金属的塑性变形与强化
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形时的温度处于金属的再结晶温度以上还是以下来划分的。
热加工：在再结晶温度以上的塑性变形加工。 冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形加工。
轧制
模锻
拉拔
第 3节 金属的热加工
金属的热加工及其对组织、性能影响
钢材的热锻和热轧，温度处于再结晶温度以上，金属塑性变形 后，随即发生再结晶。塑性变形引起的加工硬化随即消除，使材 料保持良好的塑性状态。
（1）热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高 金属的致密度；减轻或消除枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分 布等。
（2）热加工使金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成纤维 组织，钢产生各向异性。制定加工工艺时，应使流线尽量与拉应 力方向一致。
（3）热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过 再结晶获得等轴细晶粒。
• 一个滑移面和其上 的一个滑移方向构 成一个滑移系。
三种典型晶格的滑移系
第 1 节 金属的塑性变形
2、孪生：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。
金属的孪生
孪晶组织
• 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。 • 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
第 1 节 金属的塑性变形
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化 工程应用
再结晶退火主要用于金属冷加工工艺过程中，使冷压 力加工得以进一步进行。
多次再结晶退火处理 Φ5mm的钢丝最终拉拔成 Φ0.1~0.2mm
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
晶 晶粒进一步长大 粒 强度进一步下降 长 大 塑性先升后降
第 1 节 金属的塑性变形
2、塑性变形对性能影响 (a) 形变强化（加工硬化）—金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属的强度和硬度显著升高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为 加工硬化，也叫形变强化。
工业纯铁(1) 和低碳钢(2)的加工硬化
第 1 节 金属的塑性变形
重要的强化手段
有利
使冷塑性成型工艺得以顺利进行
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。
第 1 节 金属的塑性变形
二、多晶体金属的塑性变形
1、不均匀的塑性变形过程：滑移系
与外力夹角等于或接近于45°的晶
粒首先发生滑移，然后位错塞积、 σ
组织无明显变化 回 强度略有下降
复 塑性略有升高 内应力大部去除
再
再结晶形成新等轴晶
强度大大下降
结
塑性大大升高
晶
内应力完全去除
晶
晶粒进一步长大
粒
强度进一步下降
长
大
塑性先升后降
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
加热温度不高, 组织无明显变化
回
强度略有下降
复
塑性略有升高
内应力大部去除
工程应用
σ
相邻晶粒转动使滑移由一批晶粒传
递到另一批晶粒，导致金属显示出 明显的塑性变形。
铜多晶试样拉伸后形成的滑移带
2、晶粒间位向差阻碍滑移：各相邻晶粒之间存在位向差，一个晶粒发生塑性 变形时，在足够大的外力下带动或引起其他相邻晶粒也发生滑移，增大了晶 粒变形的阻力，提高了抵抗塑性变形的能力。
第 1 节 金属的塑性变形
3、晶界阻碍位错运动：当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起 来，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。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。
晶粒大小与来自百度文库属强度关系
第 1 节 金属的塑性变形
三、塑性变形对组织和性能的影响
加工硬化
抵抗偶然过载
有害 使进一步塑性变形困难
拉拔示意图
第 1 节 金属的塑性变形
(b) 产生各向异性 有害 变形量不均匀—制耳 利用 如变压器硅钢片
(c) 产生残余应力
弯曲变形后金属板中的残余应力
冷冲压件的制耳现象
有害 使用中变形 应力腐蚀
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
对变形后的金属进行加热，金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。
• 降低内应力，稳定零件尺寸； • 提高导电性； • 防止应力腐蚀。 • 此阶段称为“去应力退火”
变形金属在不同加热温度 时组织和性能变化示意图
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
加热温度较高
再 再结晶形成新等轴晶 结 强度大大下降 晶 塑性大大升高
内应力完全去除
此阶段又称再结晶退火
变形金属在不同加热温度 时组织和性能变化示意图
1、塑性变形对组织影响
未变形 原始晶粒
25％变形
滑移线
50％变形
拉长或压 扁的晶粒
75％变形
细条状纤维 组织
第 1 节 金属的塑性变形
三、塑性变形对组织和性能的影响
形变织构：多晶体中各晶粒的某些位向与变形方向趋于一致。形 变织构不能够在显微镜下观察到，但可通过X光线衍射检测。
形变织构示意图
亚晶粒形成 ：金属经大的塑性变形时, 位错密度增大, 大量位错 堆积在局部地区, 相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许 多位向略有不同的小晶块, 产生亚晶粒。
生滑动位移的现象。
第 1 节 金属的塑性变形
1） 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称 临界切应力。
a)
b)
c)
d)
通过位错运动进行滑移的示意图
2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面(滑移面)和晶向(滑移 方向)发生，即滑移面一般为密排面，滑移方向一般为密排 方向。
第 1 节 金属的塑性变形
一个晶粒的边界向另一个晶粒中迁移 晶格位向逐步改变为与其相同晶粒被 逐步“吞并”
变形金属在不同加热温度时组 织和性能变化示意图
第 3节 金属的热加工
金属塑性变形加工方法： 热加工：热锻、热轧、热挤压、热拔 冷加工：冷镦、冷轧、冷挤压、冷冲、切削 热加工和冷加工不是根据变形时是否加热来区分，而是根据变
工程材料及应用
第 4 章 金属的塑性变形与强化
工程材料及应用 第 4 章 金属的塑性变形与强化
目录
1 金属的塑性变形 2 冷塑性变形金属加热时组织和性能变化 3 金属的热加工 4 金属材料的强韧化
