加热时
组织和性能的变化 ❖ 3.4 塑性加工性能及其指标
3.1单晶体和多晶体的塑性变形
3.1.1 单晶体的塑性变形 3.1.2 多晶体金属塑性变形的特点
3.1.1 单晶体的
P
塑性变形
17
3.1.2 多晶体金属塑性变形的特点
单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形更复杂。
（1）不均匀的塑性变形
多晶体是由众多取向不一的单晶体组成。
在某一单向外力作用下各晶体的滑移面上
的分切应力不同，只有一些达到临界切应
硬
力的滑移系才发生滑移。由于晶体之间的
位 向
相互制约，首先滑移的晶体会引起自身或
相邻晶体的转动，从而使原来启动的滑移 系偏离最大切应力方向，而停止滑移。另
滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条 滑移线组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
10
4)滑移的同时伴随着晶体的转动。
转动的原因：晶体滑移后使正应力分量和切应力 分量组成了力偶.
11
韧性断口
12
2、滑移的机理
把滑移设想为刚性整体滑动——滑移面上每一个原子都同时移 到另一个平衡位置，外加的切应力必须同时克服滑移面上所有 原子间的结合力。所需理论临界切应力值比实际测量值大3-4个 数量级。 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。
P ： 载荷 ：正应力 ：切应力
外
力
分 解
在 晶 面
切 应 力 作 用
锌 单 晶 的 拉 伸
上
下
照
的
的
片
变
形
3
塑性变形的形式：滑移和孪生 金属常以滑移方式发生塑性变形 (1) 滑移
滑移是指当应力超过材料的弹性极限后，晶 体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一 部分发生滑动位移的现象。在应力去除后， 位移不能恢复，在金属表面留下变形的痕迹
27
由于晶粒的转动，当 塑性变形达到一定程 度时，会使绝大部分 晶粒的某一位向与变 形方向趋于一致，这 种现象称织构或择优 取向。
无
有
各向异性导致的铜板 “制耳”
丝织构
板织构
形变织构示意图
形变织构使金属呈现各向 异Baidu Nhomakorabea，在深冲零件时，易 产生“制耳”现象，使零 件边缘不齐、厚薄不匀。
但织构可提高硅钢片的导
这种弹性变形便成 为塑性变形晶粒的 变形阻力。
由于晶粒间的这种 相互约束，使得多 晶体金属的塑性变 形抗力提高。
19
（3）晶界的影响
当位错运动到晶界附近时， 受到晶界的阻碍而堆积起 来，称位错的塞积。要使 变形继续进行，则必须增 加外力，从而使金属的变 形抗力提高。
20
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
金属在冷变形时，强度、硬度↑ ，塑性、韧性↓。
加工硬化的原因 塑性变形 → 位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大 → 变形抗力↑
3.2.2 塑性变形对组织及力学性能影响
（1）对组织结构的影响
1）组织纤维化（晶粒变形）：随着塑性变形量增大，原来的 等轴晶相应地被拉长或压扁，形成长条状或纤维状，使材 料产生各向异性。
26
2）亚晶粒的增多：变形前，位错分布均匀。塑性变形伴随着大量位错产生， 由于位错运动和相互间交互作用，并使晶粒“碎化”成许多位向略有差 异的亚晶块（或称亚晶粒）。亚晶粒间界是由位错堆积而成的。
3产生织构：金属中的晶粒的取向一般是无规则的随机排列，尽管每个晶 粒是各向异性的，宏观性能表现出各向同性。当金属经受大量(70%以 上)的一定方向的变形之后,由于晶粒的转动造成晶粒取向趋于一致， 形成了“择优取向”，即某一晶面 （晶向）在某个方向出现的几率明 显高于其他方向。金属大变形后形成的这种有序化结构叫做变形织构， 它使金属材料表现出明显的各向异性。
32
3.2.3 塑性变形产生的残余应力
由于多晶体的晶粒有各种位向和受晶界的约束， 各晶粒的变形先后不一致，有些晶粒的变形较大， 有些变形较小，在同一晶粒内变形也不一致，因而 造成多晶体变形的不均匀性。晶粒内部和晶粒之间 会存在不同的内应力，变形结束后残留在晶粒内部 或晶粒之间形成残余应力。
残余应力分为:
4
1、滑移变形的特点 1) 滑移只能在切应力的
作用下发生。
5
2) 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大， 结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。
6
沿其发生滑移的晶面叫做滑移面； 沿其发生滑移的晶向叫做滑移方向； 它们通常是晶体中的密排面和密排方向。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也 越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
磁率。
28
（2）对力学性能的影响
1）加工硬化 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性 下降的现象称加工硬化。
29
产生加工硬化的原因
1）随变形量增加, 位错密度增加；
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
30
由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加，塑 性降，强度、硬度升高.
