最新冷热变形对金属组织和性能的影响
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)。
1-3
3800mm
1-6 600mm
1-3 T
7-9级
1-6 T
8-10级
1-3 W
7-9级
1-6 W
8-10级
※ 下图为TC11钛合金铸锭开坯后，320mm大规格棒 材的高低倍组织。
TC11合金φ320毫米棒材 低倍照片
（原始β粗大的网篮组织）
※ 后经过三火加热，8镦8拔，锻后水冷的改锻工艺， 低倍为模糊晶，高倍为双态组织。
1）对金属组织的影响
（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生 带等组织
多晶铜拉伸后，各个晶粒滑
移带的光学显微镜照片。铜是 FCC晶体，滑移系是 {111}/<110>，有12种组合。由 图看出，每个晶粒有两个以上 的滑移面产生了滑移。由于晶 粒取向不同，滑移带的方向也 不同。
铜多晶试样拉伸后形成的滑移带,x173倍(采 自C.Brady,美国国家标准局)
贡献，也对晶界滑移其调节作用。
热塑性变形的主要机理仍然是晶 内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作 用的增加，再加之变形时会产生动态 回复和再结晶。因此，热态下金属塑 性变形能力比冷态下高，变形抗力较
低。
图4-11 扩散蠕变示意 a）空位和原子的移动方向 b）晶内扩散 c）晶界扩散
4.2.3热塑性变形对金属组织和性能的影响
持续运作,使更多晶粒参与变形。
（2）各晶粒变形的相互协调性
晶粒的变形需要相互协调配合， 如此才能保持晶粒之间的连续性， 即变形不是孤立和任意的。
（3）变形的不均匀性
软位向的晶粒先变形，硬位向 的晶粒后变形，其结果必然是各晶 粒变形量的差异，这是由多晶体的 结构特点所决定的。
4.1.3 冷塑性变形对组织与性能的影响
2）对金属性能的影响
随着变形程度的增加，金属强度、 硬度增加，而塑性、韧性降低。
金属的性能将显示各向异性 。
45号钢力学性能与变形程度的关系曲线
青铜的加工硬化
青铜的加工硬化非常严重，在冷拉拔时需反复退火以改 善其塑性。
因加工硬化严重，塑性下降，青铜在拉拔时发生脆断。
§4-2金属热态下的塑性变形
4.2.2热塑性变形机理
变形机理主要有：晶内滑移与孪 生、晶界滑移和扩散蠕变。高温时原 子间距加大，热振动和扩散速度增 加，位错滑移、攀移、交滑移及节点 脱锚比低温容易；滑移系增多，滑移 灵便性提高，各晶粒之间变形更加协 调；晶界对位错运动阻碍作用减弱。 因此，其主要机理仍然是晶内滑移。
热塑性变形时，由于晶界强度 降低，使得晶界滑动易于进行；温 度越高，原子动能和扩散能力就越 大，扩散蠕变既直接为塑性变形作
（3）变形织构
多晶体塑性变形时伴随着晶粒的 转动，当变形量很大时，多晶体中 原为任意取向的各个晶粒，会逐渐 调整其取向而彼此趋于一致，这种 由于塑性变形而使晶粒具有择优取 向的组织，称为“变形织构”。
丝织 构示意图 a）拉拔前 b）拉拔后
板织构示意 a) 轧制前 b）轧制后
因板织构所造成的“制耳” a) 无制耳 b) 有制耳
冷变形金属加热时组织和性能的变化
（5）亚动态再结晶
热变形中已经形成但未长大的 再结晶晶核以及长大途中遗留下的 再结晶晶粒，但变形停止后温度足 够高时，会继续长大，此过程称为 亚动态再结晶。它不需形核，所以 进行得很快。
图4-10为热轧和热挤时，动、 静态回复和再结晶的示意图。
图4-10 动、静回复和再结晶示意
（2）形成了纤维组织 冷加工变形后，金属晶粒形状发
生了变化，变化趋势大体与金属宏 观变形一致。轧制变形时，原等轴 晶粒沿变形方向伸长。变形程度大 时，晶粒呈现为一片如纤维状的条 纹，称为纤维组织。当有夹杂或第 二相质点时，则它们会沿变形方向 拉长成细带状或粉碎成链状。
工业纯铁冷塑性变形后组织(150X) a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%
（4）晶粒内产生胞状亚பைடு நூலகம்构
塑性变形主要是借位错的运动 而进行的。经大变形后，位错密度 可从退火状态的106～107cm-2增加到 1011～1012cm-2。位错运动及交互作用 结果，其分布是不均匀的。它们先 是比较纷乱地纠缠成群，形成“位 错缠结”。如果变形量增大，就形 成胞状亚结构。