第 1 节 金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形
• 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：晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发
热加工：在再结晶温度以上的塑性变形加工。 冷加工：在再结晶温度以下的塑性变形加工。
轧制
模锻
拉拔
第 3节 金属的热加工
金属的热加工及其对组织、性能影响
钢材的热锻和热轧，温度处于再结晶温度以上，金属塑性变形 后，随即发生再结晶。塑性变形引起的加工硬化随即消除，使材 料保持良好的塑性状态。
（1）热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高 金属的致密度；减轻或消除枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分 布等。
（2）热加工使金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成纤维 组织，钢产生各向异性。制定加工工艺时，应使流线尽量与拉应 力方向一致。
（3）热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过 再结晶获得等轴细晶粒。
• 一个滑移面和其上 的一个滑移方向构 成一个滑移系。
三种典型晶格的滑移系
第 1 节 金属的塑性变形
2、孪生：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。
金属的孪生
孪晶组织
• 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。 • 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
第 1 节 金属的塑性变形
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化 工程应用
再结晶退火主要用于金属冷加工工艺过程中，使冷压 力加工得以进一步进行。
多次再结晶退火处理 Φ5mm的钢丝最终拉拔成 Φ0.1~0.2mm
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
晶 晶粒进一步长大 粒 强度进一步下降 长 大 塑性先升后降
第 1 节 金属的塑性变形
2、塑性变形对性能影响 (a) 形变强化（加工硬化）—金属发生塑性变形, 随变形度增大, 金属的强度和硬度显著升高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为 加工硬化，也叫形变强化。
工业纯铁(1) 和低碳钢(2)的加工硬化
第 1 节 金属的塑性变形
重要的强化手段
有利
使冷塑性成型工艺得以顺利进行
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。
第 1 节 金属的塑性变形
二、多晶体金属的塑性变形
1、不均匀的塑性变形过程：滑移系
与外力夹角等于或接近于45°的晶
粒首先发生滑移，然后位错塞积、 σ
组织无明显变化 回 强度略有下降
复 塑性略有升高 内应力大部去除
再
再结晶形成新等轴晶
强度大大下降
结
塑性大大升高
晶
内应力完全去除
晶
晶粒进一步长大
粒
强度进一步下降
长
大
塑性先升后降
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
加热温度不高, 组织无明显变化
回
强度略有下降
复
塑性略有升高
内应力大部去除
工程应用
σ
相邻晶粒转动使滑移由一批晶粒传
递到另一批晶粒，导致金属显示出 明显的塑性变形。
铜多晶试样拉伸后形成的滑移带
2、晶粒间位向差阻碍滑移：各相邻晶粒之间存在位向差，一个晶粒发生塑性 变形时，在足够大的外力下带动或引起其他相邻晶粒也发生滑移，增大了晶 粒变形的阻力，提高了抵抗塑性变形的能力。
第 1 节 金属的塑性变形
3、晶界阻碍位错运动：当位错运动到晶界附近时，受到晶界的阻碍而堆积起 来，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。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。
晶粒大小与来自百度文库属强度关系
第 1 节 金属的塑性变形
三、塑性变形对组织和性能的影响
加工硬化
抵抗偶然过载
有害 使进一步塑性变形困难
拉拔示意图
第 1 节 金属的塑性变形
(b) 产生各向异性 有害 变形量不均匀—制耳 利用 如变压器硅钢片
(c) 产生残余应力
弯曲变形后金属板中的残余应力
冷冲压件的制耳现象
有害 使用中变形 应力腐蚀
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
对变形后的金属进行加热，金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大过程。
• 降低内应力，稳定零件尺寸； • 提高导电性； • 防止应力腐蚀。 • 此阶段称为“去应力退火”
变形金属在不同加热温度 时组织和性能变化示意图
第 2节 冷塑性变形金属加热时组织和性能的变化
加热温度较高
再 再结晶形成新等轴晶 结 强度大大下降 晶 塑性大大升高
内应力完全去除
此阶段又称再结晶退火
变形金属在不同加热温度 时组织和性能变化示意图
1、塑性变形对组织影响
未变形 原始晶粒
25％变形
滑移线
50％变形
拉长或压 扁的晶粒
75％变形
细条状纤维 组织
第 1 节 金属的塑性变形
三、塑性变形对组织和性能的影响
形变织构：多晶体中各晶粒的某些位向与变形方向趋于一致。形 变织构不能够在显微镜下观察到，但可通过X光线衍射检测。
形变织构示意图
亚晶粒形成 ：金属经大的塑性变形时, 位错密度增大, 大量位错 堆积在局部地区, 相互缠结, 形成不均匀的分布, 使晶粒分化成许 多位向略有不同的小晶块, 产生亚晶粒。
生滑动位移的现象。
第 1 节 金属的塑性变形
1） 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小切应力称 临界切应力。
a)
b)
c)
d)
通过位错运动进行滑移的示意图
2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面(滑移面)和晶向(滑移 方向)发生，即滑移面一般为密排面，滑移方向一般为密排 方向。
第 1 节 金属的塑性变形
一个晶粒的边界向另一个晶粒中迁移 晶格位向逐步改变为与其相同晶粒被 逐步“吞并”
变形金属在不同加热温度时组 织和性能变化示意图
第 3节 金属的热加工
金属塑性变形加工方法： 热加工：热锻、热轧、热挤压、热拔 冷加工：冷镦、冷轧、冷挤压、冷冲、切削 热加工和冷加工不是根据变形时是否加热来区分，而是根据变
工程材料及应用
第 4 章 金属的塑性变形与强化
工程材料及应用 第 4 章 金属的塑性变形与强化
目录
1 金属的塑性变形 2 冷塑性变形金属加热时组织和性能变化 3 金属的热加工 4 金属材料的强韧化
第 1 节 金属的塑性变形
一、单晶体金属的塑性变形
• 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：晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发