发生切变的部分称孪生带或孪 晶，沿其发生孪生的晶面称孪 生面。
15
孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
孪生示意图
16
与滑移相比：
孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距（滑移
是原子间距的整数倍）。 密排六方晶格金属：滑移系少，常以孪生方式变形。 体心立方晶格金属：只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。 面心立方晶格金属：一般不发生孪生变形。
软 位
一些原来不能启动的滑移系开动，进而使
向
整个晶体的塑性变形协调发展。
晶粒所处的位向为易滑移的位向称为 “软位向” 反之谓“硬位向”。先发 生于软位向晶粒，然后到硬位向。
18
（2）晶粒位向差阻碍滑移
由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变 形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发 生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。
P
单晶体受力后，外力在任何晶面
上都可分解为正应力（垂直晶 P
面）和切应力（平行晶面） 。
正应力只能引起弹性变形,当超过
P
原子间结合力时，晶体断裂。
只有在切应力的作用下金属晶体 才能产生塑性变形。
塑性变形的实质是：在应力的作 用下，材料内部原子相邻关系已 经发生改变，故外力去除后，原 子到了另一平衡位置，物体将留 下永久变形。
13
刃位错的运动
晶体通过位错运动产生滑移时，只需要在位错中心的少数原子发生移动， 它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象 称作位错的易动性。
滑移过程中会生成许多位错：塑性变形量增加，晶体中位错密
度增大
14
(2） 孪生
孪生是指晶体的一部分 沿一定晶面和晶向相对 于另一部分所发生的切 变，发生在滑移系较少 或滑移受限制情况下。
1)宏观残余应力即第一类残余应力，是由于金属材 料各部分之间变形不均匀而形成的宏观范围内的残 余应力；
2)微观残余应力即第二类残余应力，是各晶粒或亚 晶粒之间变形不均匀，在各晶粒或亚晶粒间产生的 残余应力；
3)晶格畸变残余应力即第三类残余应力，是金属在 塑性变形后增加了位错和空位等晶体缺陷，使晶体 中一部分原子偏离其平衡位置造成晶格畸变所产生 的残余应力。
580ºC保温3秒后的组织
580ºC保温4秒后的组织
580ºC保温8秒后的组织
冷变形(变形量为38%)黄铜的再结
晶
42
影响再结晶温度的因素
1）金属的预先变形程度 金属预先变形程度越大, 再结晶温度越低。当变形度 达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低 再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系:
3.2 金属的形变强化
3.2.1 形变强化现象 3.2.2 塑性变形对组织及力学性能影响 3.2.3 塑性变形产生的残余应力
3.2.1 形变强化现象
金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化 ，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提高，其 塑性却随之有较大的降低，这种现象称为形变强化，也称 为加工硬化或冷作硬化。
7
6
FCC
金属的塑性：fcc＞bcc＞chp
8
哪个滑移系先滑移？
当作用于滑移面上滑移方向的切应力分量c（分切应力）大于等于一定的临 界值（临界切应力，决定于原子间结合力），才可进行。
c
F A
c os
c os
取向因子
最先达到c的滑移系先开始滑移 滑移时
9
3) 滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整 数倍。
T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
T再与ε的关系
如Fe：T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
43
2）金属的纯度 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素， 起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著 提高。
44
3）再结晶加热速度和加热时间
残余应力的危害主要有： 1）降低工件的承载能力 2）使工件尺寸及形状发生变化 3）降低工件的耐腐蚀性。
消除残余应力的方法：去应力退火。
