塑性变形对金属组织和性能的影响

塑性变形对组织结构的影响

多晶体金属塑性变形后，除晶粒内出现滑移带和孪晶等特征外

()一晶粒形状的变化

1. 外形尺寸改变是内部晶粒变形的总和

2. 晶粒形状发生变化，变形方式和变形量不同，晶粒形状变化也不同

3. 如轧制时

a) 晶粒沿变形方向伸长

b) 变形程度越大，伸长程度越大

c) 变形量很大时，形成纤维组织，纤维组织的方向就是金属的伸展方向 d) 当金属中含有杂质时，杂质沿变形方向被拉长为细带状或粉碎成链状，

在光滑显微镜下分辨不出晶粒和杂质

()二亚结构的细化

亚结构的细化数据

1. 铸态金属的亚结构直径为cm 210-

2. 冷塑性变形后亚结构直径为cm 6410~10--

凸6.30为低碳钢的形变亚结构

形变亚结构元素：

1. 形变亚结构的边界和内部：

2. 胞块间的夹角和胞壁的厚度：

3. 位错的分布：

4. 变形量越大，胞块数量越多，胞块尺寸越小，胞块间取向差越大

5. 胞状亚结构的形状随晶粒形状改变而改变，沿变形方向伸长

形变亚结构：

高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域

形变亚结构的形成原因：

位错源产生的位错在运动过程中遇到各种障碍物如晶界，第二相颗粒及割阶等形成位错缠结，便形成高密度缠结位错分割开的位错密度较低的区域

()三形变织构

晶粒择优取向现象

多晶体塑性变形也会发生转动，当变形量很大时原来任意取向的晶粒逐渐趋于一致，这种现象就叫做晶粒的择优取向

织构和形变织构

1.具有择优取向的组织就叫做织构

2.在金属变形后形成的织构就叫做形变织构，当然还有其他的织构

同一种材料加工方式不同类型织构类型不同

1.丝织构：拉拔时形成，各晶粒的某一晶向平行或近似平行拉拔方向

2.板织构：轧制时形成，各晶粒的某一晶面平行于轧制平面，某一晶向平行于

轧制方向

表6.3常见金属的丝织构与板织构

织构的出现：

1.多晶体组织性能出现各向异性，例如

2.但在某些情况下织构的存在是有利的，例如

将有织构的板材冲压成杯状零件产生制耳现象：

板材各方向变形能力不同工件边缘不齐壁厚不均匀

变压器铁心用的硅钢片：

1.100方向最易磁化

2.用此硅钢片制作电机电器：减少铁损，提高设备效率，减轻设备重量，节约

钢材

二，塑性变形对金属性能的影响

()一加工硬化

消除加工硬化进一步冷加工需要进行再结晶退火处理

加工硬化现象：

变形程度增加，强度硬度增加，塑性韧性减小

加工硬化数据：

σ由原来的500MPa增加到700MPa 1.0.3%的碳钢变形度为20%时抗拉强度

b

σ由原来的500MPa增加到900MPa 2.0.3%的碳钢变形度为70%时抗拉强度

b

加工硬化原因或强度增加的原因：并没有解释塑性韧性降低的原因

总起来说是和位错的交互作用有关。随塑性变形进行，位错密度增加，位错相互交割，形成固定割阶位错缠结，位错运动阻力增加，变形抗力增加，金属强度增加

加工硬化的实际意义和不利影响

1.自行车链条用的链板：负荷能力调高了将近一倍

2.不能用热处理强化的材料：塑性很好强度较低的铜铝及某些不锈钢，往往生

产成冷轧棒材和冷轧板材

3.某些工件或半成品必须产生加工硬化才能成型：冷拔钢丝和金属薄板的拉伸

过程，变形转移到未变形部分

4.提高某些零件或构件在使用过程中的安全性：各个部位的受力不均匀，偶尔

过载部位的变形自行停止，应力集中自行减弱

5.冷加工时，塑性变形到一定程度，变形抗力极大，进一步变形异常困难，需

要增加设备功率，增加动力消耗

6.加工硬化，塑性降低，继续变形导致开裂

()二塑性变形对其他物理化学性能的影响

1.金属及合金的比电阻增加，导电性能和电阻温度系数降低，热导率略微降低

2.磁导率和磁饱和度降低，磁滞和矫顽力增加

3.提高金属的内能和化学活性，腐蚀速度增加

4.晶体缺陷增加，扩散激活能减小，扩散速度增加

三，残留应力

金属塑性变形外力所作的功：

1.大部分转化为热能

2.小部分约为10%保留在金属内部，形成残留内应力和点阵畸变

()一宏观内应力

原因：

材料或工件各部分不均匀变形

宏观内应力：

它是使整个物体范围内维持平衡的力，消除一部分，平衡破坏产生变形

举例：

冷拉圆钢车去一层，平衡破坏产生变形

()二微观内应力

原因：

晶粒和亚晶粒不均匀变形

微观内应力：

晶粒或亚晶粒范围内维持平衡的力

潜在危害：

局部区域可能很大，使工件在不大的外力作用下产生显微裂纹，甚至断裂()三点阵畸变

原因：

塑性变形使金属内部产生大量位错和空位，点阵中的原子偏离平衡位置

点阵畸变产生的内应力：

作用范围更小，只在晶界和滑移面等附近不多的原子群范围内维持平衡

性能：

强度硬度升高，塑性和耐腐蚀能力下降

()四其他

残留应力的存在对金属材料的性能是有害的：

材料工件变形开裂和应力腐蚀

当工件表面残留拉应力时对性能有害

1.害处：材料或工件变形开裂，显微裂纹，应力腐蚀

2.害处：工件表面存在拉应力时，和外加应力叠加，使工件变形开裂

3.例如：应力腐蚀导致深冲黄铜弹壳季裂

当工件表面残留压应力时反而对使用寿命有利

1.弹簧或齿轮：喷丸或化学热处理使工件表面残留压应力层，提高疲劳寿命