吉林大学工程材料课件——第二章 金属的塑性变形和再结晶

纯铁滑移线
纯锌机械孪晶
纯铁机械孪晶
形变孪晶的产生与金属的点阵类型和层 错能高低等因素有关，如密排六方金属 (Zn，Mg等)，易以孪生方式变形而产生 孪晶，层错能低的奥氏体不锈钢亦产生 形变孪晶。
工业纯铁为体心立方金属，它只有在 0℃以下受冲击载荷时，才易产生孪晶。
晶粒形貌的变化
随着变形度的增加，等轴晶将逐渐沿变形 方向伸长。
影响再结晶的因素
变形度：变形度越大，储能增加，再结晶驱 动力越大，再结晶温度越低，同时等温退火 时的再结晶速度越快，但当变形量大到一定 程度后，再结晶温度基本稳定。在给定温度 下，发生再结晶需要一个最小变形量（临界 变形度）低于此变形度，不发生再结晶。同 时，变形度越大，得到的再结晶晶粒越细。
当变形程度和退火保温时间一定时，退 火温度越高，再结晶速度越快，产生一
定体积分数的再结晶所需要的时间越短， 再结晶后的晶粒越粗大。
变形度70%+400℃ 退火小时
变形度70%+450℃ 退火小时
变形度70%+500℃ 退火小时
变形度70%+600℃ 退火小时
变形度70%+850℃ 退火小时
层错能低的晶体容易形成退火孪晶。
实验步骤
观察并描绘纯铁冷变形的滑移线。 观察低碳钢经5％，10％，20％，50％，70％
变形度变形后的显微组织，并描绘其组织特 征。 观察低碳钢经5％，10％，20％，30％，70％ 六种变形度变形后在850 ℃退火半小时后组织， 并用割线法测得其晶粒度。 观察低碳钢经70％变形度在400 ℃ ，450 ℃， 500 ℃，600 ℃，850 ℃退火半小时后的试样， 从中找出再结晶后晶粒大小与退火温度之间 的定性关系。 观察并描绘黄铜的退火孪晶。

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金属材料的塑性变形 与再结晶课件
目 录
• 金属材料的塑性变形 • 金属材料的再结晶 • 金属材料塑性变形与再结晶的应用 • 金属材料塑性变形与再结晶的实验研究方法 • 金属材料塑性变形与再结晶的理论模型
PART 01
金属材料的塑性变形
塑性变形的基本概念
塑性变形
金属材料在受到外力作用时发生的不可逆的形状变化。
END
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再结晶的定义
再结晶是指在金属加工过程中，由于温度变化或外力作用，使得 金属内部发生晶格重构的过程。
再结晶的基本类型
包括静态再结晶、动态再结晶等，不同类型的再结晶过程对金属的 性能有不同的影响。
再结晶过程的驱动力
理论模型能够解释再结晶过程的驱动力，从而预测再结晶发生的条 件和过程，指导金属的加工和热处理过程。
石油化工设备如压力容器、管道等需 要承受高压和腐蚀介质，因此需要使 用经过塑性变形和再结晶处理的金属 材料。
航空航天
飞机和火箭等航空航天器的制造过程 中，需要使用经过塑性变形和再结晶 处理的金属材料，以确保其轻量化和 高强度。
金属材料塑性变形与再结晶的发展趋势
新材料的研发
随着科技的发展，新型金属材料 不断涌现，如高强度轻质合金、 纳米材料等，为金属材料的塑性 变形和再结晶提供了更多可能性。
实验原理
基于金属材料的物理和化学性质，利用各种实验手段观察和分析 金属材料在塑性变形和再结晶过程中的行为。
实验步骤
选择合适的金属材料，进行塑性变形和再结晶实验，收集实验数 据，进行结果分析和解释。
金属材料塑性变形的实验研究方法
拉伸实验 通过拉伸实验可以测量金属材料的屈服强度、抗拉强度和 延伸率等力学性能指标，同时观察金属材料在拉伸过程中 的变形行为。