3.3 塑性变形金属在加热时 组织和性能的变化
3.3.1 回复 3.3.2 再结晶 3.3.3 晶粒长大 3.3.4 冷变形和热变形 3.3.5 金属纤维组织及其应用
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
40
由于再结晶后组织的复 原，因而金属的强度、 硬度下降，塑性、韧性 提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为38%)黄铜580ºC 保温15分后的的再结晶组织
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
41
再结晶温度
再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的 最低温度称再结晶温度。
• 力学性质，如强度、硬度（略下降） 和塑性（略升高）没有明显变化。
38
3.3.2 再结晶
当变形金属被加热到较高温度时， 由于原子活动能力增大，晶粒的 形状开始发生变化，在亚晶界或 晶界处形成了新的结晶核心，并 不断以等轴晶形式生长，取代被 拉长及破碎的旧晶粒，这一过程 称为再结晶。
这种冷变形组织在加热时重新彻 底改组的过程称再结晶。
铁素体变形80% 650℃加热
670℃加热
39
再结晶也是一个晶核形成和长大的 过程，但不是相变过程，再结晶前 后新旧晶粒的晶格类型和成分完全 相同。核心出现在位错聚集的地方， 原子能量最高，最不稳定。它只是 一个形态上的变化。新晶粒中缺陷 减少，内应力消失了 。
SEM-再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核 TEM-再结晶晶粒形核 于高密度位错基体上
37
3.3.1 回复
（1）回复概念
经冷加工的材料在较低的温度保温， 这时材料发生点缺 陷消失，位错重排，应力下降的过程为回复。 利用回复现象将冷变形金属进行低温加热，既可稳定组织又保 留了加工硬化效果的方法为去应力退火
（2）回复引起材料组织和性能变化
• 宏观应力（第一类应力）基本消除， 但微观应力（第二、第三类）仍然残 存。
金属塑性变形后，出现晶粒拉长，位错增多，内应力升高等现象，他们
会引起材料体系能量提高，处于一个高能亚稳态，有向低能态转变的倾
向。
加热促使转变进行
在加热过程中，形变了的材料会发生回复、再结晶和晶粒长大三个过程， 如右图所示 。
回复、再结晶和晶粒的长大，他们都是减少或消除结构缺陷的过程。相应
地,材料的结构和性能也发生对应变化。
利用形变强化现象来提高金属材料的强度，在工业上 应用甚广。例如冷拉钢丝。尤其是对于纯金属以及不能用 热处理强化的合金，这种方法格外重要。
冷态压力加工后位错密度大增，晶格畸变很大，电 阻有所增大，抗蚀性降低；冷变形产品尺寸精度高、表面 质量好，但塑性下降，进一步加工困难。
加工硬化（形变强化—强化材料的手段之一）
31
2）随变形量增加，亚结构细化； 3）随变形量增加，空位密度增加； 4）几何硬化：由晶粒转动引起。
• 加工硬化使已变形部分发生硬化而停止变形，而未
变形部分开始变形。没有加工硬化，金属就不会发 生均匀塑性变形。
• 加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热
处理强化的金属和合金尤为重要。
21
晶粒大小对塑性变形的影响
晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要 协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形 的抗力越高，另外，一定的变形量由更多晶粒分散 承担，不会造成局部的应力集中，使在断裂前发生 较大的塑性变形，强度和塑性同时增加，金属在断 裂前消耗的功也大，因而其韧性也较好。
22
第三章 金属材料的塑性变形
❖ 3.1 单晶体和多晶体的塑性变形 ❖ 3.2 金属的形变强化 ❖ 3.3 塑性变形金属在加热时
组织和性能的变化 ❖ 3.4 塑性加工性能及其指标
3.1单晶体和多晶体的塑性变形
3.1.1 单晶体的塑性变形 3.1.2 多晶体金属塑性变形的特点
3.1.1 单晶体的
P
塑性变形
17
3.1.2 多晶体金属塑性变形的特点
单个晶粒变形与单晶体相似，多晶体变形更复杂。
（1）不均匀的塑性变形
多晶体是由众多取向不一的单晶体组成。
在某一单向外力作用下各晶体的滑移面上
的分切应力不同，只有一些达到临界切应
硬
力的滑移系才发生滑移。由于晶体之间的
位 向
相互制约，首先滑移的晶体会引起自身或
相邻晶体的转动，从而使原来启动的滑移 系偏离最大切应力方向，而停止滑移。另
滑移的结果在晶体表面形成台阶，称滑移线，若干条 滑移线组成一个滑移带。
铜拉伸试样表面滑移带
10
4)滑移的同时伴随着晶体的转动。
转动的原因：晶体滑移后使正应力分量和切应力 分量组成了力偶.
