金属塑性变形与热塑性加工

金属的塑性变形、纤维组织及其对金属性能的影响一、金属的塑性变形金属受力时，其原子的相对位置发生改变，宏观上表现为形状、尺寸的变化，此种现象称为变形。

金属变形按其性质分为弹性变形和塑性变形。

当受力不大时，去除外力后原子立即恢复到原来的平衡位置，变形立即消失，这种变形称为弹性变形。

当应力超过一定值时（≥бs），金属在弹性变形的同时还会产生塑性变形。

1、单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形，主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，滑动后原子处于新的稳定位置，不再回到原来位置。

研究表明，滑移总是优先沿晶体中一定的晶面和晶向发生，晶体中能够发生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。

滑移面和滑移方向越多，金属的塑性越好。

晶体的滑移是借助于位错的移动来实现的。

大量的位错移出晶体表面，就产生了宏观的塑性变形。

2、多晶体的塑性变形常用金属材料都是多晶体。

每个晶粒内的塑性变形主要仍以滑移方式进行。

但多晶体中各相邻晶粒的位向不同，各晶粒之间有一晶界相连接，因此，具有下列特点：（1）晶粒位向的影响由于多晶体中各个晶粒的位向不同，在外力作用下，有的晶粒处于有利于滑移的位置，有的晶粒处于不利位置。

产生滑移的晶粒必然会受到周围位向不同晶粒的阻碍，使滑移阻力增加，从而提高了塑性变形的抗力。

所以多晶体的塑性变形是逐步扩展和不均匀的，其结果之一便是产生内应力。

（2）晶界的作用晶界对塑性变形有较大的阻碍作用。

试样在晶界附近不易发生变形，出现所谓“竹节”现象。

这是因为晶界处原子排列比较紊乱，阻碍位错的移动，因而阻碍了滑移的缘故。

很显然，晶界越多，多晶体的塑性变形抗力越大。

（3）晶粒大小的影响在一定体积的晶体内晶粒数目越多，晶粒越细，晶界越多，不同位向的晶粒也越多。

因而塑性变形抗力也就越大，表现出较好的塑性和韧性。

故生产中都尽一切努力细化晶粒。

二、金属的冷塑性变形对性能的影响冷塑性变形对金属性能的主要影响是造成加工硬化，即随着变形度的增加，金属强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。

金属的塑性加工2.1塑性变形和回复、再结晶对金属材料组织和性能的影响一、金属材料的塑性变形1、单晶体的塑性变形——滑移和孪生（1）滑移：在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力σ和切应力τ。

正应力作用使晶格发生弹性伸长；σ↓伸长量↓，σ→O，变形恢复；σ↑伸长量↑，σ＞原子间结合力时，拉断。

正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。

切应力作用使晶格发生弹性歪扭；τ＜τc（临界切应力），τ↓变形量↓，τ→O，变形恢复；τ＞τc，发生滑移，产生永久塑性变形。

a.滑移与位错·滑移的实现→借助于位错运动。

（刚性滑移模型计算出的临界切应力值＞＞实测值）位错密度→滑移→塑性变形·位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面→一个原子间距的滑移台阶→塑性变形·滑移线（晶体表面的滑移台阶）→滑移带（大量滑移线）·滑移系（滑移面和该面上的一个滑移方向），滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑。

如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。

b.滑移时晶体的转动①外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴。

②以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向。

⑵孪生晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。

→金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。

→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。

孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。

⑶滑移和孪生：1.滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。

2.孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。

第六章 金属和合金的塑性变形和再结晶金属材料（包括纯金属和合金）在外力的作用下引起的形状和尺寸的改变称为变形。

去除外力，能够消失的变形，称弹性变形；永远残留的变形，称塑性变形。

工业生产上正是利用塑性变形对金属材料进行加工成型的，如锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。

塑性变形不仅能改变工件的形状和尺寸，还会引起材料内部组织和结构的变化，从而使其性能发生变化。

以再结晶温度为界，金属材料的塑性变形大致可分为两类：冷塑性变形和热塑性变形，在生产上，通常称为冷加工和热加工。

经冷塑性变形的金属材料有储存能，自由能高，组织不稳定。

若升高温度，使原子获得足够的扩散能力，则变形组织会恢复到变形前的状态，这个恢复过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。

