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工程材料及热处理5 金属的塑性变形与再结晶.ppt

发布:2025-03-18约2.76千字共19页下载文档
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5.1金属的塑性变形5.2冷塑性变形对金属组织和性能的影响5.3冷塑性变形金属在加热时的变化5.4金属的热变形加工在机械制造中,广泛采用轧制、锻造、冲压、冷压与冷镦等成形工艺,各种压力加工方法都应使金属材料按预定的要求进行塑性变形。塑性变形不仅改变了金属的形状、尺寸,同时引起金属内部的组织和性能的改变。因此,研究金属的塑性变形过程,了解塑性变形过程中金属组织、性能的变化规律,了解变形后的金属在加热时发生的变化,对改进金属材料的加工工艺,发挥金属材料的强度潜力,提高产品质量和生产效率有重要意义。金属材料在外力的作用下产生变形,先后发生弹性变形、塑性变形、直至断裂。弹性变形:是指外力除去后能够完全恢复的变形,通过弹性变形是不能实现材料的加工成形的。塑性变形:是指外力除去后不能恢复的永久变形,金属零件的变形加工都是通过塑性变形实现的。单晶体塑性变形的基本方式主要有滑移和孪生。大多数情况下,滑移是金属塑性变形的主要方式。滑移变形孪生变形:在切应力作用下,晶体的一部分相对另一部分,沿一定的晶面(孪生面)及晶向(孪生方向)发生的均匀剪切变形。孪生过程示意图实际使用的金属材料多数是多晶体,多晶体塑性变形的方式与单晶体基本相同,也主要以滑移和孪生方式进行。但是由于多晶体中,各晶粒位向不同,有大量晶界存在对塑性变形产生影响,使多晶体的塑性变形比单晶体更为复杂。5.2.1冷塑性变形对金属组织的影响(1)形成纤维组织:金属和合金在冷塑性变形时,随着外形的变化,金属的晶粒形状也发生相应的变化。即沿着变形方向延伸,晶粒逐渐由等轴的多边形伸长为纤维状,晶界变得模糊不清。变形量越大,晶粒伸长的程度也越大,这种纤维状的组织称为冷塑性变形纤维组织形成纤维状组织后,金属的性能会具有明显的方向性,其纵向(沿着纤维方向)的强度、塑性高于横向(垂直于纤维方向)。图5-10变形前后晶粒形状变化示意图(3)亚结构细化金属冷塑性变形量较大时,金属中的位错在切应力的作用下不断地运动与增殖,在晶粒外形变化的同时,由于位错的堆积、缠结,使亚结构进一步细化,而且亚结构之间的位向差增加,形成变形亚结构。亚结构的增多使亚晶界增加,金属中位错的密度增大,阻止了滑移面的进一步滑移,滑移阻力增加,因而提高了金属的强度、硬度,这是导致加工硬化的重要原因之一。(3)形成形变织构在塑性变形过程中,随着变形程度的增加,各个晶粒的滑移系会逐渐沿外力方向转动,当变形量很大时,绝大部分晶粒的某一方位会大致与外力方向一致,形成所谓的择优取向,这种由于塑性变形所引起的择优取向叫做形变织构。形变织构的产生使金属材料的性能出现各向异性,并对金属材料的使用和加工工艺产生很大的影响。例如,在冷变形时,它会导致塑性变形分布不均匀,因而造成冲压件的厚度不均、制耳、性能不一致等缺陷,使冲压件报废。a)无制耳b)有制耳金属材料经冷塑性变形加工后,强度、硬度显著提高,而塑性则很快下降,金属变形程度愈大,性能变化越大。这种由于冷塑性变形程度的增加,使金属强度、硬度增加,塑性、韧性下降的现象称加工硬化。加工硬化在工业生产上具有重要的意义。加工硬化是强化金属材料的重要途径之一。加工硬化还可以一定程度上提高构件的安全性。加工硬化也是工件能够用塑性变形方法成形的重要因素。不利影响:使金属的强度、硬度提高的同时,降低了塑性与韧性,为进一步的冷塑性变形带来困难,使压力加工的能耗及设备的磨损增加。当引起金属塑性变形的外力去除后,仍残存在金属材料内部的应力称为残余应力。金属塑性变形后的残余应力在工件内分布不均匀,往往有应力集中现象。若加工或使用时工件受力平衡状态被破坏,会使局部产生变形或开裂。可采用去应力退火以降低或消除残余应力的不良影响。经过冷塑性变形的金属,不仅其组织结构与性能发生了变化,并且还产生了残余应力。这些变化,在许多情况下会对金属的加工和使用产生不利的影响。因此,在生产中如要求其组织结构与性能恢复到变形前的状态,并消除残余应力,必须进行相应的热处理。冷塑性变形后的金属随加热温度升高,组织结构与性能的变化过程可分为回复、再结晶、晶粒长大三个阶段。5.3.1回复冷变塑性变形后金属加热温度较低(在0.1熔~0.3T熔范围),为回复阶段。此阶段金属的显微组织无明显变化,其力学性能也变化不大,但残余应力显著降低,其物理和化学性能也部分地恢复到变形前的情况。冷塑性变形后的金属加热到比回复阶段更高的温度时,由于原子扩散能力增大,金属的显微组织和性能将发生明显的变化。破碎的晶粒变为完整的晶粒,纤维状晶粒转变为均匀的等轴状晶粒,同时也使加工硬化与残余应力完全消除,这一过程称为再结晶。冷塑性变形金属的再结晶过程,也是通过形核与

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