11
韧性断口
12
2、滑移的机理
把滑移设想为刚性整体滑动——滑移面上每一个原子都同时移 到另一个平衡位置，外加的切应力必须同时克服滑移面上所有 原子间的结合力。所需理论临界切应力值比实际测量值大3-4个 数量级。 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。
P ： 载荷 ：正应力 ：切应力
外
力
分 解
在 晶 面
切 应 力 作 用
锌 单 晶 的 拉 伸
上
下
照
的
的
片
变
形
3
塑性变形的形式：滑移和孪生 金属常以滑移方式发生塑性变形 (1) 滑移
滑移是指当应力超过材料的弹性极限后，晶 体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一 部分发生滑动位移的现象。在应力去除后， 位移不能恢复，在金属表面留下变形的痕迹
27
由于晶粒的转动，当 塑性变形达到一定程 度时，会使绝大部分 晶粒的某一位向与变 形方向趋于一致，这 种现象称织构或择优 取向。
无
有
各向异性导致的铜板 “制耳”
丝织构
板织构
形变织构示意图
形变织构使金属呈现各向 异Baidu Nhomakorabea，在深冲零件时，易 产生“制耳”现象，使零 件边缘不齐、厚薄不匀。
但织构可提高硅钢片的导
这种弹性变形便成 为塑性变形晶粒的 变形阻力。
由于晶粒间的这种 相互约束，使得多 晶体金属的塑性变 形抗力提高。
19
（3）晶界的影响
当位错运动到晶界附近时， 受到晶界的阻碍而堆积起 来，称位错的塞积。要使 变形继续进行，则必须增 加外力，从而使金属的变 形抗力提高。
20
晶界对塑性变形的影响
Cu-4.5Al合金晶 界的位错塞积
金属在冷变形时，强度、硬度↑ ，塑性、韧性↓。
加工硬化的原因 塑性变形 → 位错密度增加，相互缠结(亚晶界)，运动阻力加大 → 变形抗力↑
3.2.2 塑性变形对组织及力学性能影响
（1）对组织结构的影响
1）组织纤维化（晶粒变形）：随着塑性变形量增大，原来的 等轴晶相应地被拉长或压扁，形成长条状或纤维状，使材 料产生各向异性。
26
2）亚晶粒的增多：变形前，位错分布均匀。塑性变形伴随着大量位错产生， 由于位错运动和相互间交互作用，并使晶粒“碎化”成许多位向略有差 异的亚晶块（或称亚晶粒）。亚晶粒间界是由位错堆积而成的。
3产生织构：金属中的晶粒的取向一般是无规则的随机排列，尽管每个晶 粒是各向异性的，宏观性能表现出各向同性。当金属经受大量(70%以 上)的一定方向的变形之后,由于晶粒的转动造成晶粒取向趋于一致， 形成了“择优取向”，即某一晶面 （晶向）在某个方向出现的几率明 显高于其他方向。金属大变形后形成的这种有序化结构叫做变形织构， 它使金属材料表现出明显的各向异性。
32
3.2.3 塑性变形产生的残余应力
由于多晶体的晶粒有各种位向和受晶界的约束， 各晶粒的变形先后不一致，有些晶粒的变形较大， 有些变形较小，在同一晶粒内变形也不一致，因而 造成多晶体变形的不均匀性。晶粒内部和晶粒之间 会存在不同的内应力，变形结束后残留在晶粒内部 或晶粒之间形成残余应力。
残余应力分为:
4
1、滑移变形的特点 1) 滑移只能在切应力的
作用下发生。
5
2) 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 因原子密度最大的晶面和晶向之间原子间距最大， 结合力最弱，产生滑移所需切应力最小。
6
沿其发生滑移的晶面叫做滑移面； 沿其发生滑移的晶向叫做滑移方向； 它们通常是晶体中的密排面和密排方向。 一个滑移面和其上的一个滑移方向构成一个滑移系。 滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性也 越好，其中滑移方向对塑性的贡献比滑移面更大。
磁率。
28
（2）对力学性能的影响
1）加工硬化 随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性 下降的现象称加工硬化。
29
产生加工硬化的原因
1）随变形量增加, 位错密度增加；
未变形纯铁
变形20%纯铁中的位错
30
由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加，塑 性降，强度、硬度升高.