金属经变形后的亚结构
冷热变形对金属组织和性能的 影响
晶内变形方式有滑移和孪生。由 于滑移所需临界切应力小于孪生所需 临界切应力，故多晶体塑性变形的主 要方式是滑移变形，孪生变形是次要 的，一般仅起调节作用。对于密排六
方金属，孪生变形起着重要作用。
4.1.2 冷塑性变形特点
（1）各晶粒变形的不同时性
塑性变形首先在位向有利的晶粒 内发生,位错源开动,但其中的位错却无 法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位 错塞积产生的应力场越过晶界作用到 相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外 加应力的增大,最终使相邻位向不利的 晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界 值而开动起来,同时也使原来的位错塞 积得到释放,位错运动移出晶粒。如此
（3）静态回复
在较低的温度下、或在较早阶段发生 转变的过程成为静态回复。它是变形后的 金属自发地向自由能降低的方向转变的过 程。
（4）静态再结晶
在再结晶温度以上，金属原子有更大 的活动能力，会在原变形金属中重新形成 新的无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组 织，此过程称为金属的静态再结晶。冷变 形金属加热时组织和性能的变化如图（4－ 9）
GT25000舰用发动机盘饼坯 （直径之半）低倍照片
GT25000舰用发动机盘 高倍照片（双态组织）
1）对组织的影响
（1）改善晶粒组织，细化晶粒
对于铸态金属，粗大的树枝状晶 经塑性变形及再结晶而变成等轴 （细）晶粒组织；对于经轧制、锻 造或挤压的钢坯或型材，在以后的 热加工中通过塑性变形与再结晶， 其晶粒组织一般也可得到改善。
挤压+轧制对Nb棒组织影响
1-2 T
5.5级
1-2 T 200mm
挤压后下料示意图
4.2.1热塑性变形时软化过程
（1）动态回复
动态回复是在热变形过程中发生的 回复，金属即使在远高于静态再结晶 温度下塑性变形时一般也只发生动态 回复。
（2）动态再结晶
动态再结晶是在热变形过程中发生 的再结晶，与静态再结晶一样，也是 通过形核和生长来完成的。它容易发 生在层错能较低且有较大热变形程度 的金属上。
3800mm
1-6 600mm
1-3 T
7-9级
1-6 T
8-10级
1-3 W
7-9级
1-6 W
8-10级
※ 下图为TC11钛合金铸锭开坯后，320mm大规格棒 材的高低倍组织。
TC11合金φ320毫米棒材 低倍照片
（原始β粗大的网篮组织）
※ 后经过三火加热，8镦8拔，锻后水冷的改锻工艺， 低倍为模糊晶，高倍为双态组织。
1）对金属组织的影响
（1）在晶粒内部出现滑移带和孪生 带等组织
多晶铜拉伸后，各个晶粒滑
移带的光学显微镜照片。铜是 FCC晶体，滑移系是 {111}/<110>，有12种组合。由 图看出，每个晶粒有两个以上 的滑移面产生了滑移。由于晶 粒取向不同，滑移带的方向也 不同。
铜多晶试样拉伸后形成的滑移带,x173倍(采 自C.Brady,美国国家标准局)
贡献，也对晶界滑移其调节作用。
热塑性变形的主要机理仍然是晶 内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作 用的增加，再加之变形时会产生动态 回复和再结晶。因此，热态下金属塑 性变形能力比冷态下高，变形抗力较
低。
图4-11 扩散蠕变示意 a）空位和原子的移动方向 b）晶内扩散 c）晶界扩散
4.2.3热塑性变形对金属组织和性能的影响
持续运作,使更多晶粒参与变形。
（2）各晶粒变形的相互协调性
晶粒的变形需要相互协调配合， 如此才能保持晶粒之间的连续性， 即变形不是孤立和任意的。
（3）变形的不均匀性
软位向的晶粒先变形，硬位向 的晶粒后变形，其结果必然是各晶 粒变形量的差异，这是由多晶体的 结构特点所决定的。
4.1.3 冷塑性变形对组织与性能的影响
2）对金属性能的影响
随着变形程度的增加，金属强度、 硬度增加，而塑性、韧性降低。
金属的性能将显示各向异性 。
45号钢力学性能与变形程度的关系曲线
青铜的加工硬化
青铜的加工硬化非常严重，在冷拉拔时需反复退火以改 善其塑性。
因加工硬化严重，塑性下降，青铜在拉拔时发生脆断。