从金属材料的生产流程来看，一般是先进行热加工，然后才进行冷加工和再结晶退火。

但为了学习的方便，本章先讨论冷加工，再讨论再结晶和热加工。

§6.1 金属材料的变形特性一、 应力—应变曲线金属在外力作用下，一般可分为弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。

图6.1是低碳钢拉伸时的应力—应变曲线，这里的应力和应变可表示为：000,L L L L L A F ∆=-==εσ 公式中F 是拉力，00,L A 分别是试样的原始横截面积和原始长度。

从图中可以得到三个强度指标：弹性极限e σ，屈服强度s σ，抗拉强度b σ。

当拉应力小于弹性极限e σ时，金属只发生弹性变形，当拉应力大于弹性极限e σ，而小于屈服强度s σ时，金属除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当拉应力大于抗拉强度b σ时，金属断裂。

理论上，弹性变形的终结就是塑性变形的开始，弹性极限和屈服强度应重合为一点，但由于它们不容易精确测定，所以在工程上规定：将残余应变量为0.005%时的应力值作为弹性极限，记为005.0σ，而将残余应变量为0.2%时的应力值作为条件屈服极限，记为2.0σ。

s σ和2.0σ都表示金属产生明显塑性变形时的应力。

金属工艺学热加工工艺基础引言热加工是指将金属材料在高温条件下进行加工和塑性变形的工艺。

它是金属工艺学中最常用的一种加工方法。

本文将介绍金属工艺学热加工的基础知识和常见工艺，包括热加工的定义、分类、应用领域以及热加工工艺的基本原理和过程。

热加工的定义和分类热加工是指将金属材料在高温条件下进行加工和塑性变形的工艺，通过加热金属材料，使其达到高温状态下的可塑性，从而改变其形状和性能。

热加工可以分为以下几个分类：1.锻造：将金属材料加热至塑性变形温度，在模具的作用下施加压力，使金属材料发生塑性变形，得到所需形状的工艺方法。

2.热轧：将金属坯料加热至塑性变形温度，通过连续轧制的工艺，将金属坯料压制成所需的薄板、条材等形状的工艺方法。

3.热挤压：将金属材料加热至塑性变形温度，在模具作用下施加压力，使金属材料发生塑性变形，得到所需形状的工艺方法。

4.热拉伸：将金属材料加热至塑性变形温度，在拉伸力作用下使其发生塑性变形的工艺方法。

热加工的应用领域热加工在许多领域都有广泛的应用，包括以下几个方面：1.金属制造业：热加工是制造金属制品的主要方法之一，应用于汽车、船舶、机械设备等各个领域。

2.建筑业：热加工在建筑业中主要应用于金属结构件的制造和加工，如桥梁、厂房等。

3.能源行业：热加工在能源行业中用于制造燃烧设备、锅炉等。

4.航空航天业：热加工在航天航空行业中用于制造航空发动机、航天器件等。

热加工工艺的基本原理和过程热加工工艺的基本原理是将金属材料加热至塑性变形温度，使其处于可塑性状态，通过施加力或形变方式，使金属材料发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的工艺方法。

