冷变形金属组织和性能

一文看懂回复和再结晶回复和再结晶一、冷变形金属在加热时的组织与性能变化金属和合金经塑性变形后，由于空位、位错等结构缺陷密度的增加，以及畸变能（晶体缺陷所储存的能量）的升高将使其处于热力学不稳定的高自由能状态，具有自发恢复到变形前低自由能状态的趋势，但在室温下，因温度低，原子活动能力小，恢复很慢，一旦受热，温度较高时，原子扩散能力提高，组织、性能会发生一系列变化。

这一变化过程随加热温度的升高可表现为三个阶段：回复：指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。

在此阶段，组织：由于不发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态相同，仍为纤维状或扁平状。

性能：强度与硬度变化很小，内应力、电阻明显下降。

（回复是指冷塑性变形的金属在（较低温度下进行）加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。

）再结晶：指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。

在此阶段，组织：首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到变形组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。

性能：强度与硬度明显下降，塑性提高，消除了加工硬化，使性能恢复到变形前的程度。

晶粒长大：指再结晶结束之后晶粒的继续长大。

在此阶段，在晶界表面能的驱动下，新晶粒相互吞食而长大，最后得到较稳定尺寸的晶粒。

显微组织的变化：回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化。

再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒晶粒长大阶段：晶界移动，晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。

性能变化：回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高；密度变化不大，电阻明显下降。

再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高；密度急剧升高。

晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高；粗化严重时下降。

二、回复1. 回复动力学上图同一变形程度的多晶体铁在不同温度退火时，屈服强度的回复动力学曲线特点：（1）没有孕育期；（2）在一定温度下，初期的回复速率很大，随后即逐渐变慢，直至趋近于零；（3）每一温度的恢复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高，而达到此一极限值所需的时间则越短；（4）预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于回复过程的加快。

论述冷轧和热轧时金属组织的变化及它对金属性能的影响王笑洋摘要：冷轧和热轧使同一种金属的组织发生了不同的变化从而金属的性能也发生了很大的差异，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧是在再结晶温度以上进行的轧制。

本文阐述了冷轧和热轧时金属显微组织的变化与冷轧和热轧对金属性能的影响。

冷轧时随着变形程度的增加出现亚结构、变形织构等，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降即产生了加工硬化。

热轧时金属内部缺陷被压合、金属内部夹杂物分布被改善、偏析被改善，使金属的致密度提高、力学性能提高、综合机械性能提高。

关键词：冷轧热轧组织性能前言我国钢铁企业要在竞争激烈的国际市场上与世界钢铁企业强国进行竞争并取得竞争优势，实现钢铁强国的目标，必须促进科技进步，提升企业技术装备和工艺水平。

随着科学技术的发展，轧钢生产过程中质量已经不仅仅局限于产品外型和尺寸精确的控制，而是追求对产品内部微观组织和最终性能的更为精确的把握。

冷轧和热轧使同一种金属的组织发生了不同的变化从而金属的性能也发生了很大的差异。

冷轧是变形温度低于金属再结晶温度的变形。

由于变形温度低、金属内部的组织结构发生很大的变化、晶粒随着变形量的增加沿变形方向被拉长、当变形程度很大时晶粒变为纤维状、使金属性能呈现方向性。

热轧是在再结晶温度以上进行的塑性变形。

热轧时在金属中同时进行着两个过程:一方面由于塑性变形而产生加工硬化，另一方面由于热轧的温度大大高于再结晶温度因此变形所引起的硬化又很快为随之产生的再结晶过程所消除。

本文从冷、热轧制工艺的角度出发，来研究冷、热轧制工艺与金属的组织以及性能之间的关系。

1冷轧时金属组织的变化及它对金属性能的影响1.1冷轧时金属显微组织的变化1.1.1纤维组织显微组织的变化，多晶体金属经冷却变形后，用光学显微镜观察抛光与浸蚀后的试样，会发现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。

冷变形后金属的变化
金属在冷变形后，组织和性能会发生一系列变化。

具体来说，随着冷变形程度的增加，金属的强度和硬度会上升，而塑性和韧性会下降。

这是因为在冷变形过程中，金属内
部的晶格结构会发生扭曲，产生大量的晶体缺陷，如位错和畸变，这些缺陷会导致金
属的强化。

同时，由于冷变形过程中金属的晶粒被拉长、破碎和细化，导致金属的塑
性和韧性下降。

此外，冷变形后的金属在加热时，组织和性能也会发生变化。

具体来说，随着温度的
升高，原子扩散能力增加，金属将经历回复、再结晶和晶粒长大等过程。

在回复阶段，金属中的位错和空位等缺陷会重新排列，形成较为稳定的晶格结构，导致金属的力学
性能变化不大，但塑性略有提高。

当温度继续升高，金属将发生再结晶，形成新的等
轴晶粒组织。

在这个过程中，金属的强度和硬度会进一步上升，而塑性和韧性会明显
改善。

金属在冷变形后组织和性能会发生变化，具体变化程度取决于变形程度和加热温度等
因素。

了解这些变化对于材料的加工、选材和应用都具有重要意义。

冷塑性变形对金属性能与组织的影响摘要］金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

［关键词］冷塑性变形；金属性能；影响金属的冷塑性变形可使金属的性能发生明显变化，这种变化是由塑性变形时金属内部组织变化所决定的。

一、形成纤维组织，性能趋于各向异性金属塑性变形时，在外形变化的同时，晶粒的形状也发生变化。

通常是晶粒沿变形方向压扁或拉长，如图1所示。

当变形程度很大时，晶粒形状变化也很大，晶粒被拉成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织，使金属的力学性能具有明显的方向性。

例如纵向（沿纤维组织方向）的强度和塑性比横向（垂直于纤维组织方向）高得多。

图1冷塑性变形后的组织二、产生冷变形强化冷塑性变形除了使晶粒外形变化外，还会使晶粒内部的亚晶粒尺寸碎化，位错密度增加，晶格畸变加剧，因而增加了滑移阻力，这就是冷塑性变形对金属造成形变强化，也称加工硬化的主要原因。

即随塑性变形程度的增加，金属的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。

形变强化在生产中具有很重要的意义。

如图2所示为纯铜和低碳钢的强度和塑性随变形程度增加而变化的情况。

图2 纯铜和低碳钢的冷轧变形度对力学性能的影响实线——冷轧的纯铜虚线——冷轧的低碳钢．形变强化可以提高金属的强度，是强化金属的重要手段，尤其对于那些不能用热处理强化的金属材料显得更为重要。

形变强化也是工件能用塑性变形方法成型的必要条件。

例如在图3所示冷冲压过程中，由于r处变形最大，当金属在r处变形到一定程度后，首先产生形变强化，使随后的变形转移到其他部分，这样便可得到壁厚均匀的冲压件。

此外，形变强化还可以使金属具有偶然的抗超载能力，一定程度上提高了构件在使用中的安全性。

形变强化也有不利的一面。

由于材料塑性的降低，给金属材料进一步冷塑性变形带来困难。

为了使金属材料能继续变形加工，必须进行中间热处理，以消除形变强化。

塑性变形除了影响力学性能外，还会使金属某些物理、化学性能发生变化，如电阻增加、化学活性增大、耐蚀性降低等。

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。