第3讲冷热加工组织变化
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目录绪论 (3)1.1冷塑性变形对金属组织和性能的影响 (3)1.1.1金属组织的变化 (3)1.1.2金属性能的变化 (5)1.1.3冷塑性变形产生残余应力 (7)1.2冷变形金属在加热时组织和性能的变化 (7)2.1热加工变形对组织和性能的影响 (8)2.1.1热加工的变形特点 (8)2.1.2金属的组织性能的变化 (8)3.1影响塑性的因素 (10)3.1.1组织的影响 (10)3.1.2铸造组织的影响 (10)结束语 (1)冷加工和热加工时金属组织的变化及对金属性能的影响摘要:工业上使用的大部分金属制品,是在制成铸锭后在经压力加工形成半成品或成品的。
由于压力加工中,可借助塑性变形使金属获得一定的形状和尺寸,而且还可以使铸态金属的组织与性能得到改善。
因此,本文通过研究冷加工与热加工时金属组织与性能的变化,可改进金属加工工艺,提高质量,合理使用金属。
关键字:冷加工、热加工、组织、性能绪论:本文根据金属学及热处理,材料成型与控制技术,塑性变形与轧制原理等教材,综合阐述金属材料组织与性能在经过塑性变形时产生的变化和影响。
主要通过三个方面:冷加工、热加工、影响塑性的因素来分别介绍金属组织的变化与性能的影响,分析了金属材料组织结构与性能相对塑性变形的关系和变化规律,以及提高金属材料性能,充分发挥材料潜力的途径。
1.1 冷塑性变形对金属组织和性能的影响经过冷变形(如冷轧、拉拔和冷冲等)后的金属,由于组织结构的特征表现为加工硬化,随着变形程度的增加,加工硬化现象也将更加显著,其性能也将相应的发生变化。
1.1.1 金属组织的变化1.1.1.1 晶粒被拉长成纤维状在冷变形中,随着金属外形的改变,其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化,即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁,如图1-1所示。
图1-1 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在晶粒被拉长的同时,京间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列,这种组织称为纤维组织。
苏铁健1. 冷变形金属的组织变化(1)点缺陷(空位)密度增加位错在外力作用下攀移的结果;(2)位错密度增加金属塑性变形时,位错源在外力作用下不断产生新的位错;(3)晶粒碎化塑性变形足够大时,出现位错缠结并进一步发展形成位错胞结构(中心位错密度低,胞壁处位错密度很高),使得晶粒分割成很多极小的碎块,称为晶粒碎化;剧烈冷变形金属中的位错胞(4)纤维组织随着变形量增加,晶粒沿着最大变形方向伸长,最后成为细条状,这种变形组织称为纤维组织;(5)变形织构塑性变形量足够大时,各软取向晶粒逐渐转向为硬取向晶粒,各晶粒的取向逐渐趋向一致,这种组织称为变形织构。
变形前变形后的纤维组织变形织构1)加工硬化金属随着变形量增加,其强度与硬度增加,塑性降低的现象。
原因:塑性变形中位错密度和点缺陷密度增加,使得位错滑移更为困难;软取向晶粒朝着硬取向变化。
加工硬化是不能用热处理强化的金属材料(如奥氏体不锈钢制品)提高强度的主要途径。
2)产生残余应力塑性变形在宏观和微观上的不均匀性,造成卸载后仍在其内部留存应力,称为残余应力。
根据其作用范围大小分为:宏观残余应力(第一类残余应力)遍及整个材料微观残余应力(第二类残余应力)晶粒尺度点阵畸变(第三类残余应力)晶粒内部第三类内应力是形变金属中的主要内应力,也是金属强化的主要原因。
而第一、二类内应力一般都使金属强度降低。
3)出现各向异性塑性变形产生的各晶粒取向趋于一致的组织,即变形织构,导致其力学、物理等性能呈现方向性(不同方向性能不同)。
板料的织构使板料沿不同方向变形不均匀,冲压成的零件边缘出现凹凸不平的形状,称为制耳现象。
板料冲压件的制耳现象4)物理、化学变化电阻率提高;密度下降;耐蚀性降低。
加热会增强原子的活动能力,使金属的组织和性能会通过回复、再结晶等一系列变化过程重新回到冷变形前的状态。
1)回复组织变化——加热温度较低时,原子将获得一定扩散能力。
通过原子的扩散,点缺陷密度下降,位错形成亚晶界。
了解钢在加热和冷却时的组织转变
江苏省技工院校
教案首页
课题:了解钢在加热和冷却时的组织转变
教学目的要求: 1.了解热处理的定义、目的、分类及作用;
2.掌握钢加热和保温的目的;
3.掌握钢在冷却转变时的产物及转变曲线。
教学重点、难点:1. 钢加热及保温的目的;2. 奥氏体晶粒度的概念及影响因素;3. 共析钢过冷奥氏体等温冷却曲线中各种温度区域内奥氏体的转变产物及组织形貌,性能特点。
