下载文档原格式
第4章金属的塑性变形与再结晶§4-1 金属的塑性变形塑性变形是金属材料的一个重要性能，也是金属的一种加工方法。
大多数金属材料都具有良好的塑性变形能力，所以获得广泛应用。
塑性变形不仅可以改变金属的外型，而且能改变金属的内部组织和结构。
为了消除塑性变形带来的不利影响，在加工之后或加工过程中，通常对材料加热，使其内部组织发生回复和再结晶过程。
一、单晶体金属的塑性变形弹性变形—晶格发生弹性伸长或歪扭塑性变形—晶粒被拉长或压扁，变形不可恢复塑性变形和断裂—随着应力的增大，当超过强度极限，试件开始不均匀塑性变形，出现“颈缩”到K点后发生断裂。
单晶体塑性变形的基本方式有两种：1 滑移金属中晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面发生相对的滑动位移现象。
⑴滑移带：滑移后滑移面产生高低不一的台阶，实际由滑移线组成。
滑移沿晶体中原子排列密度最大的晶面和晶向进行{体心立方晶格（110）晶面、[111]晶向}，因为它们之间的距离最大，原子结合力最弱，滑移阻力小。
⑵滑移系：一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系。
体心、面心立方晶格有12个滑移系（6×2、4×3），密排六方有三个（1×3），面心比体心立方晶格的金属塑性变形更好，因为滑移方向对滑移起的作用比滑移面大。
⑶滑移临界切应力：滑移与正应力无关，与切应力有关，使滑移开动的最小切应力为临界切应力。
⑷滑移时晶体的转动：滑移时晶体以滑移面的法线为转轴转动，滑移方向与最大切应力方向趋于一致。
⑸滑移机理：滑移是位错移动的结果，不等于刚性移动。
滑移是在切应力作用下位错沿滑移面的运动。
最初人们认为晶体的两部分做整体滑动，按刚性计算的切应力值比实际测到的大几个数量级。
2 孪生金属晶体的一部分相对一定晶面（孪生面）沿一定方向（孪生方向）发生切变，切变部分叫孪生带简称孪晶。
孪晶面两侧晶体形成镜面对称。
孪生引起晶格变化，同样与切应力有关。
容易发生滑移的（体心、面心立方）晶格，不容易发生孪生。
回复与再结晶1.冷变形金属在加热时的组织和性能的变化2.回复过程3.再结晶过程4.晶粒长大过程5.热加工对金属组织和性能的影响1组织和性能的变化回复与再结晶显微组织变化力学性能变化储存能变化内应力变化回复退火再结晶再结晶形核地点有什么特点或特征？哪些地点可能是优先的形核地点？再结晶形核现存于局部高能区域，以多边化形成亚晶为基础形核，有两种形核机制优先形核地点：1.原始晶粒处2.亚晶形核时，在形变形成的大角晶界处或通过亚晶长大而逐步形成的大角晶界处3.第二相粒子附近再结晶温度及其影响因素再结晶温度的影响因素5.再结晶晶粒大小的控制通过增大N，减小G，来细化晶粒。
6.再结晶全图看着书上讲解。
变形程度，退火温度，再结晶后晶粒大小关系曲线图图为铝的再结晶全图，晶粒度有两个极大值，临界变形度和二次再结晶变形度超过临界变形度后，变形越大，再结晶晶粒越细；某些金属，变形很大时也会出现反常长大，如铝。
退火温度越高，晶粒越粗大。
这两条都是根据减小比值来细化晶粒。
控制退火保温时间和提高加热速度，可防止晶粒长大。
以上即为细化再结晶晶粒的方法。
讲到这里，结合材料科学基础及热处理知识讲一下，细化晶粒方法。
1.从液固相变的角度分析。
*控制过冷度。
*变质处理，促进形成大量非均匀晶核来细化晶粒。
*振动搅拌，使枝晶破裂，形核数目增多。
2.固态相变角度分析。
*热处理。
降低加热温度，使晶粒长大速率降低，或者采用球化退火、正火等工艺。
*热加工。
锻造或轧制方法。
室温多向锻造和高温退火，利用变形孪晶和退火孪晶细化晶粒。
大塑性变形来细化晶粒。
3.再结晶角度分析。
即以上讲到部分。
例题：为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%后于650℃退火1h，组织反而粗化，增大冷变形量至80%，再于650℃退火1h，仍然得到粗大晶粒。
试分析其原因，指出上述工艺的不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。
再结晶退火后晶粒大小主要取决于预先变形度和退火温度。
变形度太小，N小，G大，即d大，同时看图上。
第7章回复和再结晶金属发生冷塑性变形后，其组织和性能发生了变化，为了使冷变形金属恢复到冷变形前的状态，需要将其进行加热退火。
为什么将冷变形金属加热到适当的温度能使其恢复到冷变形前的状态呢？因为冷变形金属中储存了部分机械能，使能量升高，处于热力学不稳定的亚稳状态，它有自发向热力学更稳定的低能状态转变的趋势。
然而，在这两种状态之间有一个能量升高的中间状态，成为自发转变的障碍，称势垒。
如果升高温度，金属中的原子获得足够的能量（激活能），就可越过势垒，转变成低能状态。
研究冷变形金属在加热过程中的变化有两种方法。
1）以一定的速度连续加热时发生的变化；2）快速加热到某一温度，在保温过程中发生的变化。
通常采用。
P195图1为将冷变形金属快速加热到0.5T m附近保温时，金相组织随保温时间的变化示意图。
可以将保温过程分三个阶段：1）在光学显微组织发生改变前，称回复阶段；2）等轴晶粒开始产生到变形晶粒刚消失之间，称再结晶阶段；3）晶粒长大阶段。
7-1 回复一、回复的定义冷变形金属加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化称回复。
二、回复对性能的影响内应力降低，电阻降低，硬度和强度下降不多（基本不变）。
三、回复的机制回复的机制根据温度的不同有三种：（一）低温回复机制冷变形金属在较低温度范围就开始回复，主要表现为电阻下降，但机械性能无变化。
由此认为低温回复的机制是：过量点缺陷减少或消失。
（二）中温回复机制温度范围比低温回复稍高。
中温回复的机制是：位错发生滑移，导致位错的重新组合，及异号位错相遇抵消。
发生中温回复时，在电镜组织中，位错组态有变化；但位错密度的下降不明显。
若两个异号位错不在同一滑移面上，在相遇抵消前，要通过攀移或交滑移，这需要更大的激活能，只能在较高的温度才能发生。
（三）高温回复机制发生高温回复时，电镜组织的特征是亚晶粒呈等轴状，即无变形的亚晶粒。
于是，提出了高温回复的多边化机制（P197图5）。