热加工工艺的基本过程包括以下几个步骤：1.加热：将金属材料加热至塑性变形温度，通常使用火焰加热、电阻加热等方法。

2.塑性变形：在加热状态下，施加力或形变方式使金属材料发生塑性变形，通常使用压力、拉伸等方法。

3.冷却：经过塑性变形后，将金属材料冷却至室温，使其保持所需形状和性能。

热加工的名词解释热加工是指利用高温或热能对材料进行塑性变形、熔化、焊接等处理的工艺过程。

在工业生产中，热加工是非常重要的一种加工方式，它广泛应用于金属、非金属和纤维材料的加工与制造过程中。

本文将对热加工的几个关键名词进行解释。

1. 热塑性变形热塑性变形是在高温下对金属或合金进行塑性变形的一种加工方法。

在此过程中，金属或合金的强度和硬度降低，从而使其易于塑性变形。

通过热塑性变形，可以改变金属的形状、尺寸和结构，从而得到所需的产品。

常见的热塑性变形方法包括热轧、热挤压和热拉伸等。

2. 热熔化热熔化是将材料加热至熔点以上的温度，使其由固态转变为液态的过程。

热熔化广泛应用于金属和塑料等材料的加工中。

通过熔化，材料的流动性得到提高，使其可以被注塑、浇铸、挤出等方式加工成各种形状的制品。

热熔化还广泛应用于熔融焊接等工艺中，使得材料可以在高温下实现牢固的连接。

3. 热处理热处理是通过加热和冷却的方式改变材料的结构和性能的一种工艺。

通过热处理，可以改善材料的强度、硬度和耐热性等性能。

常见的热处理方法包括退火、正火、淬火、回火等。

退火可以消除内部应力，提高材料的塑性和韧性；淬火可以提高材料的硬度和强度，但也会增加脆性；回火可以减轻淬火产生的脆性，并保留一定的强度。

4. 热烧结热烧结是一种将粉末通过高温加热至接近熔点，使其颗粒之间结合成块状形成制品的工艺。

热烧结适用于金属、陶瓷和复合材料等材料的制备。

通过热烧结，粉末中的颗粒在高温下发生扩散，相互结合形成致密的结构，从而获得高强度和高密度的制品。

热烧结还可以使材料的孔隙率降低，提高其耐磨性和耐腐蚀性。

5. 热喷涂热喷涂是一种将材料以粉末或线材的形式喷射到基体表面上的加工方法。

热喷涂适用于金属、陶瓷、聚合物和复合材料等材料的涂覆。

通过加热喷涂材料，使其熔化或半熔化，并迅速冷却在基体表面形成涂层。

通过热喷涂，可以改善基体材料的抗磨损、耐高温、耐腐蚀等性能，也可修复和增强材料的表面。

在金属学中冷变形加工和热变形加工的界线概述及解释说明1. 引言1.1 概述在金属学中，冷变形加工和热变形加工是两种常用的金属加工方法。

它们通过不同的温度条件来实现材料的塑性变形，从而改善材料的力学性能和工艺性能。

冷变形加工通常在低温状态下进行，具有高强度、高硬度和较低韧性的特点；而热变形加工则在高温状态下进行，可以提高材料的延展性和韧性。

1.2 文章结构本文将首先概述冷变形加工和热变形加工的界线问题，包括它们各自的定义、特点以及区别与联系。

随后，将详细介绍冷变形加工和热变形加工的要点：原理和机制、常见试验方法及其应用以及在金属学中的具体应用领域。

最后，总结文章并指出冷变形与热变形之间存在模糊性以及影响其界限划分的要素，并提出进一步研究方向。

1.3 目的本文旨在深入探讨冷变形加工和热变形加工在金属学中的界线问题，并阐明两种加工方法的原理、特点以及应用领域。

通过对冷变形和热变形的比较与分析，希望能够增加读者对这两种加工方式的理解，为金属学领域的相关研究和应用提供一定的参考依据。

2. 冷变形加工和热变形加工的界线概述2.1 冷变形加工的定义和特点冷变形加工是指在室温下对金属材料进行塑性变形的一种加工方法。

其特点主要包括以下几个方面：首先，冷变形加工不需要进行热处理，可以直接从室温状态开始操作，因此能够节约能源和成本。

其次，冷变形加工过程中，由于材料的高冷硬性，使得其塑性减小。

这使得冷变形加工更适用于需要提高材料强度、改善材料表面质量以及精确尺寸控制的应用领域。

另外，在冷变形加工中，所需设备相对简单，并且生产效率高、安全可靠。

2.2 热变形加工的定义和特点热变形加工是将金属材料在高温条件下进行塑性变形的一种方法。

其特点主要包括以下几个方面：首先，在热变形过程中，由于高温作用下材料内部晶粒与晶格发生重新排列和扩散运动，导致材料塑性增大。

因此，在热变形加工中，材料具有较好的塑性和可变形性。

其次，热变形加工能够降低材料的硬度和强度，并改善材料的韧性和延展性。