塑性加工过程的组织性能变化

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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§6.2金属塑性变形的温度-速度效应§6.3形变热处理§6.1塑性加工中金属的组织与性能6.1.1冷变形6.1.2热变形6.1.3塑性变形对固态相变的影响6.1.1冷变形1．冷变形的概念2．冷变形时金属显微组织的变化3．冷变形时金属性能的变化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

2、着变形程度的增加而逐渐下降，表现出明显的硬化现象。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。在各道次冷变形中间，要将硬化的、不能继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。可见，恰当地利用冷变形－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或软化状态的制品。冷变形的优点是制品表面光洁、尺寸精确、形状规整；可以得出具有任意硬化程度和软化程度的产品，以满足工业对材料的不同要求，而这是热变形很难实现的。

3、顺便指出，用退火工作来进行对硬化材料的部分软化制取半硬、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)。2.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，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。被拉长的程度取决于主变形图和变形程度。（2）亚结构随着冷变形的进行，位错密度迅速提高。只有在变形量比较小或者在层错能低的金属中，位错的分布

4、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，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。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)。相反的情况下所产生的亚晶的完整性好且尺度较大。冷变形过程中形成弧结构是许多金属(例如铜、铁、钼、钨、钽、铌等)普遍存在的现象。一般认为亚结

5、构对金属的加工硬化起重要作用，由于各晶块的方位不同，其边界叉为大量位错缠结，对晶内的进一步滑移起阻碍作用。因此，亚结构可提高金属和台金的强度。利用亚晶来强化金届材料是强化措施之一。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。（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，使取向大体趋于一致叫做“择优取向”。具有择优取向的物体，其组织称为“变形织构”。金属及合金经过挤压、拉拔、锻造和轧制以后，都会产生变形织构。

6、塑性加工方式不同，可出现不同类型的织构。通常，变形织构可分为丝织构和板织构。丝织构系在拉拔和挤压加工中形成，这种加工都是在轴对称情况下变形，其主变形图为两向压缩一向拉伸。变形后晶粒有一共同晶向趋向与最大主变形方向平行，以此晶向来表示丝织构。丝织构经较大变形程度的拉拔后：面心立方金属:<111>和<100>体心立方金属：<110>板织构是某一特定晶面平行于板面，某一特定晶向平行于轧制方向，因此，板织构用其晶面和晶向共同表示。例如体心立方金属，当其(100)晶面平行于轧面，[011]晶向平行于轧向时，此板织构可用(100)[0l1

7、]来表示。板织构（4）晶内及晶间的破坏在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源。冷变形时金属显微组织的变化（1）纤维组织（2）亚结构（3）变形织构（4）晶内及晶间的破坏3.冷变形时金属性能的变化（1）物化性能a.密度金属经冷变形后，晶内及间晶出现了显微裂纹、裂口、空洞等缺陷致使金属的密度降低。b.电阻冷变形一般使金属材料的电阻增加

8、。c.化学稳定性冷变形后，金属的残余应力和内能增加，从而使化学不稳定性增加，耐蚀性能降低。（2）力学性能由于发生了晶内及晶间破坏，晶格产生了畸变以及出现第二、三类残余应力等，故经受冷变形后的金属及合金，其塑性指标随所承受的变形程度的增加而下降，在极限情况下可达到接近于完全脆性