冷熱變形對金屬組織和性能的影響

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1、4.1.1冷塑性變形機(jī)理多晶體的塑性變形包括晶內(nèi)變形和晶界變形（晶間變形）兩種。在冷態(tài)條件下，由于晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi)，多晶體的塑性變形主要是晶內(nèi)變形，晶間變形只起次要作用，而且需要有其它變形機(jī)制相協(xié)調(diào)?！?-1金屬冷態(tài)下的塑性變形晶內(nèi)變形方式有滑移和孿生。由于滑移所需臨界切應(yīng)力小于孿生所需臨界切應(yīng)力，故多晶體塑性變形的主要方式是滑移變形，孿生變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。對于密排六方金屬，孿生變形起著重要作用。圖4-1晶體滑移時的應(yīng)力分析晶體的滑移過程，實(shí)質(zhì)上是位錯的移動和增殖的過程。由于在這個過程中位錯的交互作用，位錯反應(yīng)和相互

2、交割加劇，產(chǎn)生固定割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯難以越過這些障礙。要使金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，便產(chǎn)生了加工硬化。圖4-2刃型位錯運(yùn)動造成晶體滑移變形的示意圖4-3螺型位錯運(yùn)動造成晶體滑移變形的示意圖4-4面心立方晶體孿生變形示意冷塑性變形時，多晶體主要是晶內(nèi)滑移變形;實(shí)質(zhì)上是位錯的移動和增殖的過程;由于位錯的交互作用,塑性變形時產(chǎn)生了加工硬化。4.1.2冷塑性變形特點(diǎn)（1）各晶粒變形的不同時性塑性變形首先在位向有利的晶粒內(nèi)發(fā)生,位錯源開動,但其中的位錯卻無法移出此晶粒,而是在晶界處塞積。位錯塞積產(chǎn)生的應(yīng)力場越過晶界作用到相

3、鄰晶粒上,使其得到附加應(yīng)力。隨外加應(yīng)力的增大,最終使相鄰位向不利的晶粒中滑移系的剪應(yīng)力分量達(dá)到臨界值而開動起來,同時也使原來的位錯塞積得到釋放,位錯運(yùn)動移出晶粒。如此持續(xù)運(yùn)作,使更多晶粒參與變形。（2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性晶粒的變形需要相互協(xié)調(diào)配合，如此才能保持晶粒之間的連續(xù)性，即變形不是孤立和任意的。（3）變形的不均勻性軟位向的晶粒先變形，硬位向的晶粒后變形，其結(jié)果必然是各晶粒變形量的差異，這是由多晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。4.1.3冷塑性變形對組織與性能的影響1）對金屬組織的影響（1）在晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶等組織銅多晶試

4、樣拉伸后形成的滑移帶,x173倍(采自C.Brady,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局)多晶銅拉伸后，各個晶粒滑移帶的光學(xué)顯微鏡照片。銅是FCC晶體，滑移系是{111}/<110>，有12種組合。由圖看出，每個晶粒有兩個以上的滑移面產(chǎn)生了滑移。由于晶粒取向不同，滑移帶的方向也不同。（2）形成了纖維組織冷加工變形后，金屬晶粒形狀發(fā)生了變化，變化趨勢大體與金屬宏觀變形一致。軋制變形時，原等軸晶粒沿變形方向伸長。變形程度大時，晶粒呈現(xiàn)為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當(dāng)有夾雜或第二相質(zhì)點(diǎn)時，則它們會沿變形方向拉長成細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀。工業(yè)純鐵冷塑性變形

5、后組織(150X)a)變形程度20%b)變形程度50%c)變形程度70%（3）變形織構(gòu)多晶體塑性變形時伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動，當(dāng)變形量很大時，多晶體中原為任意取向的各個晶粒，會逐漸調(diào)整其取向而彼此趨于一致，這種由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為“變形織構(gòu)”。絲織構(gòu)示意圖a）拉拔前b）拉拔后板織構(gòu)示意a)軋制前b）軋制后因板織構(gòu)所造成的“制耳”a)無制耳b)有制耳（4）晶粒內(nèi)產(chǎn)生胞狀亞結(jié)構(gòu)塑性變形主要是借位錯的運(yùn)動而進(jìn)行的。經(jīng)大變形后，位錯密度可從退火狀態(tài)的106～107cm-2增加到1011～1012cm-2。位錯運(yùn)動及交互作

6、用結(jié)果，其分布是不均勻的。它們先是比較紛亂地糾纏成群，形成“位錯纏結(jié)”。如果變形量增大，就形成胞狀亞結(jié)構(gòu)。金屬經(jīng)變形后的亞結(jié)構(gòu)2）對金屬性能的影響隨著變形程度的增加，金屬強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性降低。金屬的性能將顯示各向異性。45號鋼力學(xué)性能與變形程度的關(guān)系曲線青銅的加工硬化青銅的加工硬化非常嚴(yán)重，在冷拉拔時需反復(fù)退火以改善其塑性。因加工硬化嚴(yán)重，塑性下降，青銅在拉拔時發(fā)生脆斷。§4-2金屬熱態(tài)下的塑性變形4.2.1熱塑性變形時軟化過程（1）動態(tài)回復(fù)動態(tài)回復(fù)是在熱變形過程中發(fā)生的回復(fù)，金屬即使在遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下塑性變形時

7、一般也只發(fā)生動態(tài)回復(fù)。（2）動態(tài)再結(jié)晶動態(tài)再結(jié)晶是在熱變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶，與靜態(tài)再結(jié)晶一樣，也是通過形核和生長來完成的。它容易發(fā)生在層錯能較低且有較大熱變形程度的金屬上。（3）靜態(tài)回復(fù)在較低的溫度下、或在較早階段發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程成為靜態(tài)回復(fù)。它是變形后的金屬自發(fā)地向自由能降低的方向轉(zhuǎn)變的過程。（4）靜態(tài)再結(jié)晶在再結(jié)晶溫度以上，金屬原子有更大的活動能力，會在原變形金屬中重新形成新的無畸變等軸晶，并最終取代冷變形組織，此過程稱為金屬的靜態(tài)再結(jié)晶。冷變形金屬加熱時組織和性能的變化如圖（4－9）冷變形金屬加熱時組織和性能的變化（5）亞動

8、態(tài)再結(jié)晶熱變形中已經(jīng)形成但未長大的再結(jié)晶晶核以及長大途中遺留下的再結(jié)晶晶粒，但變形停止后溫度足夠高時，會繼續(xù)長大，此過程稱為亞動態(tài)再結(jié)晶。它不需形核，所以進(jìn)行得很快。圖4-10為熱軋和熱擠時，動、靜態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶的示意圖。圖4-10動、靜回復(fù)和再結(jié)