§4-2金属热态下的塑性变形
4.2.2热塑性变形机理
变形机理主要有：晶内滑移与孪 生、晶界滑移和扩散蠕变。高温时原 子间距加大，热振动和扩散速度增 加，位错滑移、攀移、交滑移及节点 脱锚比低温容易；滑移系增多，滑移 灵便性提高，各晶粒之间变形更加协 调；晶界对位错运动阻碍作用减弱。 因此，其主要机理仍然是晶内滑移。
热塑性变形时，由于晶界强度 降低，使得晶界滑动易于进行；温 度越高，原子动能和扩散能力就越 大，扩散蠕变既直接为塑性变形作
（3）变形织构
多晶体塑性变形时伴随着晶粒的 转动，当变形量很大时，多晶体中 原为任意取向的各个晶粒，会逐渐 调整其取向而彼此趋于一致，这种 由于塑性变形而使晶粒具有择优取 向的组织，称为“变形织构”。
丝织 构示意图 a）拉拔前 b）拉拔后
板织构示意 a) 轧制前 b）轧制后
因板织构所造成的“制耳” a) 无制耳 b) 有制耳
冷变形金属加热时组织和性能的变化
（5）亚动态再结晶
热变形中已经形成但未长大的 再结晶晶核以及长大途中遗留下的 再结晶晶粒，但变形停止后温度足 够高时，会继续长大，此过程称为 亚动态再结晶。它不需形核，所以 进行得很快。
图4-10为热轧和热挤时，动、 静态回复和再结晶的示意图。
图4-10 动、静回复和再结晶示意
（2）形成了纤维组织 冷加工变形后，金属晶粒形状发
生了变化，变化趋势大体与金属宏 观变形一致。轧制变形时，原等轴 晶粒沿变形方向伸长。变形程度大 时，晶粒呈现为一片如纤维状的条 纹，称为纤维组织。当有夹杂或第 二相质点时，则它们会沿变形方向 拉长成细带状或粉碎成链状。
工业纯铁冷塑性变形后组织(150X) a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%
（4）晶粒内产生胞状亚பைடு நூலகம்构
塑性变形主要是借位错的运动 而进行的。经大变形后，位错密度 可从退火状态的106～107cm-2增加到 1011～1012cm-2。位错运动及交互作用 结果，其分布是不均匀的。它们先 是比较纷乱地纠缠成群，形成“位 错缠结”。如果变形量增大，就形 成胞状亚结构。
金属经变形后的亚结构
冷热变形对金属组织和性能的 影响
晶内变形方式有滑移和孪生。由 于滑移所需临界切应力小于孪生所需 临界切应力，故多晶体塑性变形的主 要方式是滑移变形，孪生变形是次要 的，一般仅起调节作用。对于密排六
方金属，孪生变形起着重要作用。
4.1.2 冷塑性变形特点
（1）各晶粒变形的不同时性
塑性变形首先在位向有利的晶粒 内发生,位错源开动,但其中的位错却无 法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位 错塞积产生的应力场越过晶界作用到 相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外 加应力的增大,最终使相邻位向不利的 晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界 值而开动起来,同时也使原来的位错塞 积得到释放,位错运动移出晶粒。如此
（3）静态回复
在较低的温度下、或在较早阶段发生 转变的过程成为静态回复。它是变形后的 金属自发地向自由能降低的方向转变的过 程。
（4）静态再结晶
在再结晶温度以上，金属原子有更大 的活动能力，会在原变形金属中重新形成 新的无畸变等轴晶，并最终取代冷变形组 织，此过程称为金属的静态再结晶。冷变 形金属加热时组织和性能的变化如图（4－ 9）
GT25000舰用发动机盘饼坯 （直径之半）低倍照片
GT25000舰用发动机盘 高倍照片（双态组织）
1）对组织的影响
（1）改善晶粒组织，细化晶粒
对于铸态金属，粗大的树枝状晶 经塑性变形及再结晶而变成等轴 （细）晶粒组织；对于经轧制、锻 造或挤压的钢坯或型材，在以后的 热加工中通过塑性变形与再结晶， 其晶粒组织一般也可得到改善。
挤压+轧制对Nb棒组织影响
1-2 T
5.5级
1-2 T 200mm
挤压后下料示意图
4.2.1热塑性变形时软化过程
（1）动态回复
动态回复是在热变形过程中发生的 回复，金属即使在远高于静态再结晶 温度下塑性变形时一般也只发生动态 回复。
（2）动态再结晶
动态再结晶是在热变形过程中发生 的再结晶，与静态再结晶一样，也是 通过形核和生长来完成的。它容易发 生在层错能较低且有较大热变形程度 的金属上。