4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线的特点,冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响
授课方法:面授(课堂教学)
教学参考及教具(含电教设备):《金属材料及热处理》
授课执行情况及分析:
板书设计或授课提纲。
冷热变形对金属组织和性能的影响冷热变形是金属加工过程中常用的一种方法,通过对金属样品进行冷热拉伸、压缩、扭曲等变形操作,可以改变金属的组织和性能,从而满足不同的工程需求。
本文将详细探讨冷热变形对金属组织和性能的影响。
首先,冷热变形可以改变金属的晶粒结构和布局。
金属的晶粒是由原子排列有序组成的,晶粒的大小和形状直接影响到金属的力学性能。
在冷热变形过程中,金属样品会经历塑性变形,使原有晶粒在局部区域发生滑移和重结晶的过程,从而产生新的晶粒。
冷热变形的变形温度和变形速度会对晶粒重结晶的细化和形状有所影响,高温下的快速变形能够促进晶粒生长,形成较大的晶粒,而低温下的慢速变形则容易形成较小的晶粒。
其次,冷热变形可以改变金属的晶界特征。
晶界是相邻晶粒之间的界面区域,晶界的性质与金属的力学、电学、热学等性能密切相关。
在冷热变形过程中,晶粒的形态和尺寸变化会导致晶界的面积和长度发生变化,进而影响晶界的性质。
此外,冷热变形还可以通过调控晶粒的取向和旋转,来改变晶界的导电性和热导性能,提高金属的导电和导热性能。
再次,冷热变形对金属的力学性能具有显著的影响。
金属的力学性能包括强度、延伸性和韧性等指标。
冷热变形可以通过改变晶粒的形态和尺寸,来调节金属的强度和延伸性能。
一般来说,较小尺寸的晶粒具有较高的强度和硬度,而较大尺寸的晶粒则具有较好的延伸性能。
因此,冷热变形可以根据具体的工程需求来调节金属的力学性能,使之达到最佳的工作状态。
此外,冷热变形还对金属的残余应力和晶体缺陷有所影响。
金属在冷热变形过程中,由于晶格变形和晶界运动等原因,会引起残余应力的积累。
这些残余应力会对金属的力学性能和耐腐蚀性能产生不利影响。
同时,冷热变形还会引起金属中的晶体缺陷,如位错和孔洞等,这些缺陷也会对金属的机械性能产生影响。
因此,冷热变形需要在合适的工艺参数下进行,以控制残余应力和晶体缺陷的生成和分布。
综上所述,冷热变形对金属组织和性能具有显著的影响。
图3-1 热处理工艺曲线示意图钢在加热与冷却时的组织转变热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却,获得所需组织结构与性能的一种工艺方法。
热处理是强化金属材料、提高产品质量和寿命主要途径之一,在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。
如机床工业中60%~70%的零件要进行热处理,汽车、拖拉机工业中70%~80%的零件要经过热处理,各种量具、刃具。
模具和滚动轴承几乎100%要进行热处理。
因此热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
热处理按照加热和冷却方式的不同,可分为以下三类:(1)整体热处理:指对工件整体进行穿透加热的热处理,常用的方法有退火、正火、淬火和回火。
(2)表面热处理:指对工件表层进行热处理,以改变表层组织和性能的热处理,常用的方法有火焰淬火、感应淬火。
(3)化学热处理:指改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理,常用的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金属等。
热处理的种类和方法很多,但其基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段组成,通常用“温度—时间”为坐标的热处理工艺曲线来表示(如图3-1所示)。
改变加热温度、保温时间和冷却速度等参数,都会在一定程度上发生相应的组织转变,进而影响材料的性能。
所以,要了解各种热处理工艺方法,必须首先研究钢在加热(包括保温)和冷却过程中组织变化的规律。
由Fe —Fe3C 相图可知,A1、A3、Acm 线是碳钢在极其缓慢加热和冷却时的相变温度线。
因而这些线上的点都是平衡条件下的相变点。
但在实际生产中,加热或冷却速度都比较快,实际发生组织转变的温度与A1、A3、Acm 都有不同程度的过热度或过冷度(如图3-2)。
通常将加热时的各相变点用Ac1、Ac3、Accm 表示,冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据,可通过查热处理手册或有关手册得到。
图3-2 钢的相变点在Fe-Fe 3C相图上的位置一、钢在加热时的组织转变将钢加热到Ac3或Ac1温度以上,以获得全部或部分奥氏体组织为目的的操作,称为奥氏体化。