发生切变的部分称孪生带或孪 晶，沿其发生孪生的晶面称孪 生面。
15
孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
孪生示意图
16
与滑移相比：
孪生使晶格位向发生改变； 所需切应力比滑移大得多，变形速度极快，接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距（滑移
是原子间距的整数倍）。 密排六方晶格金属：滑移系少，常以孪生方式变形。 体心立方晶格金属：只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。 面心立方晶格金属：一般不发生孪生变形。
软 位
一些原来不能启动的滑移系开动，进而使
向
整个晶体的塑性变形协调发展。
晶粒所处的位向为易滑移的位向称为 “软位向” 反之谓“硬位向”。先发 生于软位向晶粒，然后到硬位向。
18
（2）晶粒位向差阻碍滑移
由于各相邻晶粒位向不同，当一个晶粒发生塑性变 形时，为了保持金属的连续性，周围的晶粒若不发 生塑性变形，则必以弹性变形来与之协调。
P
单晶体受力后，外力在任何晶面
上都可分解为正应力（垂直晶 P
面）和切应力（平行晶面） 。
正应力只能引起弹性变形,当超过
P
原子间结合力时，晶体断裂。
只有在切应力的作用下金属晶体 才能产生塑性变形。
塑性变形的实质是：在应力的作 用下，材料内部原子相邻关系已 经发生改变，故外力去除后，原 子到了另一平衡位置，物体将留 下永久变形。
13
刃位错的运动
晶体通过位错运动产生滑移时，只需要在位错中心的少数原子发生移动， 它们移动的距离远小于一个原子间距，因而所需临界切应力小，这种现象 称作位错的易动性。
滑移过程中会生成许多位错：塑性变形量增加，晶体中位错密
度增大
14
(2） 孪生
孪生是指晶体的一部分 沿一定晶面和晶向相对 于另一部分所发生的切 变，发生在滑移系较少 或滑移受限制情况下。
1)宏观残余应力即第一类残余应力，是由于金属材 料各部分之间变形不均匀而形成的宏观范围内的残 余应力；
2)微观残余应力即第二类残余应力，是各晶粒或亚 晶粒之间变形不均匀，在各晶粒或亚晶粒间产生的 残余应力；
3)晶格畸变残余应力即第三类残余应力，是金属在 塑性变形后增加了位错和空位等晶体缺陷，使晶体 中一部分原子偏离其平衡位置造成晶格畸变所产生 的残余应力。
580ºC保温3秒后的组织
580ºC保温4秒后的组织
580ºC保温8秒后的组织
冷变形(变形量为38%)黄铜的再结
晶
42
影响再结晶温度的因素
1）金属的预先变形程度 金属预先变形程度越大, 再结晶温度越低。当变形度 达到一定值后，再结晶温度趋于某一最低值，称最低 再结晶温度。
纯金属的最低再结晶温度 与其熔点之间的近似关系:
3.2 金属的形变强化
3.2.1 形变强化现象 3.2.2 塑性变形对组织及力学性能影响 3.2.3 塑性变形产生的残余应力
3.2.1 形变强化现象
金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化 ，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提高，其 塑性却随之有较大的降低，这种现象称为形变强化，也称 为加工硬化或冷作硬化。
7
6
FCC
金属的塑性：fcc＞bcc＞chp
8
哪个滑移系先滑移？
当作用于滑移面上滑移方向的切应力分量c（分切应力）大于等于一定的临 界值（临界切应力，决定于原子间结合力），才可进行。
c
F A
c os
c os
取向因子
最先达到c的滑移系先开始滑移 滑移时
9
3) 滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整 数倍。
T再≈0.4T熔 其中T再、T熔为绝对温度.