温度
T再=0.4T熔
T：热力学
第三十三页，共38页。
2.退火温度(wēndù)的影响
再结晶退火温度必须在T再以上，生产上实际使用的再 结晶温度通常是比T再高150~250℃，这样就既可保 证完全再结晶，又不致使晶粒粗化。 将这两个影响因素(yīn sù)画在立体坐标中，得到一 “再结晶全图〞，便可以根据它来确定再结晶退火的工 艺参数。
再结晶结束后，金属中内应力全部消除， 显微组织恢复到变形前的状态，其所有性 能也恢复到变形前的数值，消除了加工硬 化。
所以再结晶退火主要用于金属在变形之后 或在变形的过程中，使其硬度降低，塑性 长高，便于进一步加工。
第二十八页，共38页。
3 .晶粒长大(chánɡ dà)
为了保证变形金属的再结晶退火质量，获得细晶粒， 有必要了解影响再结晶晶粒大小的因素。再结晶结束 后，假设在继续(jìxù)升高温度或延长加热时间，便 会出现大晶粒吞并小晶粒的现象，即晶粒长大，晶粒 长大对材料的机械性能极不利，强度、塑性、韧性下 降。且塑性与韧性下降的更明显。
为了保证变形金属的再结晶退火质量，获得细晶粒， 有必要了解影响再结晶晶粒大小的因素。
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二、影响(yǐngxiǎng)再结晶粒大小的因素
变形度影响(yǐngxiǎng) 退火温度的影响(yǐngxiǎng)
第三十页，共38页。
1.变形(biàn xíng)度影响
当变形量很小时，由于晶格畸变很小，缺乏以引 起再结晶，故加热时无再结晶现象，晶粒度仍保 持原来的大小，当变形度到达某一临界值时，由 于此时(cǐ shí)金属中只有局部晶粒变形，变形极 不均匀，再结晶晶核少，且晶粒极易相互吞并长 大，因而再结晶后晶粒粗大，这种变形度即为临 界变形度，

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2.1 金属的变形特性和常用的力学指标
金属在外力作用下发生形状和尺寸的改变 称为变形。
外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。
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塑性变形
1、压力加工： 得到预期外形的工件 改善金属内部组织，提高金属的强度和韧性 2、材料在使用中发生的变形
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2.1.1 金属变形的特性
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2.1.3 塑性变形和强度
当外力增大时变形增大，外力去除后变形仅恢 复一部分，但不能恢复到原来的形状，这种变形称 为弹-塑性变形。其中恢复部分的变形称弹性变形， 不能恢复的部分称为塑性变形。
原子在外力作用下离开平衡位置到达新的位 置，当外力去除后，原子在内力作用下回复到另 一个平衡位置，只恢复了部分的变形。
锻造的优点：使金属成形、细化晶粒、组织均匀和消 除成分偏析。
工程中也要注意抑制金属的变形，例如：机床床身、 齿轮和轴等零件在工作中若出现变形则会影响使用性能 及使机器不能正常运转。
因此，在工业生产中，一方面要应用变形进行加工、 成形；另一面要减少变形，保证机器工作性能。
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大型模锻液压机是机械制造业不可或 缺的重要装备，也是一个国家科技水 平、综合国力的重要标志， 曾振奋过中国人的科技成就——1961年上海设 计制造出一万吨级自由锻造液压机，已经运行 了40多年。 中国目前最大的30000吨级模锻液压机，位 于重庆市西南铝业集团有限公司，于1971 年制造。
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强度：材料在外力作用下 抵抗变形和破坏的能力。
屈服强度s：材料发生微 量塑性变形时的应力值。
条件屈服强度0.2：残余变 形量为0.2%时的应力值。
抗拉强度b：材料断裂前 所承受的最大应力值。
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