第6章塑性加工过程组织性能变化和温度

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1、第6章塑性加工过程的组织性能变化和温度----速度条件§6.1塑性加工中金属的组织与性能6.1.1冷变形1．冷变形的概念变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象，通常把这种变形称为冷变形或冷加工。冷变形时金属的变形抗力较高，且随着所承受的变形程度的增加而持续上升，金属的塑性则随着变形程度的增加而逐渐下降，表现出明显的硬化现象。当冷变形量过大时，在金属达到所要求的形状或尺寸以前，将因塑性变形能力的“耗尽”而发生破断；因此，金属的冷变形一般要进行几次，每次只能根据金属本身的性质与具体的工艺条件，完成一定数值的总变形量，而且在各道次冷变形中间，要将硬化的，不能继

2、续变形的坯料进行退火处理以恢复塑性。这种冷变形后退火，退火后又重复进行冷变形的作业，称为冷变形——退火循环。图6-1表示冷加工——退火时性能变化情况。可见，恰当的利用冷变形——退火循环可以将金属加工到任意形状和大小，以及任意程度的硬化和软化状态的制品。抗力抗力塑性塑性冷加工率退火温度变形抗力与塑性图6-1冷加工--退火时性能变化（1）——冷加工后性能（2）——退火后性能尽管冷变形增加了变形时能量的消耗、中间退火次数及随之引起的其它辅助工作，但冷变形仍是制造许多材料的重要手段，特别是薄板和细丝生产。冷变形的优点是制品表面光洁，尺寸精确、形状规整精细；其次，可以得出具有任意硬化程度和软

3、化程度的产品，以满足工业对材料的不同要求，而这是热变形很难实现的。顺便指出，用退火工作来进行对硬化材料的部分软化以制取半硬、3/4硬等制品时，因为再结晶过程进行很快，受炉温的波动很敏感，不如用冷变形以控制变形程度严格（特别是那些不可热处理强化的金属和合金）。1682．冷变形时金属显微组织的变化（1）纤维组织多晶体金属经冷变形后，用光学显微镜观察抛光和浸蚀后的试样，会发现原来等轴的晶粒沿着主变形的方向被拉长。变形量越大，拉长的越显著。当变形量很大时，各个晶粒已不能很清楚地辨别开来，呈现纤维状，故称纤维组织。图6-2为冷轧变形前后的晶粒形状的改变。冷变形金属的组织，只有沿最大主变形方向

4、取样观察，才能反映出最大变形程度下金属的纤维组织。晶粒被拉长的程度取决于主变形图和变形程度。两向压缩和一向拉伸的主变形图（DII）最有利于晶粒的拉长，其次是一向压缩和一向拉伸（即D1图）的主变形图。变形程度越大，晶粒形状变化的也越大。图6-2冷轧前后晶粒形状变化（a）变形前的退火状态组织（b）变形后的冷轧变形组织（2）亚结构随着冷变形的进行，金属中的位错密度迅速提高。经强烈冷变形后，位错密度可由原来退火状态的106~107/cm2增至1011~1012/cm2。经透射电子显微镜观察，这些位错在变形晶粒中的分布是很不均匀的。只有在变形量比较小或者在层错能低的金属中，由于位错难以产生交

5、滑移和攀移，在位错可动性差的情况下，位错的分布才是比较分散和比较均匀的。在变形量大而且层错能较高的金属中，位错的分布是很不均匀的。纷乱的位错纠结起来，形成位错缠结的高位错密度区（约比平均位错密度高五倍），将位错密度低的部分分隔开来，好像在一个晶粒的内部又出现许多“小晶粒”似的，只是它们的取向差不大（几度到几分），这种结构称为亚结构。亚结构实际上是位错缠结的空间网络，其中高位错密度的位错缠结形成了胞壁，而胞内晶格畸变较小，位错密度很低。通常在10%左右的变形时，就很明显地形成了胞状亚结构，当变形量不太大时，随着变形量的增大，胞的数量增多，尺寸减小，而壁的位错变得更加稠密，胞间的取向差

6、也逐渐增加。如经强烈的冷变形，胞的外形也沿着最大主变形方向被拉长，形成大量的排列很密的长条状的“形变胞”。亚晶的大小，完整的程度和亚晶间的取向差，随材料的纯度、变形量和变形温度而异。当材料含有杂质和第二相时，在变形量大和变形温度低的情况下，所形成的亚晶小，亚晶间的取向差大，亚晶的完整性差（即亚晶内晶格的畸变大），在相反的情况下所产生的亚晶，其完整性好且尺度较大。168冷变形过程中形成亚结构是许多金属（例如铜、铁、钼、钨、钽、铌等）普遍存在的现象。一般认为亚结构对金属的加工硬化起重要作用，由于各晶块的方位不同，其边界又为大量位错缠结，对晶内的进一步滑移起阻碍作用。因此，亚结构可提高金

7、属和合金的强度。利用亚晶来强化金属材料是措施之一。对于低层错能金属，如不锈钢和黄铜等，由于扩展位错很宽，位错灵活性差，这些材料中易观察到位错的塞积群，不易形成胞状亚结构。经冷变形的金属的其他晶体缺陷（如空位、间隙原子以及层错等）也会有明显增加。（3）变形织构多晶体塑性变形时，各个晶粒滑移的同时，也伴随着晶体取向相对于外力有规律的转动。尽管由于晶界的联系，这种转动受到一定的约束，但当变形量较大时，原来为任意取向的各个晶粒也会逐渐调整，使取向大体趋于一致叫做“择优取向”。