T再与ε的关系
如Fe：T再=(1538+273)×0.4–273=451℃
43
2）金属的纯度 金属中的微量杂质或合金元素，尤其高熔点元素， 起阻碍扩散和晶界迁移作用，使再结晶温度显著 提高。
44
3）再结晶加热速度和加热时间
残余应力的危害主要有： 1）降低工件的承载能力 2）使工件尺寸及形状发生变化 3）降低工件的耐腐蚀性。
消除残余应力的方法：去应力退火。
3.3 塑性变形金属在加热时 组织和性能的变化
3.3.1 回复 3.3.2 再结晶 3.3.3 晶粒长大 3.3.4 冷变形和热变形 3.3.5 金属纤维组织及其应用
冷变形奥氏体不锈钢 加热时的再结晶形核
40
由于再结晶后组织的复 原，因而金属的强度、 硬度下降，塑性、韧性 提高，加工硬化消失。
冷变形(变形量为38%)黄铜580ºC 保温15分后的的再结晶组织
冷变形黄铜组织性能随温度的变化
41
再结晶温度
再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始， 在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的 最低温度称再结晶温度。
• 力学性质，如强度、硬度（略下降） 和塑性（略升高）没有明显变化。
38
3.3.2 再结晶
当变形金属被加热到较高温度时， 由于原子活动能力增大，晶粒的 形状开始发生变化，在亚晶界或 晶界处形成了新的结晶核心，并 不断以等轴晶形式生长，取代被 拉长及破碎的旧晶粒，这一过程 称为再结晶。
这种冷变形组织在加热时重新彻 底改组的过程称再结晶。
铁素体变形80% 650℃加热
670℃加热
39
再结晶也是一个晶核形成和长大的 过程，但不是相变过程，再结晶前 后新旧晶粒的晶格类型和成分完全 相同。核心出现在位错聚集的地方， 原子能量最高，最不稳定。它只是 一个形态上的变化。新晶粒中缺陷 减少，内应力消失了 。
SEM-再结晶晶粒在原 变形组织晶界上形核 TEM-再结晶晶粒形核 于高密度位错基体上
37
3.3.1 回复
（1）回复概念
经冷加工的材料在较低的温度保温， 这时材料发生点缺 陷消失，位错重排，应力下降的过程为回复。 利用回复现象将冷变形金属进行低温加热，既可稳定组织又保 留了加工硬化效果的方法为去应力退火
（2）回复引起材料组织和性能变化
• 宏观应力（第一类应力）基本消除， 但微观应力（第二、第三类）仍然残 存。
金属塑性变形后，出现晶粒拉长，位错增多，内应力升高等现象，他们
会引起材料体系能量提高，处于一个高能亚稳态，有向低能态转变的倾
向。
加热促使转变进行
在加热过程中，形变了的材料会发生回复、再结晶和晶粒长大三个过程， 如右图所示 。
回复、再结晶和晶粒的长大，他们都是减少或消除结构缺陷的过程。相应
地,材料的结构和性能也发生对应变化。
利用形变强化现象来提高金属材料的强度，在工业上 应用甚广。例如冷拉钢丝。尤其是对于纯金属以及不能用 热处理强化的合金，这种方法格外重要。
冷态压力加工后位错密度大增，晶格畸变很大，电 阻有所增大，抗蚀性降低；冷变形产品尺寸精度高、表面 质量好，但塑性下降，进一步加工困难。
加工硬化（形变强化—强化材料